液化石油氣瓶智能自截止角閥及其物聯(lián)網(wǎng)解決方案

柳日強

(榮成港華燃氣有限公司，榮成 264300)

0 引 言

近年來隨著管道天然氣、瓶裝液化石油氣使用的普及，一些城鎮(zhèn)相繼發(fā)生天然氣、液化石油氣泄漏爆炸的重大事故，給人民群眾生命財產(chǎn)安全造成重大損失，暴露出城鎮(zhèn)安全管理存在不少漏洞和短板。尤其是我國城鎮(zhèn)家庭、小飯店使用液化石油氣瓶的用戶眾多，其中許多用戶使用超期未檢的液化石油氣瓶以及違規(guī)使用液化氣。因此，要想徹底扭轉(zhuǎn)目前氣瓶安全監(jiān)督管理的混亂局面，有效遏制液化石油氣瓶爆炸事故發(fā)生，必須正視現(xiàn)實，分析清原因，探索在市場經(jīng)濟條件下真正有效的監(jiān)管手段和措施，筆者認(rèn)為首先采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計一種智能自截止角閥液化石油氣瓶，以及所組成的液化石油氣瓶物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)。

1 一種液化石油氣瓶上安裝的自截止角閥

設(shè)計一種液化石油氣瓶上安裝的自截止角閥，是解決傳統(tǒng)手動角閥容易誤操作而引起燃氣泄漏，以及無法形成智能的液化石油氣瓶使用的信息化閥門。

自截止角閥本體、RFID電子標(biāo)簽墊、密封螺塞、密封體、小彈簧、主桿閥瓣、本體閥座、針桿閥瓣、主桿閥座、主桿閥瓣彈簧、防護套、管螺紋接頭內(nèi)套所組成的自截止角閥，安裝在液化石油氣瓶上。日常由小彈簧、主桿閥瓣彈簧和液化石油氣瓶內(nèi)部壓力共同作用，主桿閥瓣和本體閥座緊密貼合，針桿閥瓣和主桿閥座緊密貼合，使自截止角閥日常處在常閉關(guān)閉狀態(tài)，有效防止液化氣泄漏。

自截止角閥液化石油氣瓶在大流量灌裝液化氣液時，灌裝公司員工使用專用的手輪旋塞，手輪旋塞旋和主桿閥頂端接觸推動主桿閥往下移動開啟主桿閥門。

液化石油氣灌裝公司在灌裝每個液化石油氣瓶時，首先通過RFID讀寫物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備讀取液化石油氣瓶中RFID電子標(biāo)簽身份信息、灌裝液化氣信息、用戶信息等，再進行液化石油氣灌裝。液化石油氣瓶灌裝完畢旋出手輪旋塞，液化石油氣瓶的自截止角閥會自動關(guān)閉主桿閥和針桿閥。尤其是，液化石油氣灌裝公司在灌裝每個液化石油氣瓶時，每個液化石油氣瓶時所獲得的RFID電子標(biāo)簽身份信息、灌裝液化氣信息、用戶信息等數(shù)據(jù)，傳送給液化石油氣瓶物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管服務(wù)運營網(wǎng)站作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。

2 液化石油氣瓶智能自截止角閥開啟工作原理

智能自截止角閥開啟工作原理，當(dāng)小功率電磁鐵的電磁線圈通電，銜鐵和銜鐵推桿推動針桿閥瓣下移，針桿閥瓣脫離主桿閥座，此時液化石油氣瓶中的燃氣通過針桿閥瓣芯桿外徑和主桿閥瓣內(nèi)徑之間的空間流動，再經(jīng)多個通燃氣小孔流出角閥接口，角閥接口連接減壓閥。當(dāng)小功率電磁鐵的電磁線圈斷電，針桿閥瓣通過小彈簧和端螺帽、液化氣瓶內(nèi)壓作用，會自動和主桿閥座緊密貼合，針桿閥處在常閉關(guān)斷狀態(tài)。

智能控制器的主要功能：

(1)讀取液化石油氣瓶自截止角閥中RFID電子標(biāo)簽信息，判斷RFID電子標(biāo)簽信息；

(2)具備和網(wǎng)橋連接的兩線制供電與數(shù)字通信共享的現(xiàn)場總線DCPL-Bus;

(3)等待網(wǎng)橋提取用戶信息、液化石油氣瓶RFID電子標(biāo)簽信息，以及網(wǎng)橋發(fā)出燃氣使用時間和開啟自截止角閥指令；

(4)智能控制器通過DCPL-Bus總線和網(wǎng)橋連接，再通過網(wǎng)橋無線通信NB-IoT或WiFi組成液化石油氣瓶物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)。

智能控制器電路采用低功耗、低成本的器件及最簡形式的直流電源和數(shù)字通信共享的DCPL-Bus總線，其電路原理圖，如圖1所示。

智能控制器電路是由微處理電路IC1、數(shù)字通信調(diào)制電路IC2、三端穩(wěn)壓電路IC3、RFID讀寫芯片IC4、三極管T1、二極管D1-D3、晶振Z1-Z2、電阻R1-R7、電容C1-C14、電感L1-L2、電磁鐵線圈CT、RFID收發(fā)天線、DCPL-Bus總線接口所組成。其中，智能控制器的DCPL-Bus總線接口通過兩線制總線連接網(wǎng)橋，網(wǎng)橋作為主機通過兩線制總線向智能控制器從機提供直流電源和數(shù)字通信；網(wǎng)橋主機發(fā)出的電壓調(diào)制信號輸入數(shù)字通信調(diào)制電路IC2的Vin端，并由V/F端輸出被微處理電路IC1的RXD端所接收；微處理電路IC1的TXD端輸出的數(shù)字信號，由數(shù)字通信調(diào)制電路IC2的I/F端接受，并轉(zhuǎn)換成調(diào)制的電流I信號，經(jīng)Vin端電源線回路被網(wǎng)橋所接收；進而主從機通過DCPL-Bus總線完成半雙工通信。

由網(wǎng)橋主機通過兩線制總線連接智能控制器從機所組成的系統(tǒng)安裝在液化石油氣瓶自截止角閥上，并通過網(wǎng)橋讀取液化石油氣瓶自截止角閥中RFID電子標(biāo)簽存儲的各類信息、用戶信息、智能控制器設(shè)備信息等，并校驗確定后用戶可以在網(wǎng)橋上通過鍵盤操作設(shè)定燃氣使用時間，如每一次使用燃氣時間設(shè)定為15分鐘、30分鐘、1小時、最大為2小時后，智能控制器的微處理電路IC1通過I/O口、電阻R3-R4、三極管T1、電磁線圈CT，啟動本安型電磁鐵，打開自截止角閥中針桿閥門使用燃氣，并倒計時結(jié)束后自動關(guān)閉針桿閥門。用戶再次使用燃氣可再次設(shè)定時間。

圖1

由網(wǎng)橋主機、智能控制器從機、液化石油氣瓶自截止角閥組成的系統(tǒng)，在日常液化石油氣瓶自截止角閥自動處在關(guān)閉狀態(tài)，其目的是防止液化石油氣瓶自截止角閥連接的減壓閥、燃氣軟管和灶具泄漏燃氣，以及老年人使用燃氣時的遺忘或違規(guī)操作所引起的燃氣泄漏。

三是城區(qū)防洪能力明顯提高。聊城按照“以人為本、民生優(yōu)先”的原則，大力實施了兼具景觀、防洪雙重功能的徒駭河城區(qū)段綜合開發(fā)和蓮湖擴挖兩大工程，有效提升了城區(qū)河道的防洪能力，城市防洪標(biāo)準(zhǔn)由過去的25年一遇提高到現(xiàn)在的50年一遇，確保了防洪安全。

液化石油氣瓶自截止角閥上沒有安裝智能控制器和連接網(wǎng)橋，液化石油氣瓶自截止角閥也是自動處在關(guān)閉狀態(tài)無法使用燃氣。

3 網(wǎng)橋、智能控制器和液化石油氣瓶自截止角閥組成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

由網(wǎng)橋、智能控制器、液化石油氣瓶自截止角閥組成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如圖2所示。

由網(wǎng)橋、智能控制器、液化石油氣瓶自截止角閥所組成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其主要目的是為質(zhì)監(jiān)安全監(jiān)察部門、液化石油氣銷售運營公司提供網(wǎng)絡(luò)信息化監(jiān)管、安全運營的服務(wù)平臺。

網(wǎng)橋的主要功能：

(1)網(wǎng)橋通過現(xiàn)場總線連接智能控制器監(jiān)管液化石油氣瓶身份、用戶信息及燃氣設(shè)備運維信息；

(2)網(wǎng)橋具有設(shè)定燃氣使用時間、顯示功能；

(4)網(wǎng)橋具有GPS地理定位功能；

(5)網(wǎng)橋具有燃氣泄漏探測、報警功能；

(6)網(wǎng)橋電源是充電鋰電池供電，也可以220VAC小功率穩(wěn)壓器直流供電；

(7)網(wǎng)橋向智能控制器提供直流電源和數(shù)字通信共享的兩線制DCPL-Bus接口。

圖2

圖2中網(wǎng)橋通過兩線制DCPL-Bus總線連接智能控制器，網(wǎng)橋是燃氣用戶的操作設(shè)備，智能控制器是安裝在液化石油氣瓶自截止角閥上的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。網(wǎng)橋通過NB-IoT/WiFi無線通信和液化石油氣瓶監(jiān)管服務(wù)運營網(wǎng)站進行通信。

4 結(jié)束語

文中根據(jù)傳統(tǒng)的液化石油氣瓶手動角閥進行技術(shù)創(chuàng)新改造，使其能實現(xiàn)本安型、低功耗、小功率的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備開啟液化石油氣瓶自截止角閥，進而為網(wǎng)橋及構(gòu)建液化石油氣瓶監(jiān)管服務(wù)運營物聯(lián)網(wǎng)平臺提供了解決方案。