CN105717906A - 工业锅炉远程诊断监测系统及诊断监测方法 - Google Patents

Abstract

一种工业锅炉远程诊断监测系统及诊断监测方法，包括锅炉侧设置的检测装置、与检测装置连接的控制器、与控制器连接的无线传输终端、与无线传输终端通过无线网络连接的远程监测服务装置，所述控制器上设置有ModBus通讯接口，无线传输终端上设置有RS485串行接口，控制器ModBus通讯接口与无线传输终端RS485串行接口之间连接，无线传输终端内设置有GPRS通讯模块，利用远程诊断监测诊断系统与方法，对锅炉的运行状况与数据库的参数进行比对、分析，得出故障位置、产生故障原因以及应该采取的对策，指导设备维修人员进行针对性的设备维护和维修。

Description

工业锅炉远程诊断监测系统及诊断监测方法

技术领域

本发明涉及一种诊断监测系统及诊断监测方法，特别涉及一种工业锅炉远程诊断监测系统及诊断监测方法，属于锅炉领域。

背景技术

由于工业生产以及民用采暖的需要，锅炉是极其重要的基础设施，对其进行维护也是一项重要的工作。传统的锅炉维护工作主要是由人工来完成，这种方式费时费力而且不能及时发现锅炉运行时的隐患，而造成这种情况的主要原因是现有司炉人员的锅炉专业知识问题。司炉人员因锅炉专业知识不强时会有一些不恰当操作或不合理参数设定，可以影响锅炉的使用效果、降低锅炉热效率。一般锅炉出现问题前一般有对应的参数数据变化，但一般司炉人员看不出存在的隐患，但对于经验丰富的锅炉专业工程师是可以预判可能要出现的问题，从而制定相应的措施防止问题或事故发生。比如锅炉干烧会降低锅炉使用寿命，还可能造成不可挽回的损失，如果能够由专业工程师定期进行锅炉体检就能避免事故的发生。

发明内容

针对发生故障时司炉人员的锅炉专业知识不足，及时费事费力也不能及即时全面地发现锅炉运行时的隐患，更难以采取相应的故障对策解决锅炉出现的问题，延长锅炉的维护时间，影响锅炉设备的正常运行等现实问题，本发明提供工业锅炉远程诊断监测系统及诊断监测方法，其目的是通过利用远程诊断监测系统，对锅炉的运行状况进行实时监测并与数据库的参数进行比对、分析，得出故障位置、产生故障原因以及应该采取的对策，指导设备维修人员进行针对性的设备维护和维修，更重要的是在为出现故障前，提前进行修复校正，降低故障率，保持设备的正常运行或有计划停机维修。

本发明的技术方案是：工业锅炉远程诊断监测系统，包括设置在锅炉侧的数据采集装置、无线传输终端以及设置在远程的远程监测服务装置，所述的锅炉侧的数据采集装置和无线传输终端为：锅炉侧设置有多个参数检测装置、与多个参数检测装置连接的控制器、与控制器连接的无线传输终端，所述多个参数检测装置包括锅炉内顶部的蒸汽压力传感器、与锅炉内连接的水温传感器、水压传感器、水位传感器，设置在锅炉炉膛中的炉温传感器，设置在锅炉烟道内的排烟温度传感器、设置在锅炉给水管道上的流量传感器，所述的远程监测服务装置包括双向通讯路由器、数据库服务器以及web服务器，所述控制器上设置有ModBus通讯接口，无线传输终端上设置有RS485串行接口，控制器ModBus通讯接口与无线传输终端RS485串行接口之间连接，无线传输终端内设置有GPRS通讯模块，无线传输终端与远程监测服务装置之间利用GPRS无线网络连接，进一步的，所述的锅炉控制器中包括有PLC，进一步的，所述远程监测服务装置内数据库服务器中设置的通讯路由器、数据库服务器、web服务器之间通过高速光缆连接。

工业锅炉远程诊断监测方法，包括以下步骤：

A：在锅炉侧设置多个参数检测装置、与多个参数检测装置连接的控制器、与控制器连接的无线传输终端、与无线传输终端通过无线网络连接的远程监测服务装置，所述多个参数检测装置包括锅炉内顶部的蒸汽压力传感器、与锅炉内连接的水温传感器、水压传感器、水位传感器，设置在锅炉炉膛中的炉温传感器，设置在锅炉烟道内的排烟温度传感器、设置在锅炉给水管道上的流量传感器，所述远程监测服务装置包括双向通讯路由器、数据库服务器以及web服务器，所述控制器上设置有ModBus通讯接口，无线传输终端上设置有RS485串行接口，控制器ModBus通讯接口与无线传输终端RS485串行接口之间连接，无线传输终端内设置有GPRS通讯模块，无线传输终端与远程监测服务装置之间利用GPRS无线网络连接；

B：锅炉控制器通过各个传感器所传输的信号读取锅炉运行数据并通过ModBus通讯接口交换数据至无线传输终端，所述的无线传输终端为GPRSDTU；

C：GPRSDTU无线传输终端将数据转换后通过无线GRRS通信网络所采集的数据信息上传至远程监测服务装置；

D：远程监测服务装置接收到数据后，对数据进行分析，并将分析结果通过双向路由器发送给锅炉侧。

进一步的，步骤C中GPRSDTU接收到数据后，首先判断无线通信网络是否连接，若判断结果为是，则将数据通过无线通信发送至远程监测服务装置，若判断结果为否，GPRSDTU根据心跳包设置时间自动重连数据中心，保证通讯链路的建立；进一步的，所述的锅炉控制器包括PLC，在所述的PLC内单独列出一个区域，长度为32个位，用于对应相应的故障点，锅炉控制器通过读取传感器采集点接收到锅炉故障标志，判断锅炉故障发生点，无线传输终端通过无线通信网络将故障标志位上传至监测服务装置，所述的监测服务装置中的数据管理服务器中与锅炉控制器保存有同样的32个位故障信息，通过接收的故障标志位，对应分析出故障点；进一步的，所述的锅炉为蒸汽锅炉，当远程监控诊断监测系统监测到以下任一故障信号时，对锅炉发出紧急停炉指令，所述的故障信号包括：运行压力超过警戒压力或压力传感器故障或水位低于警戒水位或锅炉本体缺水或水位超过警戒水位或锅炉本体排烟温度超过警戒温度或炉膛温度超过警戒温度或水位传感器故障；进一步的，所述的锅炉为热水锅炉，当远程监控诊断监测系统监测到以下任一故障信号时，对锅炉发出紧急停炉指令，所述的故障信号包括：出水温度超过警戒温度或出水温度传感器异常或水位低于警戒水位或本体排烟温度超过警戒温度或本体排烟温度传感器异常或炉膛温度超过警戒温度或锅炉压力超过或低于上下警戒限或冷凝出水温度超高。

本发明具有的积极效果是：通过设置各参数检测装置相应的传感器能够检测到锅炉内顶部的蒸汽压力、锅炉内连接的水温、水压、水位，锅炉炉膛中的炉温，锅炉烟道内的排烟温度、锅炉给水管道上的流量等锅炉运行参数，并能够及时地通过将信号传送到控制器中，控制器可按照实时检测参数和设定参数进行判断，通过在控制器中设置设置ModBus通讯接口，无线传输终端RS485串行接口，利用ModBus协议使控制器和无线传输终端之间连通，通过与锅炉控制器通讯的无线传输终端，无线传输终端具有TCP/IP透明数据传输功能，将接收到的锅炉控制器串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，通过在无线传输终端内设置无线通讯模块，可将包括锅炉控制器采集到的锅炉运行数据及故障信息通过无线通信网络上传至远程监测服务装置，通过在监测服务装置设置双向通讯路由器，能够利用GPRS无线网络收发数据，通过在双向通讯路由器、数据库服务器以及web服务器三者连接高速光缆，可使通讯路由器与管理及数据库服务器之间、管理及数据库服务器与web服务器之间以TCP/IP协议通过以太网进行通讯，通过设置数据库服务器，能够实现与客户端的数据进行比对、分析，还可以进行用户数据保存和查询的管理，通过设置web服务器，能够响应任意互联网网络用户基于IE等公共浏览器的访问，基于各个级别的授权用户通过密码访问可以满足众多用户的访问需求，通过访问web服务器25，互联网用户完成数据的实时显示、参数标定查询、历史监测数据的查询以及数据和指标分析、故障报警信息查询等，本发明实现了锅炉实时在线监测，在一定程度上缩短故障查找时间以及防止故障误判。同时，实时掌握锅炉运行状态，及时发现锅炉潜在问题，通过远程监测装置可以利用专业人员对锅炉的运行状况、故障情况、维护计划作出专业的判断指导，以优化锅炉的运行情况，延长锅炉寿命，防止锅炉在使用过程中各种事故的发生,效保证锅炉的安全经济运行。

附图说明

图1本发明的网络拓补结构图。

图2本发明的结构框图。

具体实施方式

以下参照图1、图2就发明的具体技术方案进行说详细说明，图中，20：锅炉控制器，22：IP调制解调器、23：路由器、24：数据库服务器、25：Web服务器、26：显示器、30：互联网、31：RS485串行接口、32：GPRS模块单元、33：监控服务装置。

实施例：

为了实施工业锅炉远程诊断监测系统及诊断监测，锅炉侧配置一定的检测配套装置以及相关的软件，远程监控软件主要通过控制PLC采集锅炉运行的各种即时数据、控制系统运行的详细过程数据、锅炉控制系统的各级控制参数及状态、锅炉安全保护的报警信息，然后对锅炉运行检测、过程数据监控与设定值的对比分析，以数据的形式展现锅炉运行的实际情况，并结合报警采集数据，全方位的展现锅炉的稳定性、工作状态、运行效果。

在锅炉方面，用于采集的锅炉即时数据可以分为模拟量和开关量采集值两种，两种数据对分析锅炉运行情况有不同的作用。

首先是模拟量，多数是锅炉各个重要指标，能充分说明锅炉的是否处在良好的状态，主要包括烟气温度、水温、蒸汽压力、排烟含氧量、各类流量、水位数值。

锅炉控制系统的过程数据主要检测执行器、执行设备的运行状态，可以说明锅炉系统的执行状况其中包括：包括燃烧器的运行输出与反馈、故障反馈、输出负荷值的检测；变频器的运行输出与反馈、变频器故障反馈、变频输出值等；循环水泵、给水泵的运行输出、过载的检测。

锅炉控制系统的各级控制参数及状态：包括系统工作模式参数、加热控制参数、水泵控制参数、系统开关机状态，以及水泵工作模式、加热工作模式数据，此类数据的主要作用是与锅炉运行的即时数据、过程数据进行综合分析使用，第一可以直接反映用户是否正确设定锅炉运行参数，第二可以通过即时数据、过程数据与设定参数进行对比分析反映锅炉运行状态是否良好。

锅炉安全保护的报警信息：结合下位机的安全保护检测系统对报警保护信息进行全面采集，即时反映锅炉的报警系统运行情况，其中包括模拟量传感器异常检测、模拟量传感器数值超标、开关量报警检测、模拟量模块检测。

在锅炉中，一旦锅炉存在故障隐患，锅炉内设置有自动停炉保护装置，自动保护装置涉及蒸汽压力、水温大小、水位高低、烟气温度大小、变频器等方面的超标设定。

所述多个参数检测装置包括锅炉内顶部的蒸汽压力传感器、与锅炉内连接的水温传感器、水压传感器、水位传感器，设置在锅炉炉膛中的炉温传感器，设置在锅炉烟道内的排烟温度传感器、设置在锅炉给水管道上的流量传感器，

锅炉设备中设置了多个传感器，用于检测锅炉中的烟气温度、水温高低、水压大小以及流量大小，检测的数据为模拟量，检测的这些参数具有一定允许范围，检测的数据一旦超出允许范围，就需要进行烟气温度、水温高低、水压大小以及流量大小等的调节，调节是就需要利用设定调节的开关动作参数，一旦检测数值到了动作设定值是相关的开关就会开始动作，在控制的控制下进行自身参数调节。

锅炉远程监测系统，包括分别安装在各锅炉控制柜上并通过RS485串行通信与锅炉控制器20通讯的无线传输终端22，锅炉控制器20与无线传输终端22分别具有串行通讯接口，无线传输终端22即GPRSDTU在设计时将串口数据设计成”透明转换”，通过将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包通过无线通讯网络30传送至监测服务装置33。如图2所示。本发明采用的是RS485串行通讯方式，标定协议采用的ModBus。

以下为结合图1、2对本系统实现方式及功能做详细描述。

结合图1、2所述的锅炉控制器20主要负责数据的采集，通过与其连接的各个传感器将如温度、压力、流量等被测信号量的微小变化转换为电信号获取到锅炉运行实时数据。锅炉控制器20通过RS485串行通讯方式，通过标准的ModBus协议将数据传输至无线传输终端22。

结合图1、2所述的无线传输终端22即GPRSDTU，每个锅炉侧一般一台GPRSDTU通过RS485与锅炉控制器20相连，实现与远程监测装置主站的数据传输。各个GPRSDTU需要一张SIM卡，通过SIM卡接口接入与GPRS天线接口组成GPRS模块单元32。GPRSDTU通电后先注册到GPRS网络通过GPRS网络和数据处理中心建立SOCKET连接，如图1；GPRSDTU与监测服务装置33通信功能，其主要通过网络编程来实现的，在网络中，GPRSDTU是SOCKET客户端，监测服务装置33是SOCKET的服务器端，GPRSDTU与监测服务装置33使用相同的协议，并且需要对GPRSDTU的参数进行设置。通过RS485设置串口31，GPRSDTU配置好中心的IP地址和端口号后，则GPRSDTU通过串口与锅炉控制器20相连。GPRSDTU通电后根据设置的监测服务装置33ID和端口号主动连接监测服务装置33，一旦链路建立成功，GPRSDTU将发送首次注册包，其中包含GPRSDTU的基本信息。注册包的帧格式：

监测服务装置33接收到注册包后，就可以得到GPRSDTU所设置的ID号、所使用的SIM卡号、分配的IP地址，当监测服务装置33接收并分析完注册包后，确认GPRSDTU与监测服务装置33建立通信连接，之后就可以进行可靠的数据传输。

结合图1、2所述的无线通信网络30为GPRS网络，其负责无线传输终端22与通讯路由器23之间的双向数据传输。

结合图1、2所述的监测服务装置33包括用于与无线通讯网络30进行数据双向收发的通讯路由器23、用于数据保存与查询的管理及数据库服务器24、用于做为人机接口的web服务器25，三者通过光缆连接，通讯路由器23与管理及数据库服务器24之间、管理及数据库服务器24与web服务器25之间以TCP/IP协议进行通讯，web服务器25配备有显示器26。

结合图1所述，通讯路由器23进行数据的双向收发，通过标准的高速以太网端口与管理及数据库服务器24通讯。

结合图1所述，管理及数据库服务器24负责整个系统的配置管理、数据的解析、保存和查询，支持任意容量数据的存取。本层次的通信功能基于GPRS网络的锅炉监测系统采用客户机/服务器模式,即C/S模式。GPRSDTU相当一个客户端,而数据库服务端就是服务器端。DTU采用TCP/IP协议透明数据传输的工作模式,数据库服务端的服务器采用流式套接字。数据库服务端的通信功能通过网络编程来实现，其设计采用被动方式,都是根据DTU的状态和上传数据,来作相应的处理。通信部分要完成基本功能如下:1)可以建立多个客户端(DTU)与服务器端的通信连接,并可以与各个客户端通信。即一个服务器对应多个DTU。2)管理各个DTU与服务端建立信道。当某个DTU重新拨号,重连服务端时,要更新信道。3)接收从某个DTU上传的数据,并区分DTU的注册包数据和普通的数据,当接收到DTU的注册包数据时,按注册包格式完成分析;接收到普通数据时,按DTU与服务端约定的协议分析数据。4)管理及数据库服务器24即数据中心发送数据到指定的DTU。

协议格式：

结合图1所述，Web服务器25负责响应任意互联网网络用户基于IE等公共浏览器的访问，基于各个级别的授权用户通过密码访问可以满足众多用户的访问需求，比如厂内研发人员、售后服务人员、客户等。通过访问web服务器25，互联网用户完成数据的实时显示、参数标定查询、历史监测数据的查询以及数据和指标分析、故障报警信息查询等。

本系统能够实现实时监测：远程监测中心主控电脑定时巡检用户机组，并将机组工况数据记入监测中心数据库，供中心工程师每月传文分析产品运转综合性能的参考。

故障报警：用户机组出现故障时，能够自动向监测中心报警，监测中心收到用户终端模块传递的报警数据后向中心工程师发出告警信号，中心工程师根据报警提示的信息撰写处理方案，并可会同分中心工程师以及用户机组操作员根据处理方案可以进行锅炉控制及现场处理。

锅炉体检：监测中心针对一定时间数据异常的用户机组，或应某一用户的专门请求，针对性对用户机组工况数据进行锅炉专业诊断体检，并提供锅炉体检报告，提出改善或处理意见，防患于未然。

综上所述，本发明实现了锅炉实时在线监测，在一定程度上缩短故障查找时间以及防止故障误判。同时，实时掌握锅炉运行状态，及时发现锅炉潜在问题，有效保证锅炉的安全经济运行。

Claims (8)

1.工业锅炉远程诊断监测系统，包括设置在锅炉侧的数据采集装置、无线传输终端以及设置在远程的远程监测服务装置，其特征在于：所述的锅炉侧的数据采集装置和无线传输终端包括锅炉侧设置有多个参数检测装置、与多个参数检测装置连接的控制器、与控制器连接的无线传输终端，所述多个参数检测装置包括锅炉内顶部的蒸汽压力传感器、与锅炉内连接的水温传感器、水压传感器、水位传感器，设置在锅炉炉膛中的炉温传感器，设置在锅炉烟道内的排烟温度传感器、设置在锅炉给水管道上的流量传感器，所述的远程监测服务装置包括双向通讯路由器、数据库服务器以及web服务器，所述控制器上设置有ModBus通讯接口，无线传输终端上设置有RS485串行接口，控制器ModBus通讯接口与无线传输终端RS485串行接口之间连接，无线传输终端内设置有GPRS通讯模块，无线传输终端与远程监测服务装置之间利用GPRS无线网络连接。

2.根据权利要求1所述的工业锅炉远程诊断监测系统，其特征在于：所述的锅炉控制器中包括有PLC。

3.根据权利要求1所述的工业锅炉远程诊断监测系统，其特征在于：所述远程监测服务装置内数据库服务器中设置的通讯路由器、数据库服务器、web服务器之间通过高速光缆连接。

4.工业锅炉远程诊断监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：在锅炉侧设置多个参数检测装置、与多个参数检测装置连接的控制器、与控制器连接的无线传输终端、与无线传输终端通过无线网络连接的远程监测服务装置，所述多个参数检测装置包括锅炉内顶部的蒸汽压力传感器、与锅炉内连接的水温传感器、水压传感器、水位传感器，设置在锅炉炉膛中的炉温传感器，设置在锅炉烟道内的排烟温度传感器、设置在锅炉给水管道上的流量传感器，所述远程监测服务装置包括双向通讯路由器、数据库服务器以及web服务器，所述控制器上设置有ModBus通讯接口，无线传输终端上设置有RS485串行接口，控制器ModBus通讯接口与无线传输终端RS485串行接口之间连接，无线传输终端内设置有GPRS通讯模块，无线传输终端与远程监测服务装置之间利用GPRS无线网络连接；

B：锅炉控制器通过各个传感器所传输的信号读取锅炉运行数据并通过ModBus通讯接口交换数据至无线传输终端，所述的无线传输终端为GPRSDTU；

C：GPRSDTU无线传输终端将数据转换后通过无线GRRS通信网络所采集的数据信息上传至远程监测服务装置；

D：远程监测服务装置接收到数据后，对数据进行分析，并将分析结果通过双向路由器发送给锅炉侧。

5.根据权利要求4所述的工业锅炉远程诊断监测方法，其特征在于：步骤C中GPRSDTU接收到数据后，首先判断无线通信网络是否连接，若判断结果为是，则将数据通过无线通信发送至远程监测服务装置，若判断结果为否，GPRSDTU根据心跳包设置时间自动重连数据中心，保证通讯链路的建立。

6.根据权利要求4所述的工业锅炉远程诊断监测方法，其特征在于：所述的锅炉控制器包括PLC，在所述的PLC内单独列出一个区域，长度为32个位，用于对应相应的故障点，锅炉控制器通过读取传感器采集点接收到锅炉故障标志，判断锅炉故障发生点，无线传输终端通过无线通信网络将故障标志位上传至监测服务装置，所述的监测服务装置中的数据管理服务器中与锅炉控制器保存有同样的32个位故障信息，通过接收的故障标志位，对应分析出故障点。

7.根据权利要求4所述的工业锅炉远程诊断监测方法，其特征在于：所述的锅炉为蒸汽锅炉，当远程监控诊断监测系统监测到以下任一故障信号时，对锅炉发出紧急停炉指令，所述的故障信号包括：运行压力超过警戒压力或压力传感器故障或水位低于警戒水位或锅炉本体缺水或水位超过警戒水位或锅炉本体排烟温度超过警戒温度或炉膛温度超过警戒温度或水位传感器故障。

8.根据权利要求4所述的工业锅炉远程诊断监测方法，其特征在于：所述的锅炉为热水锅炉，当远程监控诊断监测系统监测到以下任一故障信号时，对锅炉发出紧急停炉指令，所述的故障信号包括：出水温度超过警戒温度或出水温度传感器异常或水位低于警戒水位或本体排烟温度超过警戒温度或本体排烟温度传感器异常或炉膛温度超过警戒温度或锅炉压力超过或低于上下警戒限或冷凝出水温度超高。