液化石油氣瓶智能自截止角閥及其物聯網解決方案

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，一些城鎮相繼發生天然氣、液化石油氣泄漏爆炸的重大事故，給人民群眾生命財產安全造成重大損失，暴露出城鎮安全管理存在不少漏洞和短板。尤其是我國城鎮家庭、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使用液化氣。因此，要想徹底扭轉目前氣瓶安全監督管理的混亂局面，有效遏制液化石油氣瓶爆炸事故發生，必須正視現實，分析清原因，探索在市場經濟條件下真正有效的監管手段和措施，筆者認為首先采用物聯網技術設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網監管服務系統。

1 一種液化石油氣瓶上安裝的自截止角閥

設計一種液化石油氣瓶上安裝的自截止角閥，是解決傳統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閉狀態，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讀寫物聯網設備讀取液化石油氣瓶中RFID電子標簽身份信息、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電子標簽身份信息、灌裝液化氣信息、用戶信息等數據，傳送給液化石油氣瓶物聯網監管服務運營網站作為基礎數據庫內容。

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徑之間的空間流動，再經多個通燃氣小孔流出角閥接口，角閥接口連接減壓閥。當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、液化氣瓶內壓作用，會自動和主桿閥座緊密貼合，針桿閥處在常閉關斷狀態。

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電子標簽信息，判斷RFID電子標簽信息；

(2)具備和網橋連接的兩線制供電與數字通信共享的現場總線DCPL-Bus;

(3)等待網橋提取用戶信息、液化石油氣瓶RFID電子標簽信息，以及網橋發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總線和網橋連接，再通過網橋無線通信NB-IoT或WiFi組成液化石油氣瓶物聯網監管服務系統。

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、數字通信調制電路IC2、三端穩壓電路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橋，網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字通信；網橋主機發出的電壓調制信號輸入數字通信調制電路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端輸出的數字信號，由數字通信調制電路IC2的I/F端接受，并轉換成調制的電流I信號，經Vin端電源線回路被網橋所接收；進而主從機通過DCPL-Bus總線完成半雙工通信。

由網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安裝在液化石油氣瓶自截止角閥上，并通過網橋讀取液化石油氣瓶自截止角閥中RFID電子標簽存儲的各類信息、用戶信息、智能控制器設備信息等，并校驗確定后用戶可以在網橋上通過鍵盤操作設定燃氣使用時間，如每一次使用燃氣時間設定為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，并倒計時結束后自動關閉針桿閥門。用戶再次使用燃氣可再次設定時間。

圖1

由網橋主機、智能控制器從機、液化石油氣瓶自截止角閥組成的系統，在日常液化石油氣瓶自截止角閥自動處在關閉狀態，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操作所引起的燃氣泄漏。

三是城區防洪能力明顯提高。聊城按照“以人為本、民生優先”的原則，大力實施了兼具景觀、防洪雙重功能的徒駭河城區段綜合開發和蓮湖擴挖兩大工程，有效提升了城區河道的防洪能力，城市防洪標準由過去的25年一遇提高到現在的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橋，液化石油氣瓶自截止角閥也是自動處在關閉狀態無法使用燃氣。

3 網橋、智能控制器和液化石油氣瓶自截止角閥組成的物聯網系統

由網橋、智能控制器、液化石油氣瓶自截止角閥組成的物聯網系統，如圖2所示。

由網橋、智能控制器、液化石油氣瓶自截止角閥所組成的物聯網系統，其主要目的是為質監安全監察部門、液化石油氣銷售運營公司提供網絡信息化監管、安全運營的服務平臺。

網橋的主要功能：

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

(2)網橋具有設定燃氣使用時間、顯示功能；

(4)網橋具有GPS地理定位功能；

(5)網橋具有燃氣泄漏探測、報警功能；

(6)網橋電源是充電鋰電池供電，也可以220VAC小功率穩壓器直流供電；

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

圖2

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

4 結束語

文中根據傳統的液化石油氣瓶手動角閥進行技術創新改造，使其能實現本安型、低功耗、小功率的物聯網終端設備開啟液化石油氣瓶自截止角閥，進而為網橋及構建液化石油氣瓶監管服務運營物聯網平臺提供了解決方案。