CN105021223B - 远程喷燃器监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及远程喷燃器监测系统和方法。一种远程喷燃器监测系统包括：一个或多个喷燃器，它们各自包括集成式传感器；对应于各个喷燃器的数据收集器，其用于接收和汇聚来自对应的喷燃器的传感器的数据；以及对应于各个数据收集器的本地发送器，其用于发送数据；数据中心，其构造成和编程成接收来自对应于一个或多个喷燃器的本地发送器的数据；以及服务器，其构造成和编程成存储数据的至少一部分，将数据转换成显示格式，以及提供连接性以使得能够通过网络来接收和发送数据和显示格式，网络包括有线网络、蜂窝网络和Wi‑Fi网络中的至少一个。

Description

远程喷燃器监测系统和方法
技术领域
本申请涉及燃烧系统，燃烧系统包括喷燃器，喷燃器具有集成式传感器和数据收集和发送设备，以使得能够远程地监测喷燃器运行。
背景技术
喷燃器由于其性质而在恶劣环境中运行，因为它们用来对各类工业炉提供燃烧热。通常，估计喷燃器性能的唯一方式是监测炉处的本地量计和其它(有时是临时安装的)传感器，在炉中，热、灰尘和振动是普遍的。已经在本领域中作出一些努力，以基于安装在喷燃器处的传感器来提供远程数据监测和警报，但这些都不是以集成无线方式进行的，集成无线方式使得能够远程实时地监测喷燃器运行，在本地监测(即，在工厂中但远离喷燃器)和远距离监测(例如，通过互联网)。
发明内容
描述一种用于远程地监测喷燃器的系统，喷燃器通过仪器测量喷燃器参数，以使得能够监测喷燃器性能，以及通过在发生失效或停机之前，检测喷燃器的运行变化，来协助进行预测性维护。由于同样的原因还可监测炉参数。喷燃器仪器与喷燃器集成在一起，例如像共同拥有的名称为“带监测的油喷燃器”的专利申请和与本申请同时提交的共同拥有的名称为“带监测的喷燃器”的临时专利申请中描述的那样，这两项申请通过引用而整体地结合在本文中。这种仪器可集成到任何喷燃器中，包括使用气态燃料、液体燃料和固体燃料中的一个或多个的喷燃器，以及包括非分级喷燃器、燃料分级式喷燃器、氧化剂分级式喷燃器，以及其中燃料和氧化剂两者都分级的喷燃器。要理解的是，各类喷燃器、传感器的类型、位置和量都可定制成对应于与那个特定喷燃器最相关的运行模式和参数。
产生的数据无线地发送到中心位置，诸如接收数据中心，在那里，收集来自一个或多个喷燃器的数据，并且可转发该数据。取决于设施的布局，可为有利的是使用不止一个数据中心来接收来自相应地位于各个数据中心附近的喷燃器的数据。数据可用于任何目的，包括监测喷燃器运行的维护需要或优化可能性，以及趋势、警报等。以可由例如操作者人工地观察的形式提供数据，或者通过可通知操作者有异常或次佳性能的软件来提供数据。可用屏幕警告、电子邮件、文本消息或其它手段的形式提供这种信息。
接收数据中心汇聚来自一个或多个喷燃器的数据，并且能够通过诸如互联网、内联网、局域网(LAN)和广域网(WAN)的网络来转发那个数据。数据中心可包括服务器，服务器以可由授权用户访问的格式提供数据，诸如网页或移动装置应用。备选地，可使用网络上的基于云(cloud)的服务器来直接对用户提供数据，或者通过网络间接地对用户提供数据。数据中心还可或备选地可通过访问受限的Wi-Fi或蓝牙来提供数据，使得授权用户可从数据中心附近内的任何位置访问数据，包括喷燃器处，或者在将诸如燃料和氧化剂流的输入提供给喷燃器的位置处。数据中心还可具有在本地读取数据或者在基于云的远程数据储存库中读取数据以供后期读取的能力。另外，可在数据中心处在本地运行软件，或者在基于云的服务器上运行软件，以执行各种特征，诸如监测来自一个或多个喷燃器的数据的趋势，以及/或者提供喷燃器之间的或与已知最佳状况的比较。还可使用来自喷燃器的数据，以闭环或开环的方式控制炉和喷燃器运行，以使喷燃器参数保持在安全或受控极限内，以及自动将局部火焰特性调谐成用户设定值，包括(不限于)热通量和火焰长度，而且还对警告标记作出快速响应，包括(不限于)喷燃器喷嘴或喷燃器块过热或火焰不稳定。
方面1。一种远程喷燃器监测系统包括：一个或多个喷燃器，它们各自包括集成式传感器；对应于各个喷燃器的、用于接收和汇聚来自对应的喷燃器的传感器的数据的至少一个数据收集器，以及对应于各个数据收集器的、用于发送数据的至少一个本地发送器；数据中心，其构造成和编程成接收来自对应于一个或多个喷燃器的本地发送器的数据；以及服务器，其构造成和编程成存储数据的至少一部分，以将数据转换成显示格式，以及提供连接性，以使得能够通过网络来接收和发送数据和显示格式，网络包括有线网络、蜂窝网络和Wi-Fi网络中的至少一个。
方面2。方面1的系统，系统进一步包括：计算机，其构造成和编程成将数据发送到网络，以及接收来自网络的数据。
方面3。方面1或方面2的系统，其中，数据中心包括下者中的一个或多个：用于接收数据数据接收器、用于存储数据的至少一部分的服务器，以及用于提供连接性以使得能够通过网络接收和发送数据的路由器。
方面4。方面1至3中的任一方面的系统，其中，各个喷燃器的数据收集器编程成对喷燃器的各个集成式传感器提供恰当的电压。
方面5。方面1至4中的任一方面的系统，其中，各个喷燃器的数据收集器编程成仅在收集数据时，基于感测到的数据的组合和周期性计划中的一个或两者以及考虑各个单独的传感器的具体要求，来对单独的传感器提供功率。
方面6。方面1至5中的任一方面的系统，其中，对应于各个喷燃器的本地发送器按照喷燃器和接收器服务器之间的距离和信号路径要求，无线地将数据直接发送到接收器服务器，或者通过一个或多个Wi-Fi中继器将数据间接地发送到接收器服务器。
方面7。方面1至6中的任一方面的系统，其中，显示格式选自下者组成的组：互联网网页格式和移动装置应用格式。
方面8。方面1至7中的任一方面的系统，其中，通过本地能量收集来对对应于各个喷燃器的数据收集器提供功率。
方面9。方面1至8中的任一方面的系统，其中，至少一个喷燃器使用选自下者组成的组的氧化剂：空气、富氧空气、工业级氧和它们的组合。
方面10。方面9的系统，其中，至少一个喷燃器构造成燃烧选自下者组成的组的燃料：气态燃料、液体燃料、固体燃料和它们的组合。
方面11。方面9或方面10的系统，其中，至少一个喷燃器构造成执行分级燃烧。
方面12。方面1至11中的任一方面的系统，其中，服务器与数据中心集成在一起。
方面13。方面1至11中的任一方面的系统，其中，服务器位于云中。
方面14。一种监测一个或多个喷燃器的运行的方法，该方法包括：感测各个喷燃器处的运行数据；在本地收集各个喷燃器处的数据；将收集到的数据从各个喷燃器发送到数据中心；将数据转换成显示格式；通过网络来发送显示格式，网络包括有线网络、蜂窝网络和Wi-Fi网络中的至少一个。
方面15。方面14的方法，其中，将数据转换成显示格式包括以互联网网页格式和移动装置应用格式中的一个或多个提供数据。
方面16。方面14或方面15的方法，进一步包括：通过网络将收集到的数据从数据中心发送到云；将收集到的数据存储在远程数据储存库中；以及使得能够通过网络访问存储在远程数据储存库中的收集到的数据。
方面17。方面14至16中的任一方面的方法，进一步包括：分析收集到的数据包括对对应于一个喷燃器的收集到的数据执行统计分析，在两个或更多个喷燃器之间对收集到的数据执行比较分析，比较一个或多个喷燃器的收集到的数据与预先设定的警报设定点且产生警报，以及它们的组合。
方面18。方面14至17中的任一方面的方法，进一步包括：基于收集到的数据和对收集到的数据的分析，来控制一个或多个喷燃器的运行；其中，控制运行包括下者中的一个或多个：使喷燃器运行参数保持在规定极限内，调谐局部火焰特性，以及对不利的喷燃器状况作出快速响应。
方面19。方面18的方法，其中，局部火焰特性包括热通量和火焰长度中的一个或多个。
方面20。方面18的方法，其中，不利的喷燃器状况包括下者中的一个或多个：喷燃器构件的温度升高、炉构件的温度升高，以及火焰不稳定。
在下面描述本发明的其它方面。
附图说明
图1是显示通信系统的构件的示意图，通信系统用于收集、发送和分析从喷燃器上的各种传感器收集到的数据。
图2是示意性地指示来自喷燃器上的各种传感器的数据的流程、分析和用途的数据流程图。
图3A是用于插入到喷燃器块中的带监测的示例性喷燃器的后部透视图。
图3B是像图3A中那样插入喷燃器块中的带监测的示例性喷燃器的后部透视图。
图4是示例性喷燃器的正视透视图，示例性喷燃器类似于图3A中的插入喷燃器块中的喷燃器，但没有监测能力。
图5是插入喷燃器块中的带监测的示例性喷燃器的横截面图。
图6是显示用于对位于本地的数据收集器和/或数据中心提供功率的本地功率发生系统的构件的示意图。
具体实施方式
氧-燃料喷燃器典型地包括用于将氧化剂供应到至少一个氧化剂喷嘴的至少一个氧化剂通道，以及用于将燃料供应到至少一个燃料喷嘴的至少一个燃料通道。另外，在分级式氧-燃料喷燃器中，使燃料和氧化剂中的一个或两者(例如，氧)分级，使得一级流参与初始燃烧，而二级流则参与远离喷燃器的延迟燃烧。例如，为了进行氧化剂分级，确定氧化剂在一级氧化剂通道和二级氧化剂通道之间的比例，其中，二级氧化剂供应到与一级氧化剂喷嘴(一个或多个)和燃料喷嘴(一个或多个)间隔开的至少一个二级氧化剂喷嘴。这种分级可由一级和二级氧化剂通道上游的分级阀实现，分级阀确定一个进入的氧化剂流在两个通道之间的比例。备选地，通往各个一级和二级氧化剂通道的流可由单独的控制阀独立控制。在其它喷燃器中，通过使用分级阀或者用于一级流和二级流的单独的流量控制器，可使燃料类似地分级。另外，在一些喷燃器中，燃料和氧化剂两者都可分级。
因此，可通过感测参数来搜集关于喷燃器的运行的重要信息，参数包括(但不限于)入口燃料温度和压力和成分信息、入口氧化剂压力、喷嘴末端温度(燃料、一级氧化剂、二级氧化剂)、在各种位置处的喷燃器和/或喷燃器块表面温度、炉壁温度、分级阀位置(用于燃料和/或氧化剂)、各种喷燃器构件的相对位置和角度，以及雾化气体压力(在液体燃料喷燃器中)，不管它们是单独的还是彼此结合的。
可对喷燃器提供集成式传感器。在一个实施例中，具有例如感测温度、压力和位置和角度的集成式传感器的一个或多个喷燃器将数据发送回数据接收中心，并且数据接收中心收集数据且在本地或远程地转发数据，以用于使用、评估、分析、警报或其它处理功能。可选地，数据接收中心可对用户提供关于异常或不合需要的运行的警告。可通过文本消息、电子邮件、闪灯、网页指示符、具有预录消息的电话通话或其它机制来进行警告。
例如，图3A、3B和5描绘了具有集成式传感器、功率供应和通信装备的分级式氧-油喷燃器10的实施例。虽然氧-油喷燃器在本文被描述成带监测的喷燃器的示例性实施例，但可在燃烧气态燃料与氧化剂的喷燃器上使用针对特定喷燃器的构造、设计和运行模式定制而成的相同或相似的通信装备和方法，以及相似或类似的集成式传感器。特别地，除了尤其与油燃烧有关的参数，诸如油和雾化气体入口压力，本文描述的所有参数和传感器都可类似地应用于燃烧任何燃料的喷燃器，包括气态燃料、在运载气体中的固体燃料(例如石油焦)或液体燃料。
功率供应优选是电池或本地发电机，以容易安装，以及避免有线功率可能有的安全问题。传感器可以任何组合的方式包括(但不限于)温度传感器、压力传感器、位置传感器、角度传感器、接触传感器、陀螺仪、声音传感器、振动传感器、IR或UV传感器、气体成分传感器、加速计和流传感器。
喷燃器10具有排出端51和入口端19。为了方便描述，排出端51在本文有时被称为喷燃器10的前面或向前方向，而入口端19有时则被称为喷燃器10的后面或后向方向。当喷燃器10安装在炉中时，排出端51面向炉的内部。
喷燃器10包括喷燃器块12、相对于炉定位在喷燃器块12后部的喷燃器本体14，以及相对于喷燃器本体14定位在后部的仪器封壳16。喷燃器本体14包括固定到喷燃器块12上的安装板53。喷燃器块12具有前部面18，当安装好时，前部面18面向炉中。
喷燃器块12包括一级氧化剂通道30。油喷枪20定位在一级氧化剂通道30内，并且在其排出端处具有雾化喷嘴22。雾化喷嘴22基本被一级氧化剂通道30包围，使得从喷嘴22排出的雾化燃料油将在排出之后与一级氧化剂流密切混合。优选地，油喷枪20和喷嘴22是单独制造的部件，它们例如通过焊接而连结在一起，以形成具有喷嘴的一体喷枪。在描绘的实施例中，油喷枪20基本居中地定位在一级氧化剂通道30内，但要理解的是，油喷枪20可不居中定位，只要喷嘴22适于分配待与一级氧化剂流充分混合以进行燃烧的雾化油即可。备选地，对于氧-气体喷燃器，气态燃料通道可定位在一级氧化剂通道30内代替油喷枪20。喷燃器块12进一步包括二级氧化剂通道40，它与一级氧化剂通道30隔开固定距离。
一级氧化剂通道30被从一级氧化剂管道32馈送氧化剂，一级氧化剂管道32定位在喷燃器本体14中，并且延伸到喷燃器块12的后部部分中。氧化剂通过一对氧化剂入口38馈送到氧化剂稳压室36中，氧化剂稳压室36又馈送到一级氧化剂管道32。扩散器34可定位在氧化剂入口38和氧化剂稳压室36之间，以在一级氧化剂流进入一级氧化剂管道32之前，协助弄直一级氧化剂流。
二级氧化剂通道40被从二级氧化剂管道42馈送氧化剂，二级氧化剂管道42定位在喷燃器本体14中，并且延伸到喷燃器块12的后部部分中。喷燃器本体14中的分级阀48将由氧化剂入口38供应的氧化剂的一部分改向到二级氧化剂管道42中。用语“分级比”用来描述改向到二级氧化剂管道42且因而远离一级氧化剂管道32的氧化剂的比例。例如，在分级比为30%时，70%的氧化剂被引导到一级氧化剂管道32(且因而被引导到一级氧化剂通道30)作为一级氧化剂流并且，30%的氧化剂被引导到二级氧化剂管道42(且因而被引导到二级氧化剂通道40)作为二级氧化剂流。
馈送到氧化剂入口38的氧化剂气体可为适合燃烧的任何氧化剂气体，包括空气、富氧空气和工业级氧。氧化剂优选具有至少大约23%、至少大约30%、至少大约70%或至少大约98%的分子氧(O2)含量。
油喷枪20向后延伸通过喷燃器本体14且通过仪器封壳16。燃料油通过油入口26供应到油喷枪20。由于燃料油的粘度，典型地，还通过雾化气体入口28将雾化气体供应到油喷枪20是必要的。雾化气体可为能够在燃料油离开喷嘴22时使其雾化的任何气体，包括空气、富氧空气或工业级氧。
可使用各种温度传感器来监测喷燃器构件的温度，以及帮助确定燃料入口状况。在图3A、3B和5的描绘的实施例中，温度传感器102嵌在油喷枪20中的雾化喷嘴22中，以测量油喷枪20的排出端处的温度。温度传感器可置于喷燃器10的其它构件上，以监测运行参数，诸如喷燃器完整性、火焰稳定性、火焰位置。例如，一个或多个温度传感器110可在前部面18附近安装在喷燃器块12中。温度传感器110优选相对于前部面18略微后缩，以保护它们免受炉环境的影响。温度传感器110可相对于一级氧化剂通道30居中，或者相对于短轴中心线偏移，并且温度传感器110可用来确定火焰是否冲击在喷燃器块12上，或者火焰是否关于油喷枪20或一级氧化剂通道30居中。温度传感器甚至可定位在喷燃器附近的炉的其它位置上，以监测燃烧状况。
温度传感器112在油流中定位在油入口26附近，以监测供应到喷燃器10的油的温度。重要的是确保油流的粘度将使得能够使油恰当地雾化，并且粘度随温度和油成分而改变。因此，对于任何特定的油成分，可针对雾化来确定最佳温度范围。
在描绘的实施例中，压力传感器还安装在喷燃器10中。压力传感器114在油流中定位在油入口26附近。压力传感器114可安装在与温度传感器112相同的密封机构61中，其中，压力传感器114位于不同的传感器端口(未显示)中。备选地，压力传感器114可安装在与密封机构61具有基本相同的结构的单独的密封机构中。在图5的实施例中，压力传感器116在雾化气体流中安装在雾化气体入口28附近，并且压力传感器128在氧化剂流中安装在一个氧化剂入口38附近或者在分级阀48上游的氧稳压室36中。如果期望，单独的氧化剂压力传感器可安装在一级氧化剂管道32和二级氧化剂管道42中的各个中，以检测分别供应到喷燃器块12中的各个氧化剂通道30和40的氧化剂的压力。压力传感器可位于仪器封壳16的内部或外部，并且通过电缆进行接线，以实现功率供应和信号发送两者。
如显示的那样，仪器封壳16包括电池端口81和天线83，以用无线的方式传送数据。
注意，使用类似于前述的构造来安装其它传感器，以监测任何馈送流。
测量油压力可提供关于油喷枪的流阻(例如，因为结焦或一些其它阻塞引起的流面积减小将导致压力升高)、油的流率，以及油的粘度(随温度和成分而改变)的信息。当与其它信息(例如，油温度、油流量、喷燃器末端温度和数据趋势)结合起来检测油喷枪的维护需要时，油压力信息很可能更有用。
测量雾化氧化剂压力还提供关于油流率和油流阻的信息，并且因此与油压力有关，但典型地是不同的，并且提供另一个信息要素。这两个仪器都位于油喷枪上的仪器箱内。
氧压力度量提供关于氧流率、流阻(即，可出现的阻塞)和分级阀位置的信息。
在图3A和3B中的局部剖面图中显示的仪器封壳16被密封和隔离，以保护包含在其中的仪器免受炉环境的灰尘和热的影响。仪器封壳定位成朝向喷燃器10的后部19，以降低接收自炉的辐射热能。仪器封壳16至少包括数据收集器60、功率供应，以及用于将数据从数据收集器60发送到位于本地或远处的数据中心200(它可收集和显示来自多个喷燃器的数据，或者转发数据，以在别处显示)的发送器62。取决于喷燃器10的量和位置，以及传感器的量和类型，每个喷燃器10可能需要不止一个数据收集器60和/或不止一个发送器62，并且/或者可使用不止一个数据中心200。
功率供应用来对压力传感器、数据收集器和发送器以及需要功率的任何其它传感器和装备提供功率。优选地，功率供应由可或不可通过本地能量收集或发电充电的本地电池提供功率，以避免必须将外部功率连接到仪器封壳16。例如，本地发电可包括使用温度梯度、质量流、光、感应或其它手段来产生足够的功率，以支持仪器封壳16中的传感器和其它相关联的装备。
功率可由本地功率发生系统供应到数据收集器60。图6是示例性本地功率发生系统208的示意图，它用以对数据收集器60提供电功率。在描绘的实施例中，本地功率发生系统208包括可再充电的电池206或超级电容器和能量收集器204。可再充电的电池206可包括例如一个或多个锂离子电池等。对电池206充电和放电由电池监督器202控制，电池监督器202作为毂定位在数据收集器60、电池206和能量收集器204之间。电池监督器202可构造成执行各种功能，以单独或组合的方式包括(但不限于)下者中的一个或多个：调节流到和流出电池206和能量收集器204的功率；为了最大程度地提高从能量收集器204获得的能量效率进行的最大功率点跟踪；以及仅在电池206中有足够能量时容许数据收集器60打开。本文描述的本地功率发生系统208可用来分别对位于各个喷燃器10处的单独的数据收集器60提供功率，或者一个本地功率发生系统可对一个或多个附近的数据收集器60提供功率。这些本地功率发生系统可运行来在使用量低的时期期间存储功率，以及在使用量高的时期期间释放功率，从而最大程度地降低能量收集器所需的容量。另外，可使用类似的本地功率发生系统208来对一个或多个数据中心200提供功率。
高级功率管理帮助确保以有限的电池或本地产生的功率供应长期地运行系统。功率供应到可定制的无线智能传感器节点(WIN)，无线智能传感器节点可非常好地构造成对各个不同的传感器提供恰当的所需电压。此外，当不使用传感器时，WIN智能地切断通往单独的传感器的功率，当使用传感器时，WIN收集来自传感器的数据，并且以可配置的时间间隔发送数据。存在指示灯，以显示系统的状态，而且还提供警告。通过仅在使用传感器时对其提供功率(例如，在预定时间运行，以获得周期性度量)，这会节约来自功率供应的功率。但是，已经确定了，一些传感器(包括(但不限于)压力传感器)在被提供功率不久之后可能不会提供可靠数据，而且对于仅在少量时间被提供功率不能很好地作出响应。因此，系统需要慎重地选择传感器和WIN的具体构造，以使通电和断电循环与各个传感器的运行要求匹配。
数据收集器接收来自所有传感器的信号，并且发送器将收集到的信号数据发送到数据中心，在那里，用户可观察被测量的各种参数的状态，或者数据中心将数据转发到本地或远程显示器供观察。数据中心200可位于数据收集器(一个或多个)的本地，并且可通过Wi-Fi网络接收数据。备选地，数据中心可位于远处，并且可通过蜂窝网络或其它网络来接收数据。在一个实施例中，数据中心包括服务器和所有附带的功能性。在另一个实施例中，数据中心基本可为数据收集器和传感器的网络和WAN(例如互联网)之间的桥梁。例如，桥梁可为Wi-Fi访问点或蜂窝基站。
在描绘的实施例中，喷燃器10还具有在分级阀48上的旋转传感器124，以检测分级百分比。旋转传感器124可包括(但不限于)霍尔效应型传感器、加速计型传感器、电位计、光学传感器，或者可指示旋转位置的任何其它传感器。额外的位置和角度传感器可用来确定喷燃器本体14相对于炉或喷燃器块12的位置和/或角度、喷枪20相对于喷燃器本体14或喷燃器块12的位置和/或角度、喷枪20的插入深度，以及可与喷燃器10的运行有关的任何其它角度或位置。
例如，油喷枪20上的位置传感器可用来检测和检验正确的插入深度，以及记录用于跟踪性能的信息。喷燃器10上的角度传感器可用来确保喷燃器恰当地安装。这可用于确保喷燃器角度与安装板相同，以进行恰当承坐。另外，相对于水平面以给定的角度安装喷燃器有时是合乎需要的。诸如喷燃器和安装板之间的接触传感器的其它传感器可用来确保将喷燃器恰当地安装到安装板上。通过使用一个或多个这样的传感器(优选地至少两个)，喷燃器可检查其安装，以确保它不是半开的，而是实际上接触两个传感器(例如，顶部传感器和底部传感器，或者左边的传感器和右边的传感器，或者所有四个位置)。
额外的连接端口可位于油喷枪20、喷燃器本体14和/或喷燃器块12上，以使得能够将额外的外部传感器或其它信号连接到数据收集器60上，以发送到数据中心200。
在系统的一个实施例中，各个喷燃器本体14和各个油喷枪20具有独特的标识器。这是有用的，因为油喷枪可与喷燃器本体分开，并且可转换到不同的喷燃器本体上。通过在喷燃器本体和喷枪上结合独特的标识器，仪器箱中的通信装备(与喷枪一起运动)可识别它连接到哪个喷燃器本体上，以进行历史数据读取、趋势分析和为了其它原因。这个标识器可为RFID、一种类型的无线发送器、条形码、单总线硅序列号、独特的电阻器、经编码的标识器或者任何其它标识手段。
单独地和以组合的方式测量喷燃器及其构件的各种温度、压力和位置和来自其它相关联的装备(包括流量控制橇(skid))的馈送流和输入可提供使得操作者能够仅在需要时执行预防性维护和避免代价高昂的意外失效或停机的有价值的信息。
在一个有用的实施例中，喷燃器构造成收集和发送来自用来测量阀旋转角度的热电偶、压力换能器、电位计的数据。除了这个有用的实施例中的传感器或不依赖于该传感器，可使用其它传感器，诸如加速计、磁传感器、光学编码器、近程传感器、IR传感器、声传感器、摄像和视频记录装置和各种其它已知的测量装置。
图1是用于操纵喷燃器数据的示例性系统的示意图，要理解的是，硬件、固件和软件的各种备选组合可构造和组装成实现相同的功能。一个或多个喷燃器10可安装在炉70中，各个喷燃器10都具有上面描述的仪器封壳16。在图1的示意图中，多个喷燃器10安装在炉70中。各个仪器封壳16包含用于收集和汇聚由喷燃器10上的各个传感器产生的数据的数据收集器60，以及用于发送来自数据收集器60的数据的无线发送器62，以及诸如功率供应的其它构件。数据收集器60可独立地或以组合的方式通过硬件、固件和软件中的一个或多个编程成执行特定用途的功能。
在示例性实施例中，各个喷燃器10处的数据收集器60使用高度可配置的无线智能传感器节点(WIN)来汇聚关于那个喷燃器10的数据。数据收集器60对与喷燃器10相关联的各种传感器提供功率，并且编程成将介于3.2 V和6 V之间的电池电压转换成例如各个传感器所需的正确电压(例如12 V)。电池电压可由安装在本地的电池供应，电池是可更换的，或者可通过本地发电充电。在一个实施例中，传感器发送模拟输出信号，通过模数转换器来读取模拟输出信号，模数转换器具有可编程的增益放大器，以考虑到各个传感器的输出范围。在另一个实施例中，传感器发送基于各个传感器的输出范围缩放比例或可缩放比例的数字输出信号。
数据收集器60还能够读取数字传感器或指示符，诸如序列号。内部温度传感器允许监测周围温度，并且因而可监测热电偶的冷接点补偿。内部加速计允许测量节点的姿态(并且因此测量节点附连到什么上)。使用高级功率管理来最大程度地增加电池寿命。特别地，数据收集器60编程成在进行测量时，基于一系列感测到的状况或常规计划，对传感器提供功率。
通过将采用的放大器的增益、冷端补偿和任何其它有关因素考虑在内，传感器度量得到强化，并且优选地通过无线链路将传感器度量发送到数据接收/处理中心200。在示例性实施例中，无线链路使用2.4 GHz ISM带和802.15.4标准作为其物理层和媒体访问控制(MAC)。但是，可使用目前已知或今后开发出的适合运行环境的任何其它无线链路。协议使用星形网络拓扑结构。备选频率和协议是可行的，包括(无限制)网状网络拓扑结构。选择2.4 GHz带，因为它是世界范围的ISM带，而大多数其它ISM带是针对国家的。与节点的无线链路是双向的，以允许无线地配置节点。为了安全目的，可在发送之前对数据加密。数据可从数据收集器60直接发送到数据中心200，或者通过一个或多个Wi-Fi中继器间接地发送到数据中心200，这取决于喷燃器10和数据中心200之间的距离和信号路径。
数据中心200构造成接收来自单独的喷燃器10的数据，而且还可构造成将那个数据提供给控制计算机52(可位于控制室50中或别处)，并且构造成无线地发送数据、信息和警告，以进行近距离和远距离访问。备选地，数据可从数据中心200发送到基于云的服务器，然后基于云的服务器可通过互联网或其它网络来进行数据服务，提供警告，以及执行任何其它计算功能。数据中心200可为构造成和编程成执行下面描述的所有必要功能的单件式硬件。备选地，如在图2中示出的示例性实施例中那样，数据中心200可包括彼此协作以执行期望功能的几个构件。在示出的实施例中，数据中心200包括数据接收器或网关82，数据接收器或网关82构造成接收通过天线142接收来自单独的数据发送器60的数据，并且将数据传送到服务器84。在另一个备选构造中，服务器84可在远处位于云中。
服务器84优选地包括CPU、RAM、ROM和与输入/输出装置和移动存储装置的通道。服务器84可为经特别编程的通用计算机、定制化计算机、可编程的逻辑控制器，或者可编程成实现期望功能的硬件、固件和软件的其它组合。服务器84可由硬件、固件和软件的任何组合编程或构造，并且可将数据存储在本地，将数据存储在远程服务器上，或者将数据存储在云中。
另外，由服务器84执行的任何计算功能都可由位于本地或位于云中的服务器执行。如本文所用，要理解的是，“云”包含设计成在网络上运行的分布式计算系统，其中可在通过通信网络连接到服务器84和数据中心200的其它构件上的远程计算机或服务器上执行计算机应用(包括(无限制)数据分析、制图、警报、趋势分析、数据集比较)。网络可包括下者中的一个或多个：互联网、内联网、局域网(LAN)和广域网(WAN)。
服务器84汇聚来自可能多个喷燃器的数据，并且构造成以显示格式(诸如互联网网页格式或移动装置应用格式(例如iOS或安卓)，或者另一个现有的或未来开发的接口协议)的形式以合适的安全措施将数据提供给本地用户和/或远程用户，安全措施可用来限制特定用户或用户组对一些或全部数据的访问。
备选地，如上面提到的那样，服务器84的功能可由基于云的服务器单独地执行，或者与局部服务器结合起来执行，其中，基于云的服务器执行一些或全部计算功能，包括(但不限于)以网页格式、移动装置应用格式或者将使得装置能够显示数据、警告、历史趋势和由于处理数据而直接或间接地产生的其它信息的其它格式提供数据。如下面进一步论述的那样，基于云的服务器将提供优于本地服务器的优点，包括效率和成本有效性提高，因为用更强大的基于云的服务器执行计算密集性分析和存储可在任何能上网的地方访问的大量历史性和比较性数据和分析。
服务器84可构造成记录数据，以及通过以太网开关或路由器86或者串行装置或用于发送数据的其它装置(它提供局部数据发送和网络连接性)来传送数据。连接到以太网开关86上的调制解调器88将数据发送到远处。在示例性实施例中，调制解调器88构造成通过蜂窝天线56将数据发送到蜂窝网络，以及通过Wi-Fi天线54将数据发送到Wi-Fi网络。但要理解的是，两个单独的单元，即蜂窝调制解调器和Wi-Fi路由器，可单独连接到以太网开关86上代替调制解调器88。备选地，Wi-Fi路由器可结合到以太网开关86中。使用有线以太网、Wi-Fi和蜂窝传输中的一个或多个，通过与路由器86结合的调制解调器88或者备选地通过调制解调器/路由器组合来广播显示格式。备选地或另外，可通过互联网或其它网络通过基于云的服务器来广播显示格式。可提供不间断功率供应(UPS)89，以在短时间失去外部功率时保持数据中心200的功能。如上面论述的那样，外部功率可由图6中显示的本地功率发生系统供应到数据中心200。
计算机52可通过以太网有线连接或无线连接来连接到数据中心200上。计算机52优选包括CPU、RAM、ROM、显示器、输入/输出装置和用于可移动存储装置的访问端口。计算机52可为经特别编程的通用计算机、定制化计算机、可编程的逻辑控制器，或者可编程成实现期望功能的硬件、固件和软件的其它组合。操作者可使用计算机52来在本地观察数据，以及/或者配置服务器84和数据中心200的其它构件。
备选地，不是在本地具有计算机和程序，而是可使用云计算来实现相同目的。云计算可有利于在远程地点，诸如在顾客设施处，维护软件和相关联的硬件。云计算还可使得能够对数据执行计算密集性现场统计分析，并且将分析结果结合到寄托于云计算机(一个或多个)上的网页应用中。这种计算密集性分析对于在单独的顾客地点处的多个分布式计算机系统上执行，可能在成本上受到限制，但对于使用云计算来说是非常成本有效的。
虽然以上示例列出了具体的装备和构造，但可使用各种可互换或相当的方法和装备来构建系统，以实现图2中显示的相同数据流(在下面描述)。
一旦收集了喷燃器数据，就可用几种方式中的任一种来监测喷燃器数据。如上面描述的那样，除了服务器84之外，或者独立于服务器84，计算机52可构造成和编程成以显示格式(诸如互联网网页格式或移动装置应用格式)提供数据，以便用户观察当前数据、数据趋势、下载历史数据(所有这些都可存储在本地计算机上，存储在云中，或者存储在一些其它远程位置)，以及以便用户配置警报、选择语言(例如英语或汉语或任何其它期望的语言)，收集内部系统状态信息(例如为了指示与构件失去通信或者内部构件失效)，以及执行其它基本维护步骤。所有这些请求都通过数据中心200来处理。
图2是过程100的示例性过程流程图，过程100处理由喷燃器感测到的数据，以及使得可在近距离或远距离位置远程地访问那个数据、以及任何分析结果和警告。如步骤105中显示的那样，各个仪器化喷燃器10收集来自其各种传感器的数据。在步骤110中，各个喷燃器10的数据由位于喷燃器上或喷燃器附近的数据收集器60汇聚，而且在步骤115中，那个数据通过无线发送器62从数据收集器60发送到数据中心200。备选地，可用有线发送手段进行发送，但优选通过可用于此目的的任何技术(不管是目前存在或未来开发的)无线地进行发送。
在步骤120中，数据中心200中的数据接收器82接收来自各种喷燃器10的数据。在步骤125中，数据中心200中的服务器84汇聚数据，并且执行任何期望的分析。例如，服务器84可比较当前数据值，以警报或警告阈值，以确定警告是否是合乎需要或需要的，而且还可针对理论和经验数据库来分析一系列传感器数据，以确定是需要维护，还是存在需要注意的另一种状况。备选地，如上面论述的那样，这种分析和警报的确定可由云计算系统执行。
在步骤130中，汇聚的数据以及任何分析结果都发送到警告系统。在步骤135中，在近距离位置处的装置(诸如手持装置、平板电脑、便携式计算机等)接收来自Wi-Fi天线54的无线信号。近距离装置可显示当前数据和趋势、历史数据和趋势和分析结果，而且如果已经到检测异常或不合需要的运行状况，则可对操作者等提供合适的警告。备选地或者按顺序或者大致同时，在远距离位置处的装置(诸如手持装置、平板电脑、计算机等)直接接收蜂窝信号，或者通过构造成访问互联网的任何其它有线或无线系统来接收蜂窝信号。类似地，远距离装置可显示当前数据和趋势、历史数据和趋势和分析结果，而且如果已经检测到异常或不合需要的运行状况，则可对操作者等提供合适的警告。
可使用各种方法来检测一个或多个喷燃器10的异常或次佳性能。存在许多标准控制方法，诸如控制图、控制限制、西部电气准则、基于“正常”数据的主要成分或偏最小二乘法的方法，或者任何其它标准的故障检测方法。另外，数据中心200可提供喷燃器之间的比较，以及基于那些比较来设定警报。数据中心200还可以使用预定转换的修改的格式提供数据，以显示计算值，诸如流率、燃烧速率、粘度估计、喷燃器化学计量，以及其它类型的计算参数。可通过网页或定制化应用来执行在这些计算和比较中使用的限制。网页格式是优选的，因为它是跨平台的，并且因而它更灵活，而且还使得用户能够通过简单的接口设计，在多种装置上观察数据和分析结果。正在使用的普通的数据存储和数据传送协议(例如SQL数据库和相关联的查询)可用来与用于更丰富的用户接口的对于装置特定的应用(诸如iOS或安卓应用)相互作用。
除了与喷燃器有关的警告之外，系统还可传送与系统的通信状态有关的信息，估计电池剩下的大致寿命、无线信号强度、通信错误、传感器故障，并且可发送来自喷燃器的其它类型的信息，并且可对用户发送警告。特别地，除了别的事件之外，系统可构造成检测下者和提供关于下者的通知：传感器失效(例如信号丢失)、电池用尽(例如与喷枪失去通信)、单独的电缆断开或失效(例如数据流中的喷燃器ID丢失)、互联网连接性丢失。任何或所有这样的事件都可显示在显示接口上的状态页面上。
系统还可警告用户有异常和/或次佳运行。可通过任何标准方法来进行警告，包括通过在控制室中，在喷燃器处，在流量控制橇处，或者在任何其它方便的位置处，使用灯或可听得见的警报。另外，可将网页修改成指示警报，或者系统可将电子邮件和/或文本消息发送给经标识的用户。
本发明在范围上不局限于示例中公开的方面或实施例，示例意于说明本发明的几方面，而且功能等效的任何实施例都在本发明的范围内。除了本文显示和描述的那些之外，本发明的各种修改对本领域技术人员将变得显而易见，并且各种修改意于落在所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种远程喷燃器监测系统，包括：
一个或多个喷燃器，它们各自包括集成式传感器；
对应于所述喷燃器中的各个的、用于接收和汇聚来自对应的喷燃器的传感器的数据的至少一个数据收集器，以及对应于所述数据收集器中的各个的、用于发送所述数据的至少一个本地发送器；
数据中心，其构造成和编程成接收来自对应于所述一个或多个喷燃器的本地发送器的数据；以及
服务器，其构造成和编程成存储所述数据的至少一部分，将所述数据转换成显示格式，以及提供连接性以使得能够通过网络来接收和发送数据和所述显示格式，所述网络包括有线网络、蜂窝网络和Wi-Fi网络中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
计算机，其构造成和编程成将数据发送到所述网络，以及接收来自所述网络的数据。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据中心包括下者中的一个或多个：用于接收所述数据的数据接收器、用于存储所述数据的至少一部分的服务器，以及用于提供连接性以使得能够通过网络接收和发送数据的路由器。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述喷燃器中的各个的数据收集器编程成对所述喷燃器的集成式传感器中的各个提供正确电压。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述喷燃器中的各个的数据收集器编程成仅在要收集数据时，基于感测到的数据的组合和周期性计划中的一个或两者以及考虑单独的传感器中的各个的具体要求，而对所述单独的传感器提供功率。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，对应于所述喷燃器中的各个的本地发送器按照所述喷燃器和接收器服务器之间的距离和信号路径的要求，无线地将数据直接发送到所述接收器服务器，或者通过一个或多个Wi-Fi中继器间接地将数据发送到所述接收器服务器。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述显示格式选自下者组成的组：互联网网页格式和移动装置应用格式。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，通过本地能量收集来对对应于各个喷燃器的数据收集器提供功率。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述喷燃器中的至少一个使用选自下者组成的组的氧化剂：空气、富氧空气、工业级氧或它们的组合。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述喷燃器中的至少一个构造成燃烧选自下者组成的组的燃料：气态燃料、液体燃料、固体燃料或它们的组合。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述喷燃器中的至少一个构造成执行分级燃烧。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述服务器与所述数据中心集成在一起。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述服务器位于云中。
14.一种监测一个或多个喷燃器的运行的方法，所述方法包括：
感测所述喷燃器中的各个处的运行数据；
在本地收集所述喷燃器中的各个处的数据；
将收集到的数据从所述喷燃器中的各个发送到数据中心；
将所述数据转换成显示格式；
通过网络来发送所述显示格式，所述网络包括有线网络、蜂窝网络和Wi-Fi网络中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述数据转换成显示格式包括以互联网网页格式和移动装置应用格式中的一个或多个提供所述数据。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
通过所述网络将收集到的数据从所述数据中心发送到云；
将收集到的数据存储在远程数据储存库中；以及
使得能够通过所述网络访问存储在所述远程数据储存库中的收集到的数据。
17.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
分析收集到的数据，这包括对对应于所述喷燃器中的一个的收集到的数据执行统计分析，在所述喷燃器中的两个或更多个之间对收集到的数据执行比较分析，比较所述喷燃器中的一个或多个的收集到的数据与预先设定的警报设定点且产生警报，或者它们的组合。
18.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于收集到的数据和对收集到的数据的分析，来控制所述一个或多个喷燃器的运行；
其中，控制运行包括下者中的一个或多个：使喷燃器运行参数保持在规定极限内，调谐局部火焰特性，以及对不利的喷燃器状况作出快速响应。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述局部火焰特性包括热通量和火焰长度中的一个或多个。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述不利的喷燃器状况包括下者中的一个或多个：喷燃器构件的升高的温度、炉构件的升高的温度，以及火焰不稳定。
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