管道沉降實時檢測預警系統(tǒng)解

決

方

案深圳市施羅德工業(yè)測控設備有限公司2012年10月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章項目總體概述 3\o"CurrentDocument"1.1現(xiàn)狀分析 3\o"CurrentDocument"1.2系統(tǒng)特點 4\o"CurrentDocument"第2章需求分析 6\o"CurrentDocument"2.1.1項目概況 6\o"CurrentDocument"2.2實現(xiàn)目標 6\o"CurrentDocument"第3章方案設計 6\o"CurrentDocument"3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6\o"CurrentDocument"3.1.1系統(tǒng)總體框架 6\o"CurrentDocument"3.1.2安全防御系統(tǒng)示意圖 7\o"CurrentDocument"3.2系統(tǒng)原理 8\o"CurrentDocument"3.3系統(tǒng)組成 9\o"CurrentDocument"3.4系統(tǒng)工作流程 10\o"CurrentDocument"第4章詳細設計 10\o"CurrentDocument"4.1與管理中心通信 11\o"CurrentDocument"4.2安裝、調(diào)試 12\o"CurrentDocument"4.2.1設備安裝 12\o"CurrentDocument"4.2.2施工技術(shù)要求 13\o"CurrentDocument"4.3現(xiàn)場調(diào)試 14\o"CurrentDocument"4.4系統(tǒng)升級、維護 15\o"CurrentDocument"4.4.1系統(tǒng)維護措施 15\o"CurrentDocument"4.4.2系統(tǒng)特點 15\o"CurrentDocument"第5章系統(tǒng)配置清單 15第1章項目總體概述現(xiàn)狀分析長距離管道的位移，沉降形變將對管道排水管線的正常傳輸，以及運行的安全與管道壽命造成巨大的影響。目前國內(nèi)外對長管線進行移監(jiān)測主要采用精密的大地測量方法，這種方法精度雖然可以很高，但是僅對長線上各點在不同時間上逐點測量，不是在同一時間獲取。因此獲取位移信息的安全性不高，且時間較長，達不到實時監(jiān)控的目的。另一種是比較簡單的力學方法，即通過測量管線軸向應力或微形變推測管線的位移值。這種方法只有當管線的支撐點比較確定的情況下可以使用且精度不高。因此當管線較長時，計算出的數(shù)據(jù)有時會造成很大誤差，無法使用。管道沉降不僅影響管道排水的正常功能，還能導致管道泄漏，管道泄漏不僅會造成資源損失和環(huán)境污染,因此對管道進行實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)泄漏和預報隱患就顯得十分重要。目前管道泄漏的監(jiān)測方法主要有基于管內(nèi)壓力、流量、溫度和管壁完好程度檢測的管內(nèi)智能爬行機法;基于泄漏產(chǎn)生的物理現(xiàn)象檢測的聲波、負壓波、應力波檢測法;利用熱紅外成像、氣體成像、探地雷達的地面間接檢測法。這些方法存在或者定位難,或者不能提前預報泄漏隱患等缺點。針對上述問題,我公司提出了一種利用分布式神經(jīng)元傳感纜對輸送管道的位移及泄漏進行實時在線監(jiān)測的技術(shù)。神經(jīng)元傳感纜是一種信號纜式傳感器,它具有同時獲取在神經(jīng)元傳感纜區(qū)域內(nèi)隨時間和空間變化的被測量分布信息的能力。利用這一特性,在輸送管道鋪設的同時鋪設一條特種傳感纜,利用神經(jīng)元傳感纜作為傳感器,拾取管道周圍的壓力、溫度和振動信號,通過對信號的分析和處理,對輸送管道泄漏、附近的機械施工和人為破壞等事件進行迅速判斷和準確定位,提高管道的監(jiān)測水平。系統(tǒng)特點本系統(tǒng)不需要通過復雜的距離、角度測量及位移的計算過程，同時利用神經(jīng)元傳感纜具備位移傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器的特性，實時監(jiān)測管道排水管線水平位移和沉降數(shù)值，并把管道排水管線水平位移和沉降工況在計算機顯示屏上形象直觀的顯示出來，依次來顯示水平位移和沉降的實際工況。因此，人們可以在任何時刻同時觀察到管道排水管線上各點位移數(shù)值及其分布及各點位移相互影響的關系，他們的發(fā)展趨勢及變化速度，通過這種管道安全信息的提供，方便決策者及早采取必要的措施把事故消滅在產(chǎn)生之前。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過隨地下管線埋設神經(jīng)元傳感纜，實時感應監(jiān)測管道排水管道實際沉降情況，及時將信息傳回檢測控制預警中心，對于發(fā)生險情的管道，提前做好管線搶險預案，防患于未然。本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：?分布傳感，技術(shù)先進---在整個連續(xù)神經(jīng)元的長度上，任意一點都是“傳感器”?實時監(jiān)控，定位準召■—在線實時監(jiān)測，響應迅速，克服漏測和難以定位弊端;結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高---傳感神經(jīng)元傳感纜既傳輸光，又傳感，故障少，可維護性好，可靠性高；配置靈活，使用方便---系統(tǒng)配置和參數(shù)可按用戶具體需求調(diào)整，方便靈活，運行成本低；性價比高，測點分布于整個神經(jīng)元傳感纜，系統(tǒng)成本遠遠低于采用傳統(tǒng)點式監(jiān)測系統(tǒng)的價絡。第2章需求分析項目概況我公司提出的神經(jīng)元傳感纜傳感預警系統(tǒng)解決方案。通過神經(jīng)元傳感纜感應管道位移情況，把管道沉降過程中發(fā)生的位移情況傳輸至監(jiān)控室主機。通過監(jiān)控主機上的監(jiān)測軟件實現(xiàn)報警監(jiān)測，GIS位置確認，并把報警信號實時傳輸至監(jiān)控中心，以達管道沉降進行預警監(jiān)測目的。解決方案主要特點為利用神經(jīng)元傳感纜作為現(xiàn)場傳感器件，本身無源、耐高溫高壓、無電磁輻射、維護方便簡單、監(jiān)控距離長，靈敏度極高。另外，它的性價比高，性能穩(wěn)定，可靠性高，非常適合排水管道等重要管道的預警監(jiān)測。實現(xiàn)目標＞及時將管網(wǎng)沉降信息采集，并返回管理中心；＞管理中心收集到超過界限的沉降信息后，及時報警；＞管理中心GIS圖顯示出現(xiàn)故障的具體位置，以便工作人員維護。第3章方案設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體框架

i服務器』服務器INTRANET二解調(diào)儀mJ：維護終端3GRTU排水管道管道沉降監(jiān)測系統(tǒng)神經(jīng)元傳感纜數(shù)據(jù)庫i服務器』服務器INTRANET二解調(diào)儀mJ：維護終端3GRTU排水管道管道沉降監(jiān)測系統(tǒng)神經(jīng)元傳感纜數(shù)據(jù)庫呂WEB調(diào)度員管道沉降狀況監(jiān)測傳感器可以配置于任何長度的神經(jīng)元傳感纜，即可以進行點傳感，也可以在非常長的距離上（超過50km）進行分布式傳感。該技術(shù)的主要優(yōu)勢之一就是能夠根據(jù)的應用變動傳感距離。這一優(yōu)勢在與長距離通信系統(tǒng)共同工作時尤為重要。當排水管道發(fā)生沉降，定位在管道上的神經(jīng)元傳感纜會隨著管道發(fā)生形變，在內(nèi)傳輸?shù)男盘栂辔粫S之改變，通過解調(diào)儀對傳輸回來的信號進行解調(diào)，將此信息通過3G傳輸回管理中心，管理中心將生成管網(wǎng)沉降狀況分布圖。管理預警中心根據(jù)發(fā)生沉降的嚴重情況進行現(xiàn)場處理或繼續(xù)觀察。神經(jīng)元傳感纜安全防御系統(tǒng)示意圖該技術(shù)另外一個主要特性是配置靈活性，該技術(shù)不受波長的約束。因此該技術(shù)可以與現(xiàn)有通信線集成，而不要求敷設新的電纜，使整體的投資性價比提高。管道安全防御系統(tǒng)傳感示意圖系統(tǒng)原理神經(jīng)元傳感纜振動傳感報警系統(tǒng)通過監(jiān)測環(huán)境應力對神經(jīng)元傳感纜的影響，分析管道沉降信息，進行判斷和定位報警。它的獨特性在于：采用的無源神經(jīng)元傳感纜傳感技術(shù)使得系統(tǒng)在不需要任何戶外有源器件的情況下能夠提供長距離監(jiān)控；系統(tǒng)特定的信號處理系統(tǒng)能夠瞬間有效排除外界干擾，提供實時、可靠的入侵報警，使得相關人員能夠迅速準確做出相應的行動。當排水管道發(fā)生沉降時,神經(jīng)元傳感纜會隨著管道發(fā)生位移,使神經(jīng)元傳感纜發(fā)生彎曲和抖動,導致輻射模增大或減小,損耗發(fā)生變化.同時當排水管道附近有機械施工或人為破壞時,也會對神經(jīng)元傳感纜施加作用力,損耗和輸出也會發(fā)生變化。當排水管道發(fā)生泄漏時,泄漏出的高溫高壓流體或氣體使環(huán)境溫度發(fā)生變化,同時還會對附近的神經(jīng)元傳感纜施加作用力,使神經(jīng)元傳感纜發(fā)生彎曲和抖動,導致輻射模發(fā)生變化.當管道附近有機械施工或人為破壞時,也會對神經(jīng)元傳感纜施加作用力,使神經(jīng)元傳感纜的損耗和輸出功率發(fā)生變化.利用這一特性,通過對神經(jīng)元傳感纜輸出功率頻譜的分析,判定排水管道是否有泄漏等事件的發(fā)生,通過對背向散射信號的測量來進行定位，測算位移大小，并與管理中心通信，發(fā)出報警。三O系統(tǒng)組成＞管理中心：管理中心完成各采集點數(shù)據(jù)的接收、展示、分析、調(diào)度等功能，這些功能將在后續(xù)章節(jié)中詳細描述。為了達到較好的演示效果，將利用液晶大屏，結(jié)合ARCGIS地理信息系統(tǒng)，圖形化的展示管道沉降實時信息。A現(xiàn)場監(jiān)控室：現(xiàn)場監(jiān)控室由監(jiān)控柜和監(jiān)控設備組成，現(xiàn)場監(jiān)控柜是防雨防高溫型的，現(xiàn)場監(jiān)控室采集到管網(wǎng)現(xiàn)實情況，現(xiàn)場工作人員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出處理方法。作為感知層信號采集、傳輸樞紐，獲取振動傳感信息，通過監(jiān)測軟件對信息進行判斷。若發(fā)生管道沉降、即刻報警，把信號傳輸至監(jiān)測預警中心。＞傳感器：神經(jīng)元傳感纜即為傳感器件，神經(jīng)元傳感纜與終端盒橋接形成信號回路。＞傳輸設備：采用RTU進行傳輸，RTU采集解調(diào)儀上的輸出信號，并通過無線傳輸方式，將信息傳回給管理中心。系統(tǒng)工作流程Yes定位振動點| 7存儲報警事件報警輸出聯(lián)動；：如流程圖，當管道發(fā)生沉降時，神經(jīng)元傳感纜傳感器會出現(xiàn)振動干擾，當出現(xiàn)振動或者斷裂告警時，系統(tǒng)進行檢測，并將預警信息及時傳遞到中心平臺，由平臺進行聯(lián)動告警處理。第4章詳細設計系統(tǒng)的設計示意，如下圖所示。

管道安全防御系統(tǒng)傳感示意圖如上圖所示，神經(jīng)元傳感纜沿著排水管道鋪設，其位置位于管道壁上，三根信號纜圍繞管道鋪設。當有第三方破壞發(fā)生時，沉降發(fā)生時引起的變化會被神經(jīng)元傳感纜監(jiān)控系統(tǒng)捕捉到，系統(tǒng)報警并給出沉降位置。與管理中心通信神經(jīng)元傳感纜沉降預警系統(tǒng)對沉降的檢測是24小時候不間斷的，實時監(jiān)測管道沉降情況，當沉降產(chǎn)生時，報警信息通過基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡傳輸方式傳送至平臺，平臺接收到入侵報警信息后，進行統(tǒng)一管理。這樣，可以實現(xiàn)立體化反應迅速的沉降預警管理系統(tǒng)，保證實時可靠，報警信息主要包括了報警狀態(tài)、沉降位移、報警地點、報警時間這四個數(shù)據(jù)，一并打包發(fā)送?？墒褂糜芯€寬帶ADSL，無線GPRS/CDMA方式，局域網(wǎng)等與管理中心進行通訊，本次選用GPRS進行通訊，如下圖所示。GPRS/CDMA警報信息包：狀態(tài)，振動強度，地點，時間4UGPRS/CDMA警報信息包：狀態(tài)，振動強度，地點，時間4U弋監(jiān)控中心安裝、調(diào)試4.2.1設備安裝4.2.1.1現(xiàn)場監(jiān)控柜需在現(xiàn)場設置安裝一個現(xiàn)場監(jiān)控柜（要求防雨防高溫），并帶能支持8小時工作的后備電源。設備全部放置在現(xiàn)場檢控柜內(nèi)，市電接入、神經(jīng)元傳感纜解調(diào)儀神經(jīng)元傳感纜配線架、都放置在內(nèi)，神經(jīng)元傳感纜由此柜引出。4.2.1.2神經(jīng)元傳感纜埋設需要神經(jīng)元傳感纜的長度根據(jù)實際情況（主要是管道和監(jiān)控室的距離以及是否采用傳感雙纜形式）計算得到，要完成整條管線的鋪設神經(jīng)元傳感纜需要連接神經(jīng)元傳感纜與接續(xù)盒連接時采用連接方式，具體橋接方式和要求參見詳細施工說明書，并同時根據(jù)不同行業(yè)的國、行標進行規(guī)范處理，包括神經(jīng)元傳感纜鋪設的規(guī)范及埋設規(guī)范要求。神經(jīng)元傳感纜經(jīng)過某些特殊地段時，如河流、鐵路等，宜采用套管埋地形式。神經(jīng)元傳感纜的埋地深度與管道一致，采用穿管形式，管材為PVC管或不銹鋼管,直徑3厘米。如下圖所示。4.2.1.3傳感器神經(jīng)元傳感纜即為傳感器件，神經(jīng)元傳感纜與終端盒熔接形成激光回路。神經(jīng)元傳感纜埋設施工完即以完成。施工技術(shù)要求（1） 嚴格按施工圖紙施工，在保證系統(tǒng)功能質(zhì)量的前提下，提高工藝標準要求，確保施工質(zhì)量。（2） 預埋（留）敷設的管（盒）位置準確，無遺漏。（3） 管道、線槽、橋架整齊、美觀、牢固，管道連接處清潔，電氣連接嚴密。（4）設備安裝牢固、美觀，頂裝設備橫豎成列，墻裝設備端正一致、齊全，完整無遺漏，各種現(xiàn)場變更手續(xù)完整有效。（5）弱電線纜不得與強電走同一預埋管。（6）所有有線纜敷設中間不得有接點。4.3現(xiàn)場調(diào)試系統(tǒng)施工、安裝完畢后，即可根據(jù)系統(tǒng)圖紙、施工圖紙及系統(tǒng)技術(shù)要求和我們編制的調(diào)試大綱對神經(jīng)元傳感纜傳感系統(tǒng)進行調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試必須達到設計指標。經(jīng)反復調(diào)整仍不能達到指標的，找出原因進行整改或返工。直至滿足設計要求為止，調(diào)試主要為以三方面：1）系統(tǒng)單項設備調(diào)試系統(tǒng)使用的所有設備進行設定、調(diào)試，