CN103676748A - 一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统 - Google Patents

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黄良沛
金勇�
付国红
张定成
段奇志
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Abstract

本发明公开了一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，包括核心控制电路；与核心控制电路相连的电源电路；与核心控制电路相连，用于采集燃煤锅炉运行参数信号并将采集到的参数信号经滤波后送入核心控制电路的数据采集电路；与核心控制电路相连的数据存储电路；与核心控制电路相连的HMI接口电路；与核心控制电路相连，实现监测系统采集运行参数信号的无线传输功能的GPRS通信接口电路。本发明设有数据采集电路、核心控制电路、数据存储电路、HMI接口电路以及GPRS通信接口电路，不仅能够实现燃煤锅炉运行参数的实时在线监测，而且能够实现监测数据的GPRS无线传输，有效地减少了参数监测的成本。

Description

一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统
技术领域
本发明涉及工业锅炉运行状态监测领域，特别涉及一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统。
背景技术
目前，锅炉燃烧效率的监测方法分为离线方式和在线方式两种，离线方式主要通过监测一种或几种监测量来评估锅炉的燃烧状况，但通常不进行锅炉燃烧效率值的计算，而只是表征燃烧效率的高低。目前，离线方式已经出现了多款锅炉燃烧分析仪，同时也出现了一些锅炉燃烧效率在线监测仪器(如西安DY公司生产的烟气分析系统)。锅炉运行监测系统主要采用现场总线的方式进行监测，并逐步引入DCS(分布式集中控制系统)实现集群化监控。此外，近年来工业锅炉行业也出现了使用工业以太网、移动GPRS网络等技术对锅炉运行进行在线监控的系统。
针对燃煤锅炉运行效率的监测问题，市场上也出现了一些对锅炉燃烧效率进行测算的仪器。这一类的燃烧效率分析仪主要是通过在线测量排烟气中O2的含量、压力、温度 、流速等，将污染物浓度转换成标准干烟气状态并计算出排放标准中规定的过剩空气系数(实际燃烧空气量和理论燃烧空气量的比值)，进而计算出锅炉燃烧过程中燃料的燃烧效率。由于这一类型的燃烧效率分析仪需要对烟气中O2的含量进行测量，导致测量探头在高温条件下极易氧化，氧气测量探头的正常使用寿命并不是很长，需要定期的更换测量探头。
互联网技术和移动网络的快速发展，使得要求具有上网能力的终端设备的类型和数量越来越多。例如，在当前相当热门的物联网领域中，大量的远程终端设备借助移动通信网络来实现分布式监测和管理。随着我国移动通信技术的不断普及，目前我国移动通信的网络规模位居世界首位，移动网络的覆盖范围广泛，也逐步成为了工业现场数据通信的可靠通信渠道。如果利用GPRS技术实现锅炉的运行状态在线监测，可以实现数据的远程发送从而免去工业以太网布置通信线路的麻烦。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种生产成本低并且可以实时地对燃煤锅炉的运行状态参数进行在线监测的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，包括核心控制电路；与核心控制电路相连，给整个检监测系统提供工作电压的电源电路；与核心控制电路相连，用于采集燃煤锅炉运行参数信号并将采集到的参数信号经滤波后送入核心控制电路的数据采集电路；与核心控制电路相连，实现运行参数的就地端存储的数据存储电路；与核心控制电路相连，实现人机交互和信息交换的HMI接口电路；与核心控制电路相连，实现监测系统采集运行参数信号的无线传输功能的GPRS通信接口电路。
所述基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统还包括声光报警电路，所述声光报警电路与核心控制电路相连。
所述核心控制电路包括核心控制器；为燃煤锅炉运行效率监测系统提供运行时钟的晶振电路；以及用于滤除供电电压中的干扰毛刺和尖峰的电源去耦电路。
所述核心控制器采用内核单片机STM32F107VCT6。
所述数据采集电路包括数据采集单元；用于滤除数据采集单元采集到的信号中夹带的干扰的滤波电路；用于实现采集信号光耦隔离的光耦隔离电路。
所述数据采集单元包括用于检测蒸汽压力的压力变送器；用于测量温度的温度变送器；用于测量蒸汽流量的孔板以及用于测量CO和CO2浓度的气体浓度传感器。
所述数据存储电路的主芯片采用CH376S。
所述GPRS通信接口电路的主芯片采用MAX3232。
本发明的有益效果在于：本发明设有数据采集电路、核心控制电路、数据存储电路、HMI接口电路以及GPRS通信接口电路，不仅能够实现燃煤锅炉运行参数的实时在线监测，而且能够实现监测数据的GPRS无线传输，有效地减少了参数监测的成本。
附图说明
图1 为本发明的整体结构框图。
图2为本发明的电源电路图。
图3为本发明核心控制器的端子接线图。
图4 为本发明核心控制器的晶振电路图。
图5为本发明核心控制器的电源去耦电路图。
图6为本发明的数据采集电路图。
图7为本发明的数据存储电路图。
图8为本发明的GPRS通信接口电路图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
如图1所示，本发明包括核心控制电路；与核心控制电路相连，给整个检监测系统提供工作电压的电源电路；与核心控制电路相连，用于采集燃煤锅炉运行参数信号并将采集到的参数信号经滤波后送入核心控制电路的数据采集电路；与核心控制电路相连，实现运行参数的就地端存储的数据存储电路；与核心控制电路相连，实现人机交互和信息交换的HMI接口电路；与核心控制电路相连，实现监测系统采集运行参数信号的无线传输功能的GPRS通信接口电路；与核心控制电路相连的声光报警电路。
如图2所示，电源电路包括LM2576S-3A开关型降压稳压器和LM1117-3.3三端稳压芯片，用以产生5V和3.3V的工作电压。电源电路的输入端接入DC12V的电源适配器，输出电压为+5V和+3.3V。LM2576S型的稳压器是集成单片电路，能提供降压型开关稳压器件(buck)的诸多功能，能驱动最高达3A的外部负载，有极强的线性度和负载调整能力。这些稳压器集成度高，内部含有补偿器和一个固定振荡器，能够对频率进行调整，外部元件的用量大为减少，使用起来更加简便，稳压器在指定输入电压和输出负载条件下保证输出电压的                                                
Figure 2013107221123100002DEST_PATH_IMAGE001
误差，以及振荡器频率
Figure 555935DEST_PATH_IMAGE002
误差，1N5822为3.0A肖特基势垒整流二极管，能有效的抑制电路中产生的峰值浪涌，确保输出稳定。
所述核心控制电路由核心控制器、晶振电路和电源去耦电路组成。如图3所示，核心控制器采用高性能ARM内核单片机STM32F107VCT6，其具有丰富的内部资源和各种外设接口，内部集成了12位高精度的AD转换器，SPI接口，I2C接口，DMA控制器，USB控制器，SDIO功能，以太网控制器等系统资源。如图4所示，晶振电路为燃煤锅炉运行效率监测系统提供高速运行时钟，提供的系统时钟频率为25MHZ，一个25MHZ的石英晶振和两个20pF的电容构成的晶振电路，确保了系统能够高速稳定运行。如图5所示，电源去耦电路能够有效地滤除芯片供电电压中的干扰毛刺和尖峰，为燃煤锅炉运行效率监测系统提供了稳定的+3.3V工作电压。
图6为本发明的数据采集电路电路图。锅炉燃烧效率在线监测系统需要检测的信号包括排烟流量、温度、蒸汽压力、蒸汽流量、引风门中CO和CO2的浓度等。压力的检测通常采用压力变送器，温度的测量常采用温度变送器，蒸汽流量的测量常采用孔板(一种传感器)，CO和CO2浓度的测量也有相应的传感器，无一例外这些传感器均输出标准的4~20 mA的电流信号。数据采集电路可以实现对这些传感器信号的检测，该数据采集电路由数据采集单元、前端滤波电路、线性光耦隔离电路等构成，数据采集电路包括上述的传感器，前端滤波电路能够有效地滤除输入信号中夹带的干扰，线性光耦隔离电路能够实现采集信号的光耦隔离，能够避免输入的异常信号对STM32F107VCT6芯片管脚产生损害。本数据采集电路采用阻值为150Ω、精度为%1的采样电阻来实现对电流信号的隔离转换测量。数据采集电路能够对8路4~20mA的电路信号同时进行光耦隔离转换。input1~input8为电流信号输入端，ADC0~ADC7为STM32F107VCT6的ADC接口，SMAJ6.5A为瞬态电压抑制器，能够有效地抑制瞬间尖峰脉冲。0.1uF电容为退耦电容。OP07A和CNHR201线性光耦芯片构成电流信号隔离测量电路，对信号进行隔离处理，减少了测量信号对核心芯片的干扰和冲击。
附图7为本发明的数据存储电路电路图。锅炉燃烧效率在线监测系统需要就地存储的数据包括排烟流量、温度、蒸汽压力、蒸汽流量、引风门中CO和CO2的浓度等。为了能够方便实现监测参数的就地端批量存储。数据存储电路选用CH376S芯片实现对U盘和SD卡的数据读写操作，数据的读写操作采用文件的方式进行存储。CH376S是一种USB总线的通用接口芯片，支持USB-Host主机方式和USB-Device/Host设备方式。在本地端，CH376S芯片拥有8位的数据总线和数据读写、芯片片选控制线以及中断输出，可以非常容易地挂接到各种单片机、ARM、DSP及MPU等微控制器的系统总线上。由附图7可以看出，可以通过SPI方式或串行通信方式，来控制和操作CH376S芯片，进而管理U盘和SD卡，操作简单、易于实现。
附图8为本发明的GPRS通信接口电路。GPRS通信接口电路遵循RS-232协议，采用MAX3232芯片来实现电平转换。图中JP3为串口的接口插针，用于外接9针串口；R57为Tx数据传输线上的上拉电阻，以增大传输距离和增加抗干扰能力，C45用于复位按键消除抖动。MAX3232收发器采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能。器件仅需要四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。通过使用附图7中的GPRS通信接口电路，能够为燃煤锅炉运行效率监测系统实现GPRS通信功能提供支持。
本发明公开了一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，该监测系统设有数据采集电路、核心控制电路、数据存储电路、HMI接口电路以及GPRS通信接口电路，不仅能够实现燃煤锅炉运行参数的实时在线监测，而且能够实现监测数据的GPRS无线传输，有效地减少了参数监测的成本。

Claims (8)

1.一种基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：包括核心控制电路；与核心控制电路相连，给整个检监测系统提供工作电压的电源电路；与核心控制电路相连，用于采集燃煤锅炉运行参数信号并将采集到的参数信号经滤波后送入核心控制电路的数据采集电路；与核心控制电路相连，实现运行参数的就地端存储的数据存储电路；与核心控制电路相连，实现人机交互和信息交换的HMI接口电路；与核心控制电路相连，实现监测系统采集运行参数信号的无线传输功能的GPRS通信接口电路。
2.如权利要求1所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：还包括声光报警电路，所述声光报警电路与核心控制电路相连。
3.如权利要求2所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：所述核心控制电路包括核心控制器；为燃煤锅炉运行效率监测系统提供运行时钟的晶振电路；以及用于滤除供电电压中的干扰毛刺和尖峰的电源去耦电路。
4.如权利要求3所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：所述核心控制器采用内核单片机STM32F107VCT6。
5.如权利要求3所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：所述数据采集电路包括数据采集单元；用于滤除数据采集单元采集到的信号中夹带的干扰的滤波电路；用于实现采集信号光耦隔离的光耦隔离电路。
6.如权利要求5所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：所述数据采集单元包括用于检测蒸汽压力的压力变送器；用于测量温度的温度变送器；用于测量蒸汽流量的孔板以及用于测量CO和CO2浓度的气体浓度传感器。
7.如权利要求6所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：所述数据存储电路的主芯片采用CH376S。
8.如权利要求6所述的基于逆向碳法的燃煤锅炉运行效率远程监测系统，其特征在于：所述GPRS通信接口电路的主芯片采用MAX3232。
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