CN105676816A - 采暖装备的集中监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采暖装备的集中监控系统。包括传感器与远程传输装置、监控中心服务器和浏览器或监控软件。传感器测量锅炉运行参数，由电流变送器转化为电信号，通过RTU上的GPRS无线传输至监控中心。RTU实时、连续、稳定地发出信息，保证数据的准确性、完整性。监控中心对数据进行分析，自动判断各用户采暖装备是否处于正常运行状态，用户采暖装备出现异常时，进行声光报警并文字显示用户地址和联系信息；WEB网站的建立，能够直观显示数据波动状况，操作界面简单实用。在手机或电脑上通过监控软件或浏览器，可实时查询监控中心服务器数据，并接收服务器发出的报警信号及显示其地址等信息。本发明可满足不同用户不同的热需求，保证采暖装备正常运行。

Description

采暖装备的集中监控系统

技术领域

本发明涉及一种用于采暖装备集中监控、统一管理的监管系统，特别是对以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备的监控管理系统。

背景技术

我国每年农作物秸秆生产总量达7亿吨左右，是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一。但秸秆的能源化利用普遍较低，大量的秸秆在田间堆积或焚烧，不仅造成了能源的巨大浪费，同时造成了严重的环境污染。故此，前期研发了一种以秸秆压块为燃料、具有十二小时连续自动送料功能的户用直燃采暖装备。该装备由采暖炉和自动送料装置两部分组成。其中，自动送料装置可维持12小时连续自动输送秸秆压块燃料，使炉内的燃烧稳定性大大提高，该装置通过合理设计控制电路，可实现日间模式供暖和夜间模式供暖的切换，以满足用户根据房间舒适度调整燃料输送量和室内温度；采暖炉具有双燃烧室结构特征，可实现焦炭和挥发分的分区燃烧，其各项指标均优于NB/T34006-2011行业标准规定的技术指标，同时可实现无焦油排放、无污水排放。

该采暖装备主要应用于农村地区，农村住宅布局分散，不利于集中供暖管路布置，适合小型采暖装备分户供暖。由于农民的管理意识不强，采暖装备运行状况较差，污染物排放较多，有时达不到房屋的供热需求。如果能够将分散的采暖装备进行集中管理，构建农村地区“分户采暖、集中监控”用能模式，就可以及时解决采暖装备出现的故障问题，实现秸秆燃料的高效清洁燃烧，保证采暖装备正常、连续和稳定运行；同时也可根据不同农户用能习惯统计出最佳进料量，从而达到降低燃料消耗的目的。

秸秆压块直燃采暖装备的研发对解决农村采暖用能，节约一次能源、减少环境污染意义巨大。但目前尚无监控系统实现对农村分户采暖装备的集中管理，采暖装备运行不能够达到高效率、低排放的目标。因此，探索一种农村用能集中管理模式，对改善农村供暖状况、提高生物质资源再利用至关重要。

发明内容

为解决农村分户采暖模式下以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备因管理不善而存在的燃烧状况差、热效率低和燃料浪费严重等问题，本发明提供一种以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备的监控系统，可以实现对采暖装备的实时监控、统一管理，及时解决运行过程中出现的问题，使其达到最佳运行状况。

本发明提供的一种以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备的监控系统主要包括传感器与无线传输装置单元、监控中心服务器单元和浏览器或监控软件单元。通过这几部分协调运作，支撑整个系统健康运行。

所述的传感器安装在对应位置并与无线传输装置（REMOTETERMINALUNIT,RTU）单元相连接，用于采集锅炉燃烧时的烟气温度和热水温度信息，通过RTU将采集的信息发送至监控中心服务器；

所述的无线传输装置（RTU）单元包括采集模块、模数转换模块和传输模块，用于将采集的电信号转换为数字信号后，通过GPRS传输到监控中心服务器，实现长距离的数据远传功能；

所述的监控中心服务器单元包括数据接收模块和数据展示模块，数据接收模块是将RTU传输过来的数据实时存入MySQL数据库，实现数据的存储；数据展示模块是搭建WEB网站，将实时数据以动态折线图的形式展示出来，方便管理人员监控；同时还包括报警模块，在监控中发现数据异常会根据报警策略触发报警。

所述的浏览器或监控软件用于随时查询服务器数据，从而实现对分户采暖装备运行情况的实时监控，并可通过数据分析判断装备运行情况。

本发明中监控中心服务器（模块）采用Linux操作系统，架设LAMP环境（Apache服务器、MySQL数据库和PHP网站）。服务器分为数据接收模块和数据展示模块，数据接收模块是将RTU传输过来的数据实时存入MySQL数据库，实现数据的存储。数据展示模块是搭建WEB网站，将实时数据以动态折线图的形式展示出来，方便管理人员监控。同时还有报警模块，在监控过程中发现数据异常会触发报警。

无线远传设备模块分为采集模块、模数转换模块和传输模块。采集模块使用热电阻和热电偶温度传感器，并通过变送器将温度信号转换为4-20mA电流信号。无线远传设备模块使用深圳模拟科技有限公司生产的GPRS-RTU产品，该产品可同时采集3路4-20mA模拟量信号，经过模数转换后，通过4G或者2G、3G网络发往监控中心服务器，服务器接收并存入MySQL数据库。传感器和变送器以三线制连接，变送器的电流输出接口连接RTU的端子，实现电流的采集并远程传输。

浏览器或监控软件（模块）包括：

（1）管理人员登录模块：管理员有自己的账号，使用之前需要登录才可查看数据；

（2）数据接收部分：查询当前RTU在线数目，申请并接收服务器储存的运行参数数据，接收服务器传来的报警信息；

（3）数据显示部分：设计合理的用户界面，将数据信息以折线图或图表的方式直观呈现给技术人员；

（4）信息交互模块：在手机和电脑上可通过监控软件或web浏览器与服务器数据相互交互信息，管理员之间可以发送信息，方便协同合作管理。

集中监控系统的运行方式：先启动服务器，并保持数据接收处于持续监听状态；远程传输设备RTU一旦通电便可以与服务器自动建立TCP连接并显示RTU设备的特征码，可以将特征码修改为对应的用户信息（如：门牌号等，方便识别该RTU所在位置）。传感器和变送器将锅炉运行参数转换成相应的电信号通过RTU持续地发送至服务器数据接收端，并将数据保存在MySQL数据库中；通过客户端软件或者网页对数据进行提取并绘制成动态折线图，来直观展示各用户锅炉运行参数变化状况；锅炉运行出现问题时，接收数据将偏离设置的正常范围，此时服务器发出声光报警并将报警信息发送到软件客户端或WEB网页。

本发明的功能和效果特点为：

本发明设计的集中监控系统，包括传感器与远程传输装置、监控中心服务器和浏览器或监控软件三部分组成。传感器安装在采暖装备的烟道和热水进、出口管道上，可以实时采集采暖装备的运行参数信号，并转化为相应的电信号；RTU可以利用GPRS网络将采集获得的信号无线远程传输到监控中心服务器。监控中心服务器接收采集数据，并进行数据存储和数据分析；WEB网站能够直观显示数据波动状况，操作界面简单实用。技术人员可通过手机或电脑查询监控服务器数据，实现对采暖装备的实时监控。

所述的传感器主要为K型热电偶，通过变送器将温度信号转化为电信号，变送器与无线远传设备（RTU）结合在一起，RTU能够将采集的电信号通过GPRS传输到监控中心服务器，实现远距离的数据传输功能；GPRS传输能够保证数据的实时性，准确性；RTU的特征码改为用户信息，使服务器能够自动区分来自不同用户传递的数据信息。

所述的监控中心服务器能够连续的接收RTU无线传输的数字信号，经过换算转化成所测量的温度等实际数据。由于分户采暖装备的运行条件存在差异，需要对不同的用户采取不同的用热标准，监控中心服务器将每个用户设备的实时数据保存于数据库，通过数据统计分析，自动判断各个分户采暖装备的运行是否处于最佳状态，以实现分类指导和调整。当分户采暖装备发生故障或出现异常，监控服务器会在相应设备上以声光报警提示和文字显示用户地址和联系信息（或以电子地图方式显示用户的地理位置及用户信息）。

所述的监控软件或WEB浏览器与监控中心服务器联网，技术人员可以在手机或电脑通过监控软件或浏览器随时查询服务器数据，从而实现对分户采暖装备运行情况的实时监控，并可通过数据分析判断装备运行情况。当用户采暖装备发生异常的时候，监控软件或浏览器可以接收监控服务器传来的报警信号和用户地址，使技术人员能够迅速通过手机指导用户操作或上门直接消除采暖装备故障，这样可以减少设备维护技术人员的工作量，提高装备使用的安全系数。

附图说明

图1为采暖装备集中监控系统连接框图。

图2为监控中心服务器与客户端运行流程框图。

图3为移动端监控软件开发流程图。

图4为以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备结构图。

具体实施方式

结合附图说明，对该集中监控系统做进一步说明。

图中：1、秸秆压块直燃采暖装备尾部烟道和炉内循环水实时温度单元（显示或实测）；2、传感器（K型热电偶）连接在电流变送器上并和无线(远程)传输装置RTU相连，组成数据采集单元；3、无线(远程)传输装置单元，使用GPRS技术，实现手机信号覆盖范围内的数据传输；4、监控（中心）服务器单元（采用Linux操作系统），实时接收传感器传来的无线信号并进行处理；5、浏览器或监控软件单元（采用Windows\Android或IOS系统），客户端呈现方式通过设计独立的软件（如图3采暖装备远程监控系统）或者WEB网站来为操作人员提供数据监控界面以及相关联的功能，可随时通过手机或者电脑查询并接收监控中心数据库中的数据。6、监控中心服务器单元上的RTU数据接收模块，可以实时接收远程传输装置传递的测量数据；7、MySQL数据库，可以将采集的数据参数保存，通过监控软件或浏览器可实时查询数据库数据并进行统计分析；8、web网站，为数据的展示区域，分为图表和折线图两种表现方式，方便操作人员查询和监控。9、10和11分别对应以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备的进水管、回水管和烟囱，为传感器的安装位置。

本发明所述的集中监控系统主要应用于以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备。以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备（CN104879785A）的具体结构如图4所示：它是由采暖炉和自动送料装置两部分组成，采暖炉和自动送料装置两者呈“H”型结构布置，通过料道连接。

采暖炉采用上下分体结构，利用法兰连接，上炉体结构包括：料道、烟道、烟窗、水套、水冷炉排、对流管束、平衡管、水冷隔板、防辐射挡板、余热回收水套；下炉体结构包括：摇动炉排、燃烧道、二次风室、保温层、灰斗；燃烧室分为主燃烧室和二级燃烧室，水冷隔板位于两者之间，平衡管焊接于水冷隔板上部；水冷炉排位于摇动炉排之上，燃烧道位于水冷炉排和摇动炉排之间；二次风箱位于二级燃烧室底部，通过多个小孔向二级燃烧室内送入二次风；料道、烟道、烟窗被水套包裹，防辐射挡板焊接于料道尾部，烟窗、水冷炉排和对流管束与水套焊接，烟气横向冲刷对流管束与烟窗；水冷挡板顶部焊接有平衡管，平衡管连接主燃烧室上部空间与烟道；烟道位于二级燃烧室顶部末端，烟道外部设置有独立的余热回收水套；保温层包裹于下炉体四壁，料斗位于下炉体底部。

自动送料装置主要包括：调速电机、联轴器、丝杠、拨料扇叶、托盘、滚轮、上限位开关、下限位开关、控制电路盒、电机箱、燃料箱；电机箱位于燃料箱的上部，调速电机、控制电路盒和联轴器安装于电机箱内部，丝杠、托盘、拨料扇叶、限位开关布置于燃料箱内；丝杠与调速电机通过联轴器传动连接，托盘通过与螺母焊接可滑动于丝杠之间，滚轮安装于托盘四周，拨料扇叶通过上下两个螺母紧固于丝杠上；燃料箱内部，在托盘的起始和终了位置有上、下限位开关，通过信号控制线与控制电路盒连接，以控制调速电机的启动与停止；所述的燃料箱与电机箱采用“吕”字型结构布置，电机箱位于燃料箱的上部，进料口和出料口分别位于燃料箱顶部左右两侧；地牛则安装于燃料箱底部。

本发明所述的传感器安装在电流变送器上并与RTU相连接，可通过GPRS实现传感器数据的无线远传。K型热电偶2安装在采暖炉的进水管9、出水管10和烟囱底部11，锅炉燃烧时的烟气温度和热水温度单元1的信息被传感器感知并采集，通过电流变送器将采集的温度信号转化为4-20mA范围内的电信号，然后通过RTU中的GPRS模块将电信号转换为数字信号后远传到区域工作站的监控中心服务器单元4；无线传输距离较远，手机信号覆盖的区域均能传输数据信息。根据不同的用户，修改RTU的特征码，服务器能够将远程传输的数据和特征码同时存档，并在客户端自动建立带有特征码的用户选项，以供操作查询。

监控中心服务器单元4不断地将无线传输装置传来的信号转化成所测量的温度等实际数据；数据将保存在数据库，可以实时查询并绘制测量参数变化曲线图；可对发生故障的次数进行统计，有助于设计研发人员发现采暖装备的不足，为进一步改善采暖装备结构和性能提供数据基础。监控中心服务器单元4主要由三个部分构成，其中包括RTU6数据接收部分，能够识别不同用户传递过来的电信号，保证用户连接和数据传递的正常性、连续性；在监控中心服务器单元4中通过转换公式将电信号转换为温度并保存在MySQL数据库7中，也能够从数据库中调取相应的数据绘制成表格；数据在接收过程中将判断是否在正常运行范围内，若超出设计的数据区间，将会进行声光报警；可针对不同的热用户设置不同的热标准，以保证准确检测燃烧设备的运行状况。建立web网站8能够将监测数据直观的呈现给操作人员，可凭借浏览器进行页面操作，不需要安装特定软件如（java等）；通过Apache服务器、MySQL数据库7和PHP网站的应用，可实现用户切换，表格绘制，曲线绘制，绩效考核等不同界面的设计。

监控中心服务器单元4与监控软件或浏览器5联网，技术人员在手机或电脑上通过监控软件或浏览器5随时查询服务器数据，从而实现对分户采暖装备运行情况的实时监控，并可通过数据分析判断装备运行情况。监控软件和浏览器需用户进行登录方可操作；数据接收部分可显示RTU连接状态，当查询服务申请时，能够得到监控中心服务器单元4的及时响应，也可接收监控中心服务器单元4传来的报警信号；数据显示部分，通过设计合理的用户界面，将数据以表格或者折线图的形式显示在软件和浏览器主界面，直观形象地描绘锅炉运行参数的变化情况；信息交互部分，客户端监控软件或浏览器单元5之间以及与监控中心服务器单元4数据信息通过网络进行交互传递和查询，保证数据的一致性，信息的共享性。监控软件或浏览器单元5可方便快捷的查询用户锅炉运行参数信息，当采暖装备运行异常时，能够及时接收监控中心服务器单元4传来的报警信号和用户信息，技术人员可迅速通过手机指导用户操作或上门直接消除采暖装备故障。

将集中监控系统布置到采暖装备上运行，传感器能够对供回水温度、排烟温度进行实时准确采集；RTU能够持续地将供回水温度和排烟温度的电信号通过GPRS网络远传到监控中心服务器，可保证远距离准确传输运行参数。监控中心服务器能够接收RTU无线传输信号，并将运行参数存储在MySQL数据库中，可随时提取查询，为以后采暖装备的优化改进提供数据支持；同时，监控服务器能够自动判断排烟温度和供回水温度是否低于相应的正常运行范围，若低于临界温度则以铃音的方式报警，并显示RTU特征码。通过网页和软件可以直观显示不同采暖装备运行参数变化折线图，达到对设备运行状况实时监控的目的；也可以接收监控服务器传来的报警铃声与文字信息，使技术人员能够及时上门解决采暖装备故障问题。

该系统通过传感器与远程传输装置、监控中心服务器和监控软件或浏览器之间的相互联系、协调作用，保证采暖装备正常运行。

Claims (8)

1.一种以秸秆压块为燃料的户用直燃采暖装备的监控系统，其特征在于主要包括传感器与无线传输装置单元、监控中心服务器单元和浏览器或监控软件单元；

所述的传感器安装在电流变送器上与无线传输装置单元相连接，用于采集锅炉燃烧时的烟气温度和热水温度信息，通过电流变送器将采集的信息监控中心服务器；

所述的无线传输装置(RTU)单元包括采集模块和传输模块，用于将采集的电信号通过GPRS传输到监控中心服务器，实现长距离的数据远传功能；

所述的监控中心服务器单元包括数据接收模块和数据展示模块，数据接收模块是将RTU传输过来的数据实时存入MySQL数据库，实现数据的存储；数据展示模块是搭建web网站，将实时数据以动态折线图的形式展示出来，方便管理人员监控；同时还包括报警模块，用于在监控中发现数据异常会产生报警;

所述的浏览器或监控软件单元用于随时查询服务器数据，从而实现对分户采暖装备运行情况的实时监控，并通过数据分析判断装备运行情况。

2.根据权利要求1所述的集中监控系统，其特征在于监控中心服务器实时接收传感器传来的信号，将所接收的数据存入数据库中，并将其与数据库中各用户的设定的正常运行参数范围进行比较，自动判断采暖装备是否处于正常运行状态。

3.根据权利要求1所述的集中监控系统，其特征是在于监控中心服务器带有声光报警功能，并且能够显示用户的地址和联系方式，当用户设备出现故障时，系统能够及时发出警报。

4.根据权利要求1所述的集中监控系统，其特征在于监控中心服务器将锅炉运行参数自动进行统计学分析，并对故障发生的时间和相应的用户信息进行储存。

5.根据权利要求1所述的集中监控系统，其特征在于所述监控软件或web网页能够随时查询监控中心数据库中的数据，技术人员通过手机或电脑随时了解采暖用户采暖装备是否处于最佳运行状态。

6.根据权利要求1所述的集中监控系统，其特征在于所述采集模块使用热电阻和热电偶温度传感器，并通过变送器将温度信号转换为4-20mA电流信号；传输模块传输3路4-20mA模拟量信号，通过2G、3G或者4G网络发往监控中心服务器，服务器接收并存入MySQL数据库。

7.根据权利要求1所述的集中监控系统，其特征在于所述浏览器或监控软件包括：

（1）管理人员登录模块：管理员有自己的账号，使用之前需要登录才可查看数据；

（2）数据接收部分：查询当前在线RTU在线数目，申请并接收服务器储存的运行参数数据，接收服务器传来的报警信息；

（3）数据显示部分：设计合理的用户界面，将数据信息以折线图或图表的方式直观呈现给技术人员；

（4）信息交互模块：在手机和电脑上可通过监控软件或web浏览器与服务器数据相互交互信息，管理员之间发送信息，方便协同合作管理。

8.权利要求1所述的集中监控系统的监控方法，其特征在于运行步骤为：先启动服务器，并保持数据接收处于常开状态；远程传输设备RTU一旦通电便与服务器自动建立TCP连接并显示RTU设备的特征码，将特征码修改为对应的用户信息；传感器将锅炉运行参数转换成相应的电信号通过RTU连续地发送至服务器数据接收端，并将数据保存在MySQL数据库中；通过客户端软件或者网页对数据进行提取并绘制成动态折线图，来直观展示各用户锅炉运行参数变化状况；锅炉运行出现问题时，接收数据将偏离设置的正常范围，此时服务器发出声光报警并将报警信息发送到软件客户端或web网页。