一种阵列光栅感温监测用智能切换系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及仪表智能监测与自动化领域，具体涉及一种阵列光栅感温监测用智能切换系统及其控制方法。


背景技术：

2.阵列光栅感温系统，是一种基于光纤传感技术的高精度、大容量、高灵敏度的温度信息精确感知报警系统，该系统常用于监测电缆廊道、石油储罐等领域的温度状态监测与预警，能达到厘米级的温度感知、米级的空间定位以及公里级的超长范围监测。
3.阵列光栅感温系统工作过程主要是将阵列光栅感温光缆与监测主机连接、监测主机通过网络信号传输至监控电脑，具体的为：将阵列光栅感温光缆布设在现场，用于实时监测现场温度变化，比如敷设在油罐表面，温度变化信息传输至监测主机进行解调分析，分析结果通过网络上传至监控电脑，同时监测主机对供电、传感光缆以及现场网络的异常情况进行监测；
4.但由于阵列光栅感温系统使用环境不同，比如用于高温风险的电缆、火灾隐患的油罐，其在使用过程中常存在因现场供电异常、现场网络中断、现场布设传感光缆意外断裂等突发事故导致系统无法持续正常工作的问题，这将严重影响其监测与预警。


技术实现要素：

5.本发明提供一种阵列光栅感温监测用智能切换系统及其控制方法，结构简单，不仅实现对阵列光栅感温系统的供电、传感光缆、通信网络三个层面同时监测防控，而且以低成本、低风险有效提升系统稳定性与使用寿命，使用效果更好。
6.为实现上述目的，本一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，包括依次连接的阵列光栅传感光缆、监测主机以及通信网络；供电模块为监测主机供电；
7.其特征在于，还包括切换模块；
8.供电电源包括主电源和备电源，阵列光栅传感光缆包括主传感电缆和备传感电缆；
9.所述切换模块包括电源冗余供电模块、传感光智能切换模块和网络切换模块；
10.电源冗余供电模块连接在供电电源与监测主机之间，用于切换主电源和备电源的接通、断开；
11.传感光智能切换模块连接在阵列光栅传感光缆与监测主机之间，用于切换主传感电缆和备传感电缆的选择连接；
12.所述网络切换模块连接在通信网络与监测主机之间，用于切换通信网络上的多通信模式。
13.进一步的，所述主电源与备电源连接电路上分别设有用于检测负载电流的三极管；
14.所述电源冗余供电模块包括控制主电源负载通断的主继电器、以及控制备电源负
载通断的备继电器；
15.三极管与监测主机连接，监测主机控制主继电器、备继电器的动作。
16.进一步的，所述主电源为ac220v电源，并转换为24v的直流电为监测主机供电；
17.备电源为铅蓄电池，并输出24v的直流为监测主机供电。
18.进一步的，所述传感光智能切换模块包括光开关、传感继电器；
19.主传感电缆和备传感电缆连接电路上分别与用于切换对应通道的光开关连接，光开关的接电线路上设有传感继电器；
20.监测主机与传感继电器连接，并控制传感继电器的动作。
21.进一步的，所述监测主机与报警装置连接，并控制报警装置的启停。
22.进一步的，所述网络切换模块包括网络继电器、用于接收监测主体信号的通信模块；
23.多通信模式包括主有线网络、备有线网络、内部4g网络，主有线网络、备有线网络、内部4g网络分别与监测主体连接的网口通过网络继电器进行切换控制；
24.监测主机与网络继电器连接，并控制网络继电器的动作。
25.一种阵列光栅感温监测用智能切换系统的控制方法，具体包括以下步骤：
26.a.正常运行状态下，主电源为监测主机供电，并且三极管检测主电源负载电路电流高于最低工作电流、低于额定最大电流值；
27.主传感电缆与监测主机连通，将实时监测现场温度变化信息传输至监测主机进行解调分析，分析结果再通过主有线网络上传至监控电脑中；
28.b.当监测主机监测到主电源负载电路电流超过额定最大电流值时，表明主电源供电功率不足，此时监测主机控制备继电器启动使得备电源接入负载电路，主电源、备电源同时供电；
29.当监测主机监测到主电源负载电路电流低于最低工作电流时，表明主电源处于工作异常，此时监测主机控制备继电器启用接入备电源负载电路，备电源处于完全供电状态；
30.当监测主机监测到主电源负载电路电流恢复正常时，主继电器接通，恢复主电源正常工作状态，备继电器接入备电源充电电路进入充电状态；
31.c.当监测主机检测到连接的主传感光缆异常时，监测主机控制传感继电器断开，使得光开关处于断电状态，此时主传感电缆断开，备传感光缆连接的光路导通，使得备传感电缆处于工作状态；
32.d.当监测主机检测到通信网络发生异常时，通信模块控制网络继电器进行启动，切换监测主机网口连接状态至备有线网络端口，此时主有线网络断开，备有线网络启用；当仍存在通信异常时，继续切换连接至内部4g网络，内部4g网络启用，其他通信模式断开。
33.与现有技术相比，本一种阵列光栅感温监测用智能切换系统由于在供电电源与监测主机之间设置电源冗余供电模块，通过相应继电器实现对主电源和备电源的接通、断开的切换，使供电模块处于不同的供电状态，避免实际现场中无法供电的情况；
34.在阵列光栅传感光缆与监测主机之间设置传感光智能切换模块，通过光开关结合传感继电器实现对主传感光缆、备传感光缆之间的切换，避免实际现场中光缆故障的情况；
35.在监测主机与通信模块之间设置网络切换模块，通过网络继电器实现对主有线网络、备有线网络、内部4g网络连接网口的切换控制，避免实际现场中网络中断的情况；
36.因此本一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，结构简单，实现对供电、传感光缆、通信网络三个层面同时监测防控，而且以低成本、低风险有效提升系统稳定性与使用寿命，使用效果更好。
附图说明
37.图1是本发明的整体连接示意图；
38.图2是本发明的供电电源连接示意图；
39.图3是本发明的传感光智能切换模块连接示意图；
40.图4是本发明的网络切换模块连接示意图；
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明作进一步说明。
42.如图1所示，本一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，包括依次连接的阵列光栅传感光缆、监测主机以及通信网络；供电模块为监测主机供电；
43.其特征在于，还包括切换模块；
44.供电电源包括主电源和备电源，阵列光栅传感光缆包括主传感电缆和备传感电缆；
45.所述切换模块包括电源冗余供电模块、传感光智能切换模块和网络切换模块；
46.电源冗余供电模块连接在供电电源与监测主机之间，用于切换主电源和备电源的接通、断开；
47.传感光智能切换模块连接在阵列光栅传感光缆与监测主机之间，用于切换主传感电缆和备传感电缆的选择连接；
48.所述网络切换模块连接在监测主机与通信模块之间，用于切换通信网络上的多通信模式。
49.进一步的，所述主电源与备电源连接电路上分别设有用于检测负载电流的三极管；
50.所述电源冗余供电模块包括控制主电源负载通断的主继电器、以及控制备电源负载通断的备继电器；
51.三极管与监测主机连接，监测主机控制主继电器、备继电器的动作；
52.如图2所示，具体的为：可将主继电器、其中一个三极管分别设置在主电源与监测主机之间连通的电路上，备继电器、另一个三极管分别设置在备电源与监测主机之间连通电路上；正常运行状态仅主电源供电，当主电源供电异常，启用备电源临时供电，双电源冗余供电模式有效降低阵列光栅感温系统因临时停电或短时间供电异常导致的异常风险；
53.监测主机处于运行或者停运状态时，主要通过主继电器控制主电源负载电路的通断，并且三极管检测主电源负载电路电流高于最低工作电流、低于额定最大电流值时，供电电源处于正常工作，备继电器控制备电源负载电路断开，仅主电源供电；
54.当监测主机监测到主电源负载电路电流超过额定最大电流值时，表明主电源供电功率不足，此时监测主机可控制备继电器启动使得备电源接入负载电路，主电源、备电源同时供电，提高输出功率，即处于冗余工作状态；
55.当监测主机监测到主电源负载电路电流低于最低工作电流时，表明主电源处于工作异常，此时监测主机可控制备继电器启用接入备电源负载电路，备电源处于完全供电状态；
56.当监测主机监测到主电源负载电路电流恢复正常时，监测主机可控制备继电器断开备电源负载电路，恢复主电源正常工作状态，优选的备继电器启动接入备电源充电电路，进入断电恢复模式，当备电源充电完成后备继电器可通过监测主机的控制进行自动断开。
57.进一步的，主电源为ac220v电源，并转换为24v的直流电为监测主机供电；
58.这种转换方式可以采用整流器；
59.备电源为铅蓄电池，并输出24v的直流为监测主机供电。
60.进一步的，传感光智能切换模块包括光开关、传感继电器；
61.主传感电缆和备传感电缆连接电路上分别与用于切换对应通道的光开关连接，光开关的接电线路上设有传感继电器；
62.监测主机与传感继电器连接，并控制传感继电器的动作；
63.进一步的，所述监测主机与报警装置连接，并控制报警装置的启停；
64.如图3所示，具体的为，阵列光栅传感光缆采用同一监测区域布设一主一备两根传感光缆的布设方式，当监测主机检测到连接的主传感光缆异常时，将自动切换对应通道启动备传感光缆，并且可发出报警信号，供人员进行检修，有效降低阵列光栅感温系统因传感光缆断裂导致系统探测异常的风险。
65.光开关主要是通过通电与断电状态使得导通状态发生变化，优选的采用1
×
2连接结构，即通电状态光路导通状态为1-2连接，断电状态光路导通状态为1-3连接，
66.正常状态下，传感继电器接通，使得光开关处于通电状态，光路导通为1-2连接，此时主传感电缆接通处于正常工作状态，当监测主机检测到连接的主传感光缆异常时，监测主机通过传感继电器断开，使得光开关处于断电状态，光路导通为1-3连接，此时主传感电缆断开，备传感电缆处于工作状态，因此采用传感继电器板连接控制光开关通电状态，光开关通电状态的改变将切换通道连接状态从而实现主传感光缆、备传感光缆之间的切换。
67.进一步的，所述网络切换模块包括网络继电器、用于接收监测主体信号的通信模块；
68.多通信模式包括主有线网络、备有线网络、内部4g网络，主有线网络、备有线网络、内部4g网络分别与监测主体连接的网口通过网络继电器进行切换控制；
69.监测主机与网络继电器连接，并控制网络继电器的动作。
70.如图4所示，具体的为，当监测主机检测到通信网络发生异常时，网络智能切换模块自动切换相应的通信模式，主要为有线网络、备有线网络以及内部4g网络，有效降低阵列光栅感温系统因网络中断导致的异常风险，即通信模块实时接收监测主机网口发送tcp信号，可设定tcp信号中断小于1分钟，处于正常状态下，此时网络继电器接通监测主机与主有线网络之间连接，主有线网络进行通信网络传输；
71.当tcp信号中断超过1分钟，通信模块控制网络继电器进行动作，切换监测主机网口连接状态至备有线网络端口，此时主有线网络断开，备有线网络启用；当仍存在通信异常时，比如tcp信号中断仍超过1分钟，继续切换连接至内部4g网络，内部4g网络启用，其他通信模式断开，有效保障监测主机连通外网，并将报警数据上传至监控电脑以及服务器中。
72.另外，监测主机与本切换模块之间连接可采用rs232通信，具体与电源冗余供电模块、传感光智能切换模块、网络切换模块之间的通信协议如表1。
73.表1
[0074][0075][0076]
本一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，结构简单，不仅实现对阵列光栅感温系统的供电、传感光缆、通信网络三个层面同时监测防控，避免实际现场中因临时断电、光缆故障、网络中断等突发事件对系统正常持续运行的影响，而且以低成本、低风险有效提升系统稳定性与使用寿命，使用效果更好。

技术特征：
1.一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，包括依次连接的阵列光栅传感光缆、监测主机以及通信网络；供电模块为监测主机供电；其特征在于，还包括切换模块；供电电源包括主电源和备电源，阵列光栅传感光缆包括主传感电缆和备传感电缆；所述切换模块包括电源冗余供电模块、传感光智能切换模块和网络切换模块；电源冗余供电模块连接在供电电源与监测主机之间，用于切换主电源和备电源的接通、断开；传感光智能切换模块连接在阵列光栅传感光缆与监测主机之间，用于切换主传感电缆和备传感电缆的选择连接；所述网络切换模块连接在通信网络与监测主机之间，用于切换通信网络上的多通信模式。2.根据权利要求1所述的一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，其特征在于，所述主电源与备电源连接电路上分别设有用于检测负载电流的三极管；所述电源冗余供电模块包括控制主电源负载通断的主继电器、以及控制备电源负载通断的备继电器；三极管与监测主机连接，监测主机控制主继电器、备继电器的动作。3.根据权利要求2所述的一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，其特征在于，所述主电源为ac220v电源，并转换为24v的直流电为监测主机供电；备电源为铅蓄电池，并输出24v的直流为监测主机供电。4.根据权利要求2所述的一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，其特征在于，所述传感光智能切换模块包括光开关、传感继电器；主传感电缆和备传感电缆连接电路上分别与用于切换对应通道的光开关连接，光开关的接电线路上设有传感继电器；监测主机与传感继电器连接，并控制传感继电器的动作。5.根据权利要求4所述的一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，其特征在于，所述监测主机与报警装置连接，并控制报警装置的启停。6.根据权利要求4所述的一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，其特征在于，所述网络切换模块包括网络继电器、用于接收监测主体信号的通信模块；多通信模式包括主有线网络、备有线网络、内部4g网络，主有线网络、备有线网络、内部4g网络分别与监测主体连接的网口通过网络继电器进行切换控制；监测主机与网络继电器连接，并控制网络继电器的动作。7.一种根据权利要求6所述的一种阵列光栅感温监测用智能切换系统的控制方法，具体包括以下步骤：a.正常运行状态下，主电源为监测主机供电，并且三极管检测主电源负载电路电流高于最低工作电流、低于额定最大电流值；主传感电缆与监测主机连通，将实时监测现场温度变化信息传输至监测主机进行解调分析，分析结果再通过主有线网络上传至监控电脑中；b.当监测主机监测到主电源负载电路电流超过额定最大电流值时，表明主电源供电功率不足，此时监测主机控制备继电器启动使得备电源接入负载电路，主电源、备电源同时供
电；当监测主机监测到主电源负载电路电流低于最低工作电流时，表明主电源处于工作异常，此时监测主机控制备继电器启用接入备电源负载电路，备电源处于完全供电状态；当监测主机监测到主电源负载电路电流恢复正常时，主继电器接通，恢复主电源正常工作状态，备继电器接入备电源充电电路进入充电状态；c.当监测主机检测到连接的主传感光缆异常时，监测主机控制传感继电器断开，使得光开关处于断电状态，此时主传感电缆断开，备传感光缆连接的光路导通，使得备传感电缆处于工作状态；d.当监测主机检测到通信网络发生异常时，通信模块控制网络继电器进行启动，切换监测主机网口连接状态至备有线网络端口，此时主有线网络断开，备有线网络启用；当仍存在通信异常时，继续切换连接至内部4g网络，内部4g网络启用，其他通信模式断开。

技术总结
本发明公开了一种阵列光栅感温监测用智能切换系统，切换模块包括电源冗余供电模块、传感光智能切换模块和网络切换模块；电源冗余供电模块连接在供电电源与监测主机之间，用于切换主电源和备电源的接通、断开；传感光智能切换模块连接在阵列光栅传感光缆与监测主机之间，用于切换主传感电缆和备传感电缆的选择连接；网络切换模块连接在通信网络与监测主机之间，用于切换通信网络上的多通信模式。本一种阵列光栅感温监测用智能切换系统及其控制方法，不仅实现对阵列光栅感温系统的供电、传感光缆、通信网络三个层面同时监测防控，而且以低成本、低风险有效提升系统稳定性与使用寿命，使用效果更好。使用效果更好。


技术研发人员：司刚强 李关 刘波 何晶鑫 郁卫兵 李军 雷波 梁会军 陈涛 周明
受保护的技术使用者：国家管网集团东部原油储运有限公司
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25