專利名稱：隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高位水池的監(jiān)控系統(tǒng)，特別涉及ー種隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
隧道是山地國家道 路的重要的組成部分，特別是對于高速公路，隧道是較為簡單的通路手段。隨著經(jīng)濟建設(shè)及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，公路、鉄路等道路形式較多的依賴于隧道，特別是高速公路逐漸成為公路交通運輸?shù)闹髁?，并且與人們的生產(chǎn)、生活密不可分。作為保障高速公路安全暢通運行的重要手段，高速公路隧道消防占據(jù)著越來越重要的低位。公路隧道消防一般采用高位水池儲水并備用的方式，高位水池須具有設(shè)定的液位，以保證消防使用；現(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用超聲波液位計測量高位水池液位，超聲波液位計將液位信號傳至控制器并控制消防水泵的控制模塊(泵房內(nèi))，在水泵房內(nèi)通過控制器(智能儀表)將液位的數(shù)值形成上下限開關(guān)量信號控制水泵控制拒，實現(xiàn)高位水池水位下限時水泵開啟，高位水池水位上限時水泵停止。上述監(jiān)控系統(tǒng)能夠起到相應(yīng)的監(jiān)控作用，但是存在下述問題1、由于高位水池和消防水泵房之間有幾十米甚至上百米的垂直落差，超聲波液位計就需要數(shù)百米甚至數(shù)公里的供電電纜和信號電纜，由于該電纜長期處于荒郊野夕卜，容易發(fā)生被盜現(xiàn)象，且使用壽命較短，提高使用成本；2、超聲波液位計處于高位水池頂部，距離高速公路較遠(yuǎn)，維護(hù)超聲波液位計非常不方便，甚至有時會造成維護(hù)人員的安全操作；3、全依賴于整個系統(tǒng)的無故障運行，沒有遠(yuǎn)程的監(jiān)控，對故障或水位沒能實時監(jiān)控，易于產(chǎn)生安全事故；4、用高位水池超聲波液位計測量得到的液位間接反應(yīng)了隧道的消防主干管的壓カ狀況，當(dāng)出現(xiàn)如發(fā)生超聲波液位計損壞，也就不能監(jiān)控隧道內(nèi)消防水管的漏水和違規(guī)使用消防水狀況；或者主干管發(fā)生較大泄漏或堵塞等異常狀況時，超聲波液位計的測量值就不能正確反應(yīng)隧道的消防主干管的壓カ狀態(tài)，從而引發(fā)消防安全隱患；上述問題使得高位水池?zé)o法長周期安全運行，而對于缺水地區(qū)及消防水不容易取得的地區(qū)，隧道內(nèi)的消防水的保持更為重要，而上述問題會導(dǎo)致隧道中消防水泄漏、違規(guī)使用消防水(如利用消防水洗車、洗菜等)等，對隧道的消防安全造成極大威脅，同時也會造成水資源的浪費和公路運營費用的提升。因此，需要對高位水池的液位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，能夠?qū)崟r獲取隧道的消防主干管的壓カ信號和流量信號，從而可遠(yuǎn)程獲知高位水池液位以及消防水的使用情況，以利于根據(jù)該狀況處置高位水池所出現(xiàn)的漏水、非正常使用等問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供ー種隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，能夠?qū)崟r獲取隧道的消防主干管的壓カ信號和流量信號，從而可遠(yuǎn)程獲知高位水池液位以及消防水的使用情況，以利于根據(jù)該狀況處置高位水池所出現(xiàn)的漏水、非正常使用等問題。
本發(fā)明的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，至少包括壓カ傳感器，設(shè)置于高位水池至隧道的消防主干管用于采集該主干管內(nèi)的水壓信號;流量傳感器，設(shè)置于高位水池至隧道的消防主干管用于采集該主干管內(nèi)的水流量信號;監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收壓カ傳感器的水壓信號和流量傳感器的水流量信號并計算得出高位水池的液位數(shù)值；進(jìn)ー步，還包括消防水泵控制模塊，用于控制高位水池的消防水泵的運行狀態(tài)； 所述監(jiān)控系統(tǒng)包括高位水池液位監(jiān)控儀，用于接收壓カ傳感器的水壓信號和流量傳感器的水流量信號計算得出高位水池的液位數(shù)值，井向消防水泵控制模塊發(fā)出控制命令并接收消防水泵控制模塊發(fā)來的消防水泵運行狀態(tài)參數(shù)信號；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，接收高位水池液位監(jiān)控儀傳來的壓カ數(shù)值、流量數(shù)值和液位數(shù)值井向高位水池液位監(jiān)控儀發(fā)出遠(yuǎn)程控制命令；進(jìn)ー步，所述流量傳感器為超聲波流量計；進(jìn)ー步，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置于路段監(jiān)控站，與高位水池液位監(jiān)控儀之間通過交換機交換數(shù)據(jù)；進(jìn)ー步，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與高位水池液位監(jiān)控儀之間、壓カ傳感器和流量傳感器與高位水池液位監(jiān)控儀之間以及高位水池液位監(jiān)控儀與消防水泵控制模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸線纜均設(shè)置于電纜溝內(nèi)；進(jìn)一步,所述聞位水池為聞速公路聞位水池。本發(fā)明還公開了ー種監(jiān)控高位水池液位的方法，包括下述步驟a.獲取高位水池至隧道的消防主干管內(nèi)的壓カ數(shù)值和流量數(shù)值；b.根據(jù)流量數(shù)值計算得出壓カ損失，根據(jù)壓カ損失與壓カ數(shù)值根據(jù)公式A = $-~
獲得高位水池液位數(shù)值；公式中P為壓カ損失與壓カ數(shù)值之和；P為流體密度；g為重力加速度為高位水池底部至隧道的消防主干管的垂直高度；h為高位水池液位。進(jìn)一歩，還包括下述步驟c.如果高位水池液位數(shù)值低于設(shè)定的下限值，則向消防水泵控制模塊發(fā)出啟動消防水泵的控制命令，并獲取消防水泵的運行狀態(tài)參數(shù)；否則，不發(fā)出啟動消防水泵的控制命令;d.將高位水池液位數(shù)值發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如果高位水池液位數(shù)值低于設(shè)定的下限值則輸出該信號并發(fā)出啟動消防水泵的遠(yuǎn)程控制命令，如果高位水池液位數(shù)值高于設(shè)定的上限值則輸出該信號。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r獲取隧道的消防主干管的壓カ信號和流量信號，從而通過計算可遠(yuǎn)程獲知高位水池液位以及水壓狀況和用水狀況(包括漏水或盜用消防水)，對故障或水位實現(xiàn)實時監(jiān)控，在主干管發(fā)生較大泄漏或堵塞等異常狀況時，能正確反應(yīng)隧道的消防主干管的壓カ狀態(tài)，從而及時消防安全隱患，使得高位水池能夠長周期安全運行，會極大的提高監(jiān)控效率，減少水資源的浪費并降低公路運營費用；由于信號采集設(shè)備位于隧道的消防主干管內(nèi)，因此，通信電纜等設(shè)置于電纜溝內(nèi)，可防止偸盜，并使電纜得到有效保護(hù)，降低維護(hù)成本；同時，設(shè)備均可安裝在隧道ロ及消防水泵房，維修方便，消除由于登高維護(hù)導(dǎo)致的人身安全隱患。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。圖I為本發(fā)明的原理示意 圖；圖2為本發(fā)明監(jiān)控方法方框圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明的原理示意圖，如圖所示本發(fā)明的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，至少包括壓カ傳感器3，設(shè)置于高位水池I至隧道的消防主干管2用于采集該主干管2內(nèi)的水壓信號；可采用現(xiàn)有技術(shù)中能夠側(cè)的水壓的任何結(jié)構(gòu)的壓カ傳感器；高位水池至隧道的消防主干管為鋪設(shè)于隧道內(nèi)水平設(shè)置的消防管段，與高位水池之間通過上下的連通管道連通；流量傳感器4，設(shè)置于高位水池I至隧道的消防主干管2用于采集該主干管2內(nèi)的水流量信號；流量傳感器4可選擇超聲波等現(xiàn)有技術(shù)用于測得管內(nèi)流量的任何流量傳感器；監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收壓カ傳感器3的水壓信號和流量傳感器3的水流量信號并計算得出高位水池的液位數(shù)值；監(jiān)控系統(tǒng)至少應(yīng)包括轉(zhuǎn)換、放大和中央處理等部件，用于完成對數(shù)據(jù)的接收和處理，屬于現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)接收處理設(shè)備，在此不再贅述，可遠(yuǎn)程設(shè)置，便于監(jiān)控。本實施例中，還包括消防水泵控制模塊6，可采用現(xiàn)有的水泵控制柜，用于控制高位水池I的消防水泵7的運行狀態(tài)；消防水泵7為高位水池I的供水設(shè)備，采用現(xiàn)有技術(shù)的連接方式，強制供水至高位水池1，以便高位水池I水位不夠安全標(biāo)準(zhǔn)時供水；所述監(jiān)控系統(tǒng)包括高位水池液位監(jiān)控儀5，用于接收壓カ傳感器3的水壓信號和流量傳感器4的水流量信號計算得出高位水池I的液位數(shù)值，井向消防水泵控制模塊6發(fā)出控制命令并接收消防水泵控制模塊6發(fā)來的消防水泵7運行狀態(tài)參數(shù)信號；高位水池液位監(jiān)控儀6 —般選用現(xiàn)有的智能儀表，本身設(shè)有數(shù)據(jù)放大和轉(zhuǎn)換功能，設(shè)定程序后能夠根據(jù)高位水池I的水位變化控制消防水泵控制模塊6，即低于水位下限值啟動消防水泵7供水，高于上限值停止消防水泵7，消防水泵控制模塊6即是消防水泵的控制拒，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述；高位水池液位監(jiān)控儀6可設(shè)置于隧道ロ或者消防水泵泵房10內(nèi)，并將測的數(shù)值進(jìn)行顯示；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)9，接收高位水池液位監(jiān)控儀5傳來的壓カ數(shù)值、流量數(shù)值和液位數(shù)值并向高位水池液位監(jiān)控儀5發(fā)出遠(yuǎn)程控制命令，該命令主要用于啟動和關(guān)閉消防水泵7 ；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)9采用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出控制命令，配以顯示系統(tǒng)可實現(xiàn)對消防水泵運行狀態(tài)的參數(shù)監(jiān)控和視頻監(jiān)控。本實施例中，所述流量傳感器4為超聲波流量計；屬無阻礙流量計，適用于流量測量困難的消防主干管內(nèi)水流量，更適用于大口徑的消防主干管流量測量。本實施例中，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)9設(shè)置于路段監(jiān)控站，配套難度低，易于實現(xiàn)；與高位水池液位監(jiān)控儀5之間通過交換機8交換數(shù)據(jù)，通過交換機進(jìn)8行過渡，使本發(fā)明更具有靈活性。本實施例中，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)9與高位水池液位監(jiān)控儀5之間、壓カ傳感器3和流量傳感器4與高位水池液位監(jiān)控儀5之間以及高位水池液位監(jiān)控儀5與消防水泵控制模塊6之間的數(shù)據(jù)傳輸線纜均設(shè)置于電纜溝內(nèi)。本實施例中，所述高位水池I為高速公路高位水池。 圖2為本發(fā)明監(jiān)控方法方框圖，如圖所示，本發(fā)明還公開了ー種監(jiān)控高位水池液位的方法，包括下述步驟a.獲取高位水池I至隧道的消防主干管2內(nèi)的壓カ數(shù)值和流量數(shù)值；b.根據(jù)流量數(shù)值計算得出壓カ損失，根據(jù)壓カ損失與壓カ數(shù)值根據(jù)公式A =
獲得高位水池液位數(shù)值；公式中P為壓カ損失與壓カ數(shù)值之和；P為流體密度；g為重力加速度為高位水池I底部至隧道的消防主干管的垂直高度；h為高位水池液位；在消防水處于靜止?fàn)顟B(tài)下，可直接通過在隧道的消防主干管的壓カ傳感器的壓カ參數(shù)，計算出消防高位水池的液位；而在消防主干管有水流的情況，根據(jù)伯努利方程:JP+^L = C式中p——斷面壓強；P——流體密度；v——斷面平均流速；g——重力加速度；C-常數(shù)，由邊界條件確定。伯努利方程可以簡單的描述為流速越大，壓カ越??；在消防主干管有較大水流速度的情況下，如果仍只用単一的隧道的消防主干管壓カ表測量水壓カ來計算液位，就會出現(xiàn)計算出的液位數(shù)據(jù)低于實際液位，水流速度越大，計算出的液位數(shù)據(jù)就越小于實際液位。這就需要采用其他方法來補償水流速度對壓カ的影響。水管內(nèi)的水流速度可以通過流量計(流速計精度太低)計算出水流速度。根據(jù)水力學(xué)理論，Chezy公式、Hazen-Williams公式和Darcy-Weisbach公式可以解決水流速度和壓カ的關(guān)系。其中Chezy公式Q = C-A-^R-S這里Q——斷面水流量(m3/s)C-Chezy 糙率系數(shù)(ml/2/s)A-斷面面積(m2)R-7jC 力半徑(m)S——水力坡度(m/m)Hazen-Williams公式是管道計算中常用壓カ損失計算公式,該公式表達(dá)為Q=k · C · A · Ra.63 · S0.54
這里Q——斷面水流量(m3/s)C——Hazen-Williams糙率系數(shù)(無量綱)A-斷面面積(m2)R-7jC 力半徑(m)S——水カ坡度(m/m ) k——常數(shù)，采用國際單位時為O. 85Darcy-Weisbach被用于許多要求計算精度較高的工程中。Darcy-Weisbach公式表達(dá)為
_7]hPfITg這里hf-壓カ損失(mm3/s)f-Darcy-Weisbach水頭損失系數(shù)(無量綱)I——管道長度(m)d-管道內(nèi)徑(mm)V——管道流速(m/s)g——重力加速度(m/s2)根據(jù)上述3個公式，通過在隧道內(nèi)主干管的壓カ表和流量計，可以計算出流速對壓カ的關(guān)系，從而得到高位水池的液位。本實施中，還包括下述步驟c.如果高位水池I液位數(shù)值低于設(shè)定的下限值，則向消防水泵控制模塊發(fā)出啟動消防水泵的控制命令，并獲取消防水泵的運行狀態(tài)參數(shù)；否則，不發(fā)出啟動消防水泵的控制命令；也就是說，通過上下限開關(guān)量信號控制消防水泵控制模塊，實現(xiàn)高位水池水位下限時消防水泵開啟，高位水池水位上限時消防水泵停止。d.將高位水池I液位數(shù)值發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如果高位水池I液位數(shù)值低于設(shè)定的下限值則輸出該信號并發(fā)出啟動消防水泵的遠(yuǎn)程控制命令，如果高位水池液位數(shù)值高于設(shè)定的上限值則輸出該信號；具體過程是高位水池液位監(jiān)控儀5對隧道的消防主干管2的壓カ傳感器3信號和流量傳感器4信號進(jìn)行整理計算，得出高位水池I液位；根據(jù)得到的高位水池I液位，輸出高位水池I的上下限控制信號至消防水泵控制模塊6，控制消防水泵7的起停。同時輸出高位水池I液位信號給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)需要，實現(xiàn)對消防水泵7的遠(yuǎn)程控制，由于本系統(tǒng)中安裝有流量傳感器4，可以將水管是否漏水、是否有人偷用消防用水等信息反應(yīng)給監(jiān)控系統(tǒng)，以便隧道管理人員及時處置，避免消防水源的浪費和破環(huán)。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.ー種隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于至少包括 壓カ傳感器，設(shè)置于高位水池至隧道的消防主干管用于采集該主干管內(nèi)的水壓信號； 流量傳感器，設(shè)置于高位水池至隧道的消防主干管用于采集該主干管內(nèi)的水流量信號; 監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收壓カ傳感器的水壓信號和流量傳感器的水流量信號并計算得出高位水池的液位數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于還包括 消防水泵控制模塊，用于控制高位水池的消防水泵的運行狀態(tài)； 所述監(jiān)控系統(tǒng)包括 高位水池液位監(jiān)控儀，用于接收壓カ傳感器的水壓信號和流量傳感器的水流量信號計算得出高位水池的液位數(shù)值，井向消防水泵控制模塊發(fā)出控制命令并接收消防水泵控制模塊發(fā)來的消防水泵運行狀態(tài)參數(shù)信號； 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，接收高位水池液位監(jiān)控儀傳來的壓カ數(shù)值、流量數(shù)值和液位數(shù)值并向高位水池液位監(jiān)控儀發(fā)出遠(yuǎn)程控制命令。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述流量傳感器為超聲波流量計。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置于路段監(jiān)控站，與高位水池液位監(jiān)控儀之間通過交換機交換數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與高位水池液位監(jiān)控儀之間、壓カ傳感器和流量傳感器與高位水池液位監(jiān)控儀之間以及高位水池液位監(jiān)控儀與消防水泵控制模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸線纜均設(shè)置于電纜溝內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述高位水池為聞速公路聞位水池。
7.一種監(jiān)控高位水池液位的方法，其特征在于包括下述步驟 a.獲取高位水池至隧道的消防主干管內(nèi)的壓カ數(shù)值和流量數(shù)值； b.根據(jù)流量數(shù)值計算得出壓カ損失，根據(jù)壓カ損失與壓カ數(shù)值根據(jù)公式h卞售得高位水池液位數(shù)值；公式中Φ為壓カ損失與壓カ數(shù)值之和；P為流體密度；g為重力加速度為高位水池底部至隧道的消防主干管的垂直高度；h為高位水池液位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于還包括下述步驟c.如果高位水池液位數(shù)值低于設(shè)定的下限值，則向消防水泵控制模塊發(fā)出啟動消防水泵的控制命令，并獲取消防水泵的運行狀態(tài)參數(shù)；否則，不發(fā)出啟動消防水泵的控制命令； d.將高位水池液位數(shù)值發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如果高位水池液位數(shù)值低于設(shè)定的下限值則輸出該信號并發(fā)出啟動消防水泵的遠(yuǎn)程控制命令，如果高位水池液位數(shù)值高于設(shè)定的上限值則輸出該信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隧道消防高位水池液位監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，包括置于高位水池至隧道的消防主干管的壓力傳感器、流量傳感器和用于接收壓力傳感器的水壓信號和流量傳感器的水流量信號并計算得出高位水池的液位數(shù)值的監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明能可通過計算可遠(yuǎn)程獲知高位水池液位以及水壓狀況和用水狀況(包括漏水或盜用消防水)，對故障或水位實現(xiàn)實時監(jiān)控，在主干管發(fā)生較大泄漏或堵塞等異常狀況時，能正確反應(yīng)隧道的消防主干管的壓力狀態(tài)，從而及時消防安全隱患，使得高位水池能夠長周期安全運行，會極大的提高監(jiān)控效率，減少水資源的浪費并降低公路運營費用；可防止偷盜，并使電纜得到有效保護(hù)，降低維護(hù)成本消除由于登高維護(hù)導(dǎo)致的人身安全隱患。
文檔編號F04B49/06GK102692931SQ20121018473
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者朱儒彬, 李茂華 申請人:朱儒彬, 李茂華