埋地钢质管道保护电位状态智能检测装置及系统.pdf

本发明公开一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置，包括低内阻开关电路、单片机控制器、至少一个检测单元，所述的单片机控制器控制低内阻开关电路，使预先接入低内阻开关电路的监测点与所述的检测单元接通或断开，当监测点与检测单元接通时，检测单元自动检测得到两个或多个监测点之间的电气读数。本发明能够获得更及时、更准确和更多样性的检测数据，便于通过对这些数据的分析及时准确的掌握监测点的现场环境，具有自动检测、自动分析、自动预警的特点，大幅度的减少了人工检测的工作量，同时进一步提高了检测结果的准确性，对于渗漏、破裂、浸水及杂散电流干扰等问题可以做到早发现早预警。

1.  一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置，其特征在于，包括低内阻开关电路(40)、单片机控制器(10)、至少一个检测单元(50)，所述的单片机控制器(10)控制低内阻开关电路(40)，使预先接入低内阻开关电路(40)的监测点与所述的检测单元(50)接通或断开，当监测点与监测单元(50)接通时，监测单元(50)自动检测得到两个或多个监测点之间的电气读数。

2.  如权利要求1所述的一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置，其特征在于，所述的检测单元(50)包含多种检测单元，用以对包括电压、电流和电量在内的各种电气读数进行检测。

3.  如权利要求2所述的一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置，其特征在于，还包括SMS数据收发模块(30)、低功耗时钟模块(01)、检测数据A/D转换器(53)、数据存储器(53)和电源控制器(20)；所述的SMS数据收发模块(30)、低功耗时钟模块(01)、检测数据A/D转换器(53)、数据存储器(53)和电源控制器(20)均与所述的单片机控制器(10)的控制端相连；
所述的监测点与检测单元(50)将每次检测得到的电气读数通过检测数据A/D转换器(53)发送到数据存储器(53)，并按照单片机控制器(10)的指令将单次或者多次检测得到的电气读数通过SMS数据收发模块(30)发送到外部。

4.  一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测系统，其特征在于，包括多个分布在不同测试桩上的如权利要求1-3任一项所述的检测装置，以及括通讯模块(92)、数据处理服务器(93)、GIS系统服务器(94)和多个监视终端(95)；
所述的通讯模块(92)与所述的检测装置(91)中的SMS数据收发模块(30) 建立通信连接，并将接收到的数据数据传输给所述的数据处理服务器(93)。操作人员可通过监视终端(95)下达指令，经过数据处理服务器(93)编码转换，通过通讯模块(92)发送给检测装置(91)。

5.  如权利要求4所示的一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测系统，其特征在于数据处理服务器93对接收到的数据进行储存、运算和处理。经过运算如果发现存在异常，按照系统设定发出报警信息提醒进行人工处理，所发出报警信息的方式可以是手机短信、电子邮件、声光信号等形式。

埋地钢质管道保护电位状态智能检测装置及系统
技术领域
本发明涉及一种检测、监视系统，尤其涉及一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置及系统。
背景技术
随着城市化进程的不断发展，作为城市地下管网的重要组成部分--埋地钢质管道安全运行的重要性也越来越高。
采用牺牲阳极阴极保护装置是埋地钢质管道腐蚀危害显著减少的主要技术手段之一。为了保障阴极保护电位符合保护电位的标准，需经常检测阴极保护装置的保护电位值。按照《埋地钢质管道牺牲阳极直连法阴极保护技术规范》(DB31/T 340-2005)的规定：“为便于检查管地电位、阳极对地电位、阳极输出电流等，管道沿线相隔一定间距焊接一测试导线，并连接与地面测试盒内供测量之用。”上海市于2005年3月22日发布的《DB31T 340-2005埋地钢管阴极保护技术规范》规定，牺牲阳极的设计使用寿命为15年，并规定每半年对每一个牺牲阳极的测试桩进行测量，每年对于测试桩进行维护。
相对于埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护装置使用的数量，目前使用的人工巡视检测方法显得力不从心。这带来以下两个问题。
其一是工作量巨大，并且无法保证测量数据的准确性。以煤气管道为例，每隔2公里就设置一个测试桩，按国家2007年发布的《GBT 21246-2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》的规定，每次测量通常需要检测自然电位、通电电位、断电电位、开路电位等多个测量数据。依靠人工检测的工作量可想而知。陈丽伊在《埋地管道牺牲阳极用全参数检测桩》(专利号200420015032.0) 中改进了测试桩的结构，一定程度上减少检测工作量，但是依然需要人工检测，无法避免手工操作失误导致测量数据错误的问题。
第二是对于管道安全问题的隐患无法实现预警。在管道出现渗漏、破裂、浸水及杂散电流干扰等问题之前，管道不同节点的电位、电流等数据会发生一定改变。在渗漏、破裂、浸水及杂散电流干扰等为问题发生后之后，管道的电位状态才会发生突变。现有的检测手段只能发现安全问题发生之后电位状态突变，而无法对安全隐患进行预警。彭充、徐仁星等在《牺牲阳极阴极保护自动检测处理系统》(专利号200610025195.0)中披露了一种自动检测和搜集数据的方法。该方案虽然可实现对数据的自动检测，但是检测方案事先已经在“自动数据检测模块”中固化，且数据的采集汇总依然需要人工干预(使用“移动数据采集器”)，该方案显然无法实现智能预警。欧莉、陈晖等在《区域阴极保护智能监控系统》(中国专利号03112527)中公开了一种区域阴极保护智能监控系统，但是该系统只能对固定的检测方案进行检测分析，无法满足智能预警的需要。
此外，经发明人研究发现，在户外操作的高阻抗电位测量设备易受到不明信号源的干扰，导致检测数据失真的情况时有发生。这也使得一些早期预警的信号被误认为是设备受到干扰而被忽视。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种埋地钢管牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：
一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置，其特点在于，包括低内阻开关电路、单片机控制器、至少一个检测单元，所述的单片机控制 器控制低内阻开关电路，使预先接入低内阻开关电路的监测点与所述的检测单元接通或断开，当监测点与检测单元接通时，检测单元自动检测得到两个或多个监测点之间的电气读数。
所述的检测单元包含多种检测单元，用以对包括电压、电流和电量在内的各种电气读数进行检测。
所述的埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置，还包括SMS数据收发模块、低功耗时钟模块、检测数据A/D转换器、数据存储器和电源控制器；所述的SMS数据收发模块、低功耗时钟模块、检测数据A/D转换器、数据存储器和电源控制器均与所述的单片机控制器的控制端相连；
所述的监测点与监测单元将每次检测得到的电气读数通过检测数据A/D转换器发送到数据存储器，并按照单片机控制器的指令将单次或者多次检测得到的电气读数通过SMS数据收发模块发送到外部。
进一步地，本发明还公开了一种埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测系统，其特点在于，包括多个分布在不同测试桩上的上述的检测装置，以及括通讯模块、数据处理服务器、GIS系统服务器和多个监视终端；
所述的通讯模块与所述的检测装置的SMS数据收发模块建立通信连接，并将数据传输给所述的数据处理服务器，经数据处理服务器智能处理后传输到GIS系统服务器以警示界面予以提示，同时向监视终端发送报警信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用单片机控制器为管理模块，提供检测模块以及低内阻开关电路，通过对3个以上监测点之间的任意组合，测量其电气读数，包括电位、电流和电量数值，以获得更及时、更准确和更多样性的检测数据，以便于通过对这些数据的分析及时准确的掌握监测点的现场环境。
(2)当管道出现渗漏、破裂、浸水及杂散电流干扰等问题时保护电位数据发生异常，经数据处理服务器分析判断后上传到GIS系统服务器以警示界面予以提示，同时发送报警信息提醒管理人员。并可以在发现异常情况之后从远端对于检测方案进行更改，实时采集检测数据，进一步验证预警信息，使得早期预警的信息更加可靠，避免漏报或误报。提供低功耗时钟模块和电源控制模块，确保系统在无人工干预的情况下也可以实现自动工作。
(3)具有自动检测、自动分析、自动预警的特点，大幅度的减少了人工检测的工作量，同时进一步提高了检测结果的准确性，对于渗漏、破裂、浸水及杂散电流干扰等问题可以做到早发现早预警。
(4)检测装置体积小巧，可以安装在原有的检测桩内部，无需开挖路面即可完成安装，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测系统的架构图；
图2为本发明埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置的结构示意图；
图3为本发明埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置的实施2示意图；
图4为本发明埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1，图1为本发明埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测系统的架构图，如图所示：
1、操作人员通过监视终端95主动检查某检测装置91的现场工作状况，GIS系统服务器94将监控终端95发出的指令下传，数据处理服务器93将所要处理的事务编码形成事务数据，通讯模块92将数据处理服务器93的事务数据发送到指定的检测装置91。检测装置91被唤醒并对收到的数据进行分析，确定有效后根据事务数据内容执行指令，并将采集到的检测数据通过通讯模块92与远程数据处理服务器93通讯，将检测装置91采集的检测数据发送给数据处理服务器93，并由数据处理服务器93对检测装置91数据进行位置及各种数据的编码处理。数据处理服务器93智能处理后上传到GIS系统服务器94，GIS系统服务器94将数据处理服务器93智能处理后的采集数据通过监控终端95显示管道阴极保护的现场数据，管理人员根据监控终端95显示的信息判断现场情况后做相应的处理。
2、在没有监视终端95的指令时，检测装置91按照预定程序定时采集监测点的各种数据，包括电气读数和检测装置91的状态数据，通过通讯模块92与远程数据处理服务器93通讯，将检测装置91采集的数据发送给数据处理服务器93，并由数据处理服务器93对定时收到的数据进行位置及各种数据的编码处理。数据处理服务器93智能处理后上传到GIS系统服务器94，GIS系统服务器94将数据处理服务器93智能处理后的数据通过监控终端95显示检测装置91所处的现场环境信息，管理人员根据监控终端95显示的现场环境信息做相应的处理。同时，当发现检测数据存在异常或者存在缺失，经系统分析判断后以警 示界面予以提示，并可发送报警信息提醒管理人员。
图2为本发明埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护电位状态智能检测装置的结构示意图，如图所示：
1、监测点401至4n是测试端口，将401至4n接入到低内阻开关电路40。通过单片机控制器10控制低内阻开关电路40实现监测点与测试单元50的电路联通。
2、单片机控制器10控制低内阻开关电路40根据设定的程序实现电路的组合联通。检测单元50自动读取401至4n任意2个监测点组合后的电压、电流或电量数值。并在单片机控制器10的控制下将检测得到的数值通过检测数据A/D转换52转换为可存储的数据，再由单片机控制器10控制下保存到数据存储器53中。
3、单片机控制器10控制SMS数据发送模块30将数据存储器53中的数据进行编码处理，再将编码处理后的信息发送到通讯模块92，由通讯模块92传到数据处理服务器93进行数据采集的智能处理。
检测装置的工作流程如图4所示；
1、SMS数据收发模块30在收到监视终端95的指令之后唤醒单片机控制器10，单片机控制器10读取SMS数据模块30收到的指令数据并对信息识别确认后启动检测程序。
2、自动检测。在没有监视终95的指令启动检测时，低功耗时钟模块01在单片机控制器10设定的时间唤醒休眠的单片机10。
3、单片机控制器10唤醒后启动检测电源并开始自检；电源20的电量、SMS收发模块30的工作状态及收到的数据指令、各检测点的联通正常。
4、单片机控制器10开始编组低内阻开关电路40。
5、低内阻开关电路40在单片机控制器10编组控制下分别将所需联通的监测点与检测单元50实现联通，读取检测数据。
6、将检测单元50得到的检测数据经A/D数据转换52在单片机控制器10控制转换后保存在数据存储器53内。
7、单片机控制器10控制SMS无线发送模块30将数据储存器53保存的检测数据分别取出编码传送发出。
8、单片机控制器10关闭检测单元电源，单片机控制器10进入休眠。
9、数据处理服务器93根据检测装置91上传的数据进行智能信息处理。
10、若数据处理服务器93在规定的时间没有收到检测装置91上传的信息，发出故障警报。
优选的，在数据发送工序采用等待检测方案所需的检测数据全部得到存储之后，将数据存储器53所存储的数据一次性打包发送的方案。相对于每得到一个检测数据就立即发送的方案，此举可以节省SMS发送模块30的工作时间，减少电源消耗。此外，数据处理服务器93需要同时接收和处理多个检测装置91所发送的数据，实验表明采用每得到一个检测数据就立即发送的方案会大量占用数据处理服务器93的系统资源，不利于提高工作效率。
SMS发送模块30数据发送完成后，并得到数据接受完成的反馈信息。随后检测装置91进入待机状态。数据处理服务器93对接收到的数据进行储存、运算和处理。如经过运算发现存在异常，则发出报警信息提醒进行人工处理。报警信息的目的在于提醒人工进行观察和处理，发出报警信息的方式可以是手机短信、电子邮件、声光信号等形式，不论采取何种形式对本发明的有益效果没有影响。如经运算未发现存在异常，则执行数据存盘处理。
本发明中，检测装置91和通讯模块92的动力供应采用直流电源，可以是蓄 电池，风力发电机，太阳能发电机，交直流变压装置其中之一种或几种的组合。
实施例1，系统自检
操作人员可通过监视终端95下达自检指令，经过数据处理服务器93编码转换，通过通讯模块92发送给检测装置91。检测装置91被唤醒并通过通讯模块92向数据处理服务器93返回信息表示已被唤醒，处于待机状态。
随后数据处理服务器93通过通讯模块92向位于测试桩的检测装置91发送自检指令。检测装置91执行自检程序，检测每一个监测点以及每一个测试单元的连接状态和电源供应状态，比对单片机内置时钟与数据处理服务器93发送的时间信息的偏差，检查上一次检测所执行的检测方案是否被保存，检测动力电源的电压数值。自检完成后，通过通讯模块92将自检数据传送到数据处理服务器93。数据处理服务器93向检测装置91返回校验信息。检测装置91比对校验信息，若结果相符则向数据处理服务器93发送信息表示进入待机状态。当检测装置91在预设时间之内(例如5分钟)接收到数据处理服务器93发送的休眠指令或者超过预设的时间之后未收到数据处理服务器93返回的指令，则检测装置91进入低功耗的休眠状态。
数据处理服务器93对接收到的数据进行储存、运算和处理。如经过运算发现存在异常，则发出报警信息提醒进行人工处理。报警信息的目的在于提醒人工进行观察和处理，发出报警信息的方式可以是手机短信、电子邮件、声光信号等形式，不论采取何种形式对本发明的有益效果没有影响。
实施例2.更改检方案并检测
在本实施例中，如图3所示，监测点包括监测点接地00，硫酸铜参比电极41，镁阳极电池一42等10个监测点。监测单元50包括高阻抗线性电压检测单元501、低阻抗线性电压检测单元502、电流监测单元503等3种不同的检测单 元。
数据处理服务器93通过通讯模块92向位于测试桩1的检测装置911发送唤醒指令。检测装置91被唤醒并通过通讯模块92向数据处理服务器93返回信息表示已被唤醒，处于待机状态。
随后数据处理服务器93通过通讯模块92向位于测试桩2的检测装置912发送唤醒指令更新检测方案指令，通讯模块92接收到指令之后将指令信息传送到测试桩2的检测装置912中。检测装置912更新检测方案，并按照检测方案进行检测如下(如图3所示)。
1.将硫酸铜參必电极41和管道阴极电位49分别连接到检测单元50的高阻抗线性电压检测单元501，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
2.将硫酸铜參必电极41和测试片电位47分别连接到检测单元50的低阻抗线性电压检测单元502，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
3.将阴极保护电流检测电阻48和检测点接地00连接到电流检测单元503，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
4.将硫酸铜參必电极41和镁阳极电池四45连接到检测单元50的电流检测单元503，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
5.上述检测方案完成后，将数据存储器53中的数据通过SMS发送模块30发出。
通讯模块92与检测装置912进行通讯，确认接收和接受的数据无误后将数据传送到数据处理服务器93。若发现数据有误，则再次发送，直至数据无误为止。随后检测装置912进入待机状态。检测装置912超过预设的时间(例如5分钟)之后未收到数据处理服务器93返回的指令，则检测装置912自动进入低功耗的休眠状态。
数据处理服务器93对接收到的数据进行储存、运算和处理。经过运算如果 发现存在异常，按照系统设定发出电子邮件报警信息提醒进行人工处理。
实施例3，不更改检测方案的检测
数据处理服务器93通过通讯模块92向位于测试桩1的检测装置911发送唤醒指令唤醒检测装置911之后，数据处理服务器93发出按上次检测方案再次检测的指令，通讯模块92接收到指令之后将指令信息传送到测试桩1的检测装置911中。检测装置911按照最近一次检测方案进行检测如下。
1.将硫酸铜參必电极41和管道阴极保护电位49分别连接到高阻抗线性电压检测单元501，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
2.将硫酸铜參必电极41和测试片电位47分别连接到低阻抗线性电压检测单元502，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
3.将阴极保护电流检测电阻48和监测点接地00连接到电流检测单元503，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
4.将硫酸铜參必电极41和镁阳极电池四45连接到电流检测单元503，待读数稳定后将读数存储到数据存储器53。
5.上述检测方案完成后，将数据存储器53中的数据通过SMS发送模块30发出。
通讯模块92与检测装置91进行通讯，确认接收和接受的数据无误后将数据传送到数据处理服务器93。若发现数据有误，则再次发送，直至数据无误为止。随后检测装置91进入待机状态。检测装置91超过预设的时间(例如5分钟)之后未收到数据处理服务器93返回的指令，则检测装置91自动进入低功耗的休眠状态。
数据处理服务器93对接收到的数据进行储存、运算和处理。经过运算如果发现存在异常，按照系统设定发出手机短信报警信息提醒进行人工处理。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。