一种通气工程浓度智能切断控制系统的制作方法

本发明涉及智能控制，特别是指一种通气工程浓度智能切断控制系统。

背景技术：

1、城市燃气用户通气前需要启动调压箱，对下游各个末端引入口进行置换通气。对于中低压而言往往采用直接置换法，即从相连的旧燃气管道输入燃气到新建管道系统，直接用燃气置换空气。此方法的特点是比较简便和经济但是具有一定的危险性，因为在置换过程中管道里必然要产生燃气与空气的混合气体，这种混合气体的混合比例是不可控的，最终通过末端放散口直接排出；同时，需要人工进行放散气体浓度的检测，即燃气运行人员使用燃气浓度检测仪对末端放散气体进行检测，检测合格则完成置换。置换合格标准是依据cjj51-2016《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》相关的规定：即应连续3次测定燃气的浓度，每次间隔不应少于5min，并且燃气浓度测定值大于90％。

2、目前用户通气置换的末端浓度检测流程包括：一是拆卸引入口丝堵，安装带短节的置换截门及置换软管；二是缓慢开启前端及末端截门，开始置换；三是用燃气浓度检测仪对置换软管出口进行检测，检测合格后完成置换工艺。

3、因此，现有技术可能存在以下缺点：

4、1.目前是运行人员手持燃气浓度检测设备靠近置换软管的放散口测量燃气浓度，但放散口的管道内混合气排出时，有一定流速且瞬间局部形成负压，空气一定程度上流向混合气柱，此时测量的燃气浓度必然存在一定误差，从而影响置换效果及效率。

5、2.目前针对置换过程中燃气排放量多数依靠理论计算公式，没有经过实测验证；同时管道置换过程中会发生混气过程，管内压力、气体流速、管径都会影响混气段的长度，因此置换过程中的气体浓度分布比较复杂，管内空气与燃气混合呈非线性变化，通过理论计算的方式估算燃气排放量误差较大。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种通气工程浓度智能切断控制系统，避免了运行人员靠近放散口检测燃气浓度变化所带来的安全风险；同时基于浓度检测及流量计估算燃气排放量，便于企业的甲烷排放量核算。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种通气工程浓度智能切断控制系统，包括：

4、供电模块；

5、燃气浓度探头，与所述供电模块电连接，用于实时检测燃气浓度；

6、流量计，与所述供电模块电连接，用于实时检测燃气和空气的混合气体流量；

7、控制模块，与所述供电模块和燃气浓度探头连接，用于接收燃气浓度信号，并对燃气浓度信号进行分析，以生成控制信号；

8、远传模块，与所述供电模块和控制模块连接，用于远程传输控制信号；

9、切断阀，与所述供电模块电连接，用于接收所述远传模块发射的控制信号，并根据控制信号开启或关闭燃气管道。

10、进一步的，所述燃气管道与用户引入口和末端放散口，控制燃气的通入和控制燃气的放出。

11、进一步的，所述燃气管道上设有流量计，所述流量计连接控制模块。

12、进一步的，对燃气浓度信号进行分析，以生成控制信号，包括：

13、通过燃气浓度探头获取原始燃气浓度信号；

14、对原始燃气浓度信号进行平滑处理，并提取关键特征；

15、根据关键特征，分析燃气浓度信号的变化趋势，以得到置换过程中的燃气放散量；

16、将燃气浓度信号的变化趋势进行模糊推理，以得到模糊值，将模糊值去模糊化，并转换为控制指令。

17、进一步的，将燃气浓度信号的变化趋势进行模糊推理，以得到模糊值，将模糊值去模糊化，并转换为控制指令，包括：

18、将实时监测的燃气浓度和浓度变化趋势分别转换为燃气浓度的模糊集合和浓度变化趋势的模糊集合；

19、根据燃气浓度及燃气浓度变化趋势确定规则库中的模糊控制规则；

20、根据燃气浓度的模糊集合、浓度变化趋势的模糊集合和模糊控制规则，进行模糊推理，以确定切断阀的控制信号模糊值；

21、将控制信号模糊值转换为具体的控制指令。

22、进一步的，根据关键特征，分析燃气浓度信号的变化趋势，以得到置换过程中的燃气放散量，包括：

23、根据关键特征，设置数据采集系统，以使每20秒监测并记录一次燃气浓度v及流量q；

24、持续监测并记录数据，直至置换过程结束，在置换结束后，采集并记录关闭切断阀时刻的最终燃气浓度vn及流量qn；

25、整理收集到的数据，形成浓度序列v1至vn，流量序列q1至qn；

26、通过v＝v1×q1×20/3600+……+vn×qn×20/3600计算整个置换过程中的燃气放散量v，其中，vi代表每次采集的燃气浓度，qi代表相对应的流量，20是采集时间间隔，单位为秒，3600是用于将秒转换为小时的常数；

27、通过分析计算出的燃气放散量v的变化趋势，预测断置换过程中燃气的混合情况。

28、进一步的，根据燃气浓度的模糊集合、浓度变化趋势的模糊集合和模糊控制规则，进行模糊推理，以确定切断阀的控制信号模糊值，包括：

29、将实时监测到的燃气浓度和浓度变化趋势的测量值，通过设定的论域和隶属函数，转换为对应的模糊集合成员度；

30、根据转换得到的燃气浓度和浓度变化趋势的模糊集合成员度，在预设的模糊控制规则库中进行匹配，找到相应的模糊控制规则；

31、使用匹配到的模糊控制规则进行模糊推理，根据燃气浓度和浓度变化趋势的模糊集合确定切断阀的控制信号模糊值。

32、进一步的，将实时监测的燃气浓度和浓度变化趋势分别转换为燃气浓度的模糊集合和浓度变化趋势的模糊集合，包括：

33、确定模糊集合的论域和隶属函数；

34、通过传感器实时获取燃气浓度数据，并根据燃气浓度数据计算出浓度变化趋势；

35、将实时获取的燃气浓度数据通过隶属函数转换为燃气浓度的模糊集合；将浓度变化趋势划分为几个区间；

36、针对每个区间，定义一个隶属函数来确定一个具体的浓度变化趋势值属于各个区间的程度；

37、当有一个具体的浓度变化趋势值时，使用隶属函数来计算浓度变化趋势值属于各个区间的隶属度；

38、将各个区间的隶属度组合成一个模糊集合。

39、进一步的，根据燃气浓度数据计算出浓度变化趋势，包括：

40、设定一个滑动窗口的大小，在每个采样时刻，将当前采样值与前几个采样值一起组成一个数据集；

41、对数据集求平均值，得到当前时刻的滑动平均值，随着时间的推移，滑动窗口会向前移动，每个新的采样值均进入窗口，最初的一个采样值从窗口中移出，在每个新的采样时刻，均重新计算滑动平均值；

42、通过比较相邻两个滑动平均值的差异，以计算出浓度变化趋势，浓度变化趋势包括：如果差值为正，表示浓度在上升；如果差值为负，表示浓度在下降；如果差值接近零，则表示浓度基本保持稳定。

43、进一步的，将控制信号模糊值转换为具体的控制指令，包括：

44、根据模糊控制规则和模糊集合，计算出各个模糊集合中元素的隶属度；

45、在计算出各个模糊集合的隶属度之后，确定隶属度最大的元素；

46、根据隶属度最大的元素，确定对应的控制信号模糊值；

47、将控制信号的模糊值转换为具体的控制指令。

48、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

49、本发明的上述方案，避免了运行人员靠近放散口检测燃气浓度变化所带来的安全风险；通过内置燃气浓度探头，克服了在放散末端出口进行浓度检测所带来的数值误差，提高了燃气置换工艺的精细化程度。

50、通过将燃气浓度检测探头、供电模块、切断装置、远传及控制模块的集成，实现了置换末端检测流程的数字化，通过智能控制替代人工操作，规范了置换工艺；通过实时监测燃气浓度和流量，能够更准确地估算燃气放散量，有效减少理论计算带来的误差。

51、通过将燃气浓度检测探头、供电模块、切断装置、远传及控制模块的集成，实现了置换末端检测流程的数字化，通过智能控制替代人工操作，进一步规范了置换工艺、提高了精细化程度、保障了运行人员的安全。内置燃气浓度检测探头提高了浓度检测的准确性；数据远程传输确保了运行人员通过手持终端掌握燃气浓度变化情况；控制模块能够对预先设定的置换合格标准进行判定及提示；自动切断装置实现了置换合格后的及时有效切断，避免过度放散带来了温室效应。