基于TDC-GP30的供热管道运维方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于TDC‑GP30的供热管道运维方法及系统，涉及管道无损检测技术领域，包括管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测和管道滴漏检测，首先，充分利用超声波在不同介质中的衰减传播特性，对管道的结垢情况、水流固体颗粒度和气泡大小进行检测；其次，充分发掘TDC‑GP30超声波流量转换器在零流量检测时高精度和高灵敏度的特点，对管道的滴漏情况进行检测；之后，量化了阈值检测标准，提升了云平台报警信息的可靠性和准确性；最后将维护结果反馈至云平台，实现了检测和维护的闭环。

【技术实现步骤摘要】
基于TDC-GP30的供热管道运维方法及系统
本专利技术涉及管道无损检测
，具体涉及一种基于TDC-GP30的供热管道运维方法及系统。
技术介绍
管道运输是供热行业中的重要一环，但由于所输送水中含有的固体颗粒物以及化学反应产生的碳酸盐、金属氢氧化物的长期堆积，致使管道内壁容易出现结垢的现象，该现象轻则导致水的浊度和水中的气泡增加，影响流量仪表的测量精度；重则会腐蚀、堵塞管道，引发泄漏、爆管等生产事故。因此，建立一个包括管道的结垢、水中固体颗粒度和气泡以及滴漏等检测在内的运维系统，对于供热管道运输来说意义重大。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于TDC-GP30的供热管道运维方法及系统，实现了对供热管道全周期的、闭环的检测和维护，提升了云平台报警信息的可靠性和准确性。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于TDC-GP30的供热管道运维方法，包括：管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测：在供热低峰时段，计算回波时间，单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励安装于管道外壁的换能器P1发射超声波信号，随后换能器P1按时序接收回波信号，GP30芯片存储回波数量和幅值数据；单片机读取GP30芯片存储数据并计算超声波衰减系数，间隔固定周期上传至云平台；云平台对回波数量和超声波衰减系数进行阈值检测，判断管道结垢情况、水中固体颗粒度及气泡大小并发送报警信息；管道滴漏检测：在非供热时段，单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励安装于管道外壁的两个换能器P2、P3分别发射和接收超声波信号，GP30芯片检测滴漏产生的瞬时流量并存储；单片机间隔固定周期读取GP30芯片瞬时流量数据，取均值后上传至云平台，云平台对瞬时流量数据进行阈值检测并发送报警信息。进一步的，所述的换能器P1发射超声波信号，具体为：单片机与GP30芯片上电复位，在t0时刻，单片机通过SPI通信控制GP30芯片产生1个方波脉冲，激励换能器P1，使换能器P1产生一个电压幅值为A0的超声波信号，同时，GP30芯片存储该电压幅值；随后换能器P1立即进入接收状态，GP30芯片定时器开始计时。进一步的，换能器P1按时序接收回波信号，具体为：若在ti(1≤i≤5)时刻，换能器P1接收到第i个回波Bi，则GP30芯片测量换能器P1电压幅值Ai并存储；否则停止接收回波，GP30芯片赋值回波数标变量BF＝i-1并存储，同时GP30芯片定时器复位，并计时ΔT后再次由单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励换能器P1发射超声波信号；若在t6时刻，换能器P1接收到第六个回波B6，则GP30芯片测量换能器P1电压幅值A6，赋值回波数变量BF＝6，并存储电压幅值A6和回波数变量BF，同时停止接收回波，GP30芯片定时器复位，并计时ΔT后再次由单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励换能器P1发射超声波信号；否则直接停止接收回波，GP30芯片赋值回波数标变量BF＝5并存储，同时GP30芯片定时器复位，并计时ΔT后再次由单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励换能器P1发射超声波信号。进一步的，计算超声波衰减系数，具体为：单片机读取GP30芯片存储的回波数标变量和电压幅值数据，若BF≥4，计算各个回波的衰减系数αi；式中，D为管道外径；再求得实际超声波衰减系数差值Δα并进行存储；若BF<4，则舍弃该组数据；至此，完成一次管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测。进一步的，所述单片机每间隔n个检测周期，通过NB-IoT模块将该段时间内的若干组有效BF和Δα数据上传至云平台。进一步的，若在p组数据中，BF≥5的组数q占比超过70％，且p组数据的实际超声波衰减系数差值Δα的平均值则云平台向热网调度中心发送报警信息。进一步的，所述管道滴漏检测，具体为：首先在云平台存储滴漏瞬时流量下限Qlmin＝0.5L/h；其次，GP30芯片检测瞬时流量并存储，单片机每间隔1小时即从GP30芯片连续读取十条瞬时流量数据，求得均值并上报至云平台；最后，云平台对进行阈值检测，若则云平台向热网调度中心发送报警信息。一种基于TDC-GP30的供热管道运维系统，使用上述的供热管道运维方法，包括：换能器P1、换能器P2、换能器P3、TDC-GP30超声波流量转换器、单片机、LCD显示模块、NB-IoT模块、电源模块及外围电路；所述换能器P1、换能器P2、换能器P3通过耦合剂固定在管道外壁上且分别与TDC-GP30超声波流量转换器连接，TDC-GP30超声波流量转换器通过SPI方式与单片机通信，单片机与NB-IoT模块通过串口进行通信；LCD显示模块与单片机连接，用于显示流量读数；电源模块为各硬件部分供电。本专利技术有益效果：结合超声波检测技术、物联网技术和热网调度系统，实现了对供热管道的全周期的、闭环的检测和维护。首先，充分利用超声波在不同介质中的衰减传播特性，对管道的结垢情况、水流固体颗粒度和气泡大小进行检测；其次，充分发掘TDC-GP30超声波流量转换器在零流量检测时高精度和高灵敏度的特点，对管道的滴漏情况进行检测；之后，量化了阈值检测标准，提升了云平台报警信息的可靠性和准确性；最后将维护结果反馈至云平台，实现了检测和维护的闭环。附图说明图1是本专利技术换能器安装位置示意图；图2是本专利技术基于TDC-GP30的供热管道运维方法及系统通信示意图；图3是本专利技术管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测原理图；图4是本专利技术管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测流程图；图5是本专利技术管道滴漏检测原理图；图6是本专利技术管道滴漏检测流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。实施例1针对供热管道运维问题和相关检测技术的现状，本专利技术建立了基于TDC-GP30的供热管道运维系统。首先安装并连接各硬件模块；其次在供热低峰时段进行管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测，云平台分析检测数据并报警；然后在非供热期进行管道滴漏检测，云平台分析检测数据并报警；最后，在新的供热期开始前，热网调度中心派遣维护人员进行维护，并将维护结果反馈至云平台。常用的管道结垢检测方法有共振回音法、内部探测法、红外热成像法、CT法、射线检测法和超声波检测法等。相比于其他检测方法，超声波法的优点是：无污染和放射性、原理和实现简单、检测精度和可靠性高。而TDC-GP30是ACAM公司推出的一款超声波流量转换器，它适用于超声波流量测量及信号处理等应用场景，精度高、功耗低、稳定性好，被广泛应用于超声波流量计和热量表产品的研发和生产中。整体方案如下：管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测：在供热低峰时段，计算回波时间，单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励安装于管道外壁的换能器P1发射超声波信号，随后换能器P1按时序接收回波信号，GP30芯片存储回波数量和幅值数据；单片机读取GP3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDC-GP30的供热管道运维方法，其特征在于，包括：/n管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测：在供热低峰时段，计算回波时间，单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励安装于管道外壁的换能器P

【技术特征摘要】
1.一种基于TDC-GP30的供热管道运维方法，其特征在于，包括：
管道结垢、水流固体颗粒度和气泡检测：在供热低峰时段，计算回波时间，单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励安装于管道外壁的换能器P1发射超声波信号，随后换能器P1按时序接收回波信号，GP30芯片存储回波数量和幅值数据；单片机读取GP30芯片存储数据并计算超声波衰减系数，间隔固定周期上传至云平台；云平台对回波数量和超声波衰减系数进行阈值检测，判断管道结垢情况、水中固体颗粒度及气泡大小并发送报警信息；
管道滴漏检测：在非供热时段，单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励安装于管道外壁的两个换能器P2、P3分别发射和接收超声波信号，GP30芯片检测滴漏产生的瞬时流量并存储；单片机间隔固定周期读取GP30芯片瞬时流量数据，取均值后上传至云平台，云平台对瞬时流量数据进行阈值检测并发送报警信息。


2.根据权利要求1所述的基于TDC-GP30的供热管道运维方法，其特征在于，所述的换能器P1发射超声波信号，具体为：单片机与GP30芯片上电复位，在t0时刻，单片机通过SPI通信控制GP30芯片产生1个方波脉冲，激励换能器P1，使换能器P1产生一个电压幅值为A0的超声波信号，同时，GP30芯片存储该电压幅值；随后换能器P1立即进入接收状态，GP30芯片定时器开始计时。


3.根据权利要求2所述的基于TDC-GP30的供热管道运维方法，其特征在于，换能器P1按时序接收回波信号，具体为：若在ti(1≤i≤5)时刻，换能器P1接收到第i个回波Bi，则GP30芯片测量换能器P1电压幅值Ai并存储；否则停止接收回波，GP30芯片赋值回波数标变量BF＝i-1并存储，同时GP30芯片定时器复位，并计时ΔT后再次由单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励换能器P1发射超声波信号；
若在t6时刻，换能器P1接收到第六个回波B6，则GP30芯片测量换能器P1电压幅值A6，赋值回波数变量BF＝6，并存储电压幅值A6和回波数变量BF，同时停止接收回波，GP30芯片定时器复位，并计时ΔT后再次由单片机控制GP30芯片产生方波脉冲，激励换能器P1发射超声波信号；否则直接停止接收回波，GP30芯片赋值回波数标变量BF＝5...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙圣斌，
申请(专利权)人：大连海心信息工程有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21