CN105721501A - 锅炉物联网监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锅炉物联网监控系统，包括锅炉、热用户终端；锅炉终端监测单元，将锅炉实时运行信息发送到云端服务器单元；监控终端单元，包括用户监控模块、远程服务模块；数据接口控制模块；锅炉GIS模块，地理位置信息服务；数据通信单元，本发明通过建立锅炉远程监控系统，对锅炉的实时运行情况进行在线监测，从锅炉的热效率、排烟温度、过量空气系数指标数值维度，统计出了锅炉的整体能效状况、排放指标，同时及时排除故障和安全隐患，通过计算机反映的分析结果对锅炉进行有效的判断，保证系统正常运行，做到无人值守，降低人力成本，积极推进企业的安全生产、调度指挥，促进企业信息化和智能化管理。

Description

锅炉物联网监控系统

技术领域

本发明涉及锅炉监控及管理技术领域，更具体地说，它涉及一种锅炉物联网监控系统。

背景技术

中国工业化和信息化两化融合进程，将工业融入新信息时代。在自动化技术的促进下，工业正在朝着数字化、智能化、网络化与综合集成化的方向发展，制造业的工厂正不断朝着高度一体化、集成化的进程前行。以信息化带动工业化既是保持国民经济持续快速发展的有力保证，也是传统工业体系结构转型的重要手段。网络技术作为信息技术的代表，其与工业控制系统的结合将极大地提高控制系统的水平，改变现有工业控制系统相对封闭的企业信息管理结构，适应现代企业综合自动化管理的需要。网络技术必将推动传统工业控制系统结构的深度变革。

在我国工业领域中，锅炉众多且使用范围广泛，目前工业锅炉的监控往往是由现场的操作工人完成，这种方式不仅增加了企业的人力成本，且当锅炉数据异常时工人也不易察觉，而当锅炉遇到故障时，锅炉也得不到更为专业快速地维护与指导，降低了生产效率。

专利号为CN101498468的中国专利，提出的一种锅炉及换热站智能监控系统，上述技术方案，其实质为采用无线通讯技术对锅炉的运行情况进行实时在线监测，获得监测数据，从其具体的实施方式以及发明目的来看，其监控系统主要是服务于存有锅炉的生产企业，监控的对象也只是一台或者几台锅炉。对于上述设置，首先，锅炉的运行监控权限比较单一，不利于锅炉信息的共享，例如，当政府或其他服务企业需要接入到监控系统时很不方便，不利于整个监控网络的拓展。其次，由于各个锅炉的监控者比较单一，用户以及系统供应商之间缺乏有效的沟通，使得锅炉出现故障时第一时间内问题得不到有效的解决，不利于锅炉的平稳运行以及智能化管理。

发明内容

本发明针对锅炉运行不易监控，监控信息不易共享的问题，结合划定区域内锅炉能耗总量监测数据，从宏观上精准、适量地调整锅炉的运行状态，对各个锅炉的能耗及监控集中管理，提出了一种锅炉物联网监控系统，

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种锅炉物联网监控系统，包括，

至少一个用于提供热源的锅炉；

至少一个换热站和/或热用户终端；

锅炉终端监测单元，包括锅炉信息采集模块，用以采集锅炉实时运行信息并将采集到的锅炉实时运行信息发送到云端服务器单元；

云端服务器单元，包括用以接收并存储上述锅炉实时运行信息的云端存储模块、接收上述锅炉实时运行信息并对实时运行信息进行监测、汇总的应用模块，所述应用模块响应于监控终端单元的请求，根据监测到的数据信息，分析汇总后输出监测数据；

监控终端单元，包括，

用户监控模块，用于接收所述监测数据并将其传送至显示终端进行显示并供运营商决策；

远程服务模块，接收所述监测数据，与所述用户监控模块通信连接，当所述监测数据异常时，向用户监控模块发出报警提示以及远程维护指导；

数据接口控制模块，用于向远程服务模块及各个用户监控模块提供数据接口并分配监控权限；

锅炉GIS模块，与用户监控模块以及远程服务模块配合，用于显示各个锅炉的地理位置信息；

数据通信单元，用于上述各个单元以及模块之间的通信服务。

进一步的，所述信息采集模块包括用于测量锅炉运行时各个参数的传感器模块以及用以采集上述各个传感器模块输出信号的PLC信号采集控制柜，所述PLC信号采集控制柜通过有线或无线的方式与数据通信单元通信连接。

进一步的，所述传感器模块包括，

氮氧化物浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中，用于检测排烟中的氮氧化物浓度；

流量传感器，用于检测通入到锅炉中的冷空气和/或天然气总量；

温度传感器，设于锅炉的内部、进气道以及排烟道中，用于检测锅炉的运行温度、冷空气温度和排烟温度；

二氧化硫浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的二氧化硫浓度；

氧气浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的氧气浓度；

一氧化碳浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的一氧化碳浓度；

二氧化碳浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的二氧化碳浓度；

测重传感器，设于锅炉的进料口处，用于检测送入到锅炉中的燃煤质量。

进一步的，所述数据接口控制模块包括，

数据接入模块，采用B/S架构，通过Internet网络实现远程服务模块及各个用户监控模块的接入，共享数据；

权限管理模块，与数据接入模块相配合，为远程服务模块及各个用户监控模块分配权限，限制用户接入系统获取监测数据的权限。

进一步的，所述云端存储模块包括数据中心服务器，所述数据中心服务器内置关系型数据库用以存储锅炉实时运行信息；所述应用模块包括一与数据中心服务器通信连接的外部服务器，所述外部服务器内置有数据处理器并通过Internet网络与监控终端单元通信连接。

进一步的，所述数据通信系统包括与PLC信号采集控制柜、云端服务器单元、监控终端单元相连接的路由器、信号端WEB服务器和调制解调器，所述数据传输网络为Internet网络。

进一步的，所述显示终端包括Web页面，打印机以及移动通信终端。

进一步的，所述锅炉GIS模块还包括能源使用预警模块，所述能源使用预警模块根据各个锅炉所在地理位置将锅炉进行区域划分并计算各个区域内的锅炉总能耗，当总能耗大于或小于预设值时，发出报警提示。

进一步的，所述锅炉物联网监控系统还包括设置于监控终端单元或锅炉GIS模块中的自动报警模块，所述自动报警模块包括GSM无线信息发送模块或3/4G无线语音发送模块。

进一步的，本发明还提出了一种锅炉物联网监控系统的监控方法，基于上述锅炉物联网监控系统，包含以下步骤，

S1，系统初始化，设定系统内相应的阈值以及算法；

S2，信息采集单元开始采集锅炉的实时运行信息，上述信息经PLC信号采集控制柜模数转换、编码后通过路由器、调制解调器上传至Internet网络；

S3，云端存储模块接收步骤S2中的实时运行信息并将其储存至数据库；

S4，应用模块通过Internet网络步骤S2中的实时运行信息并对其进行汇总分析，将数据分类汇总后输出监测数据；

S5，能源使用预警模块以锅炉GIS信息为基础，监测各个区域内锅炉的运行状态，统计各个区域内锅炉的运行信息；

S6，用户监控模块以及远程服务模块接收并显示步骤S4与S5中的监测数据，供决策者参考使用，当监测数据异常时，自动报警模块发出警示信息，远程服务模块向用户监控模块发出报警提示以及远程维护指导。

本发明的技术方案以及有益效果如下：

1，通过建立远程实时监控网络，实现对锅炉运行状态的实时监控，有利于锅炉的集中管理，提高供热系统的运行效率，改善系统的运营管理水平；

2，根据各个锅炉的运行参数，统计出锅炉的整体能效状况、排放指标，通过计算机反映的分析结果对锅炉进行有效的判断，保证系统正常运行，做到无人值守，降低人力成本，实现企业的安全生产，促进企业信息化和智能化管理；

3，通过采用Internet网络传输实时监测信号，以Web页面的形式展示监测到的参数信息，使得系统具有很强的开放性，并且设置权限管理模块划分监控权限，有利于企业以及政府部门对锅炉的监测；

4，通过在锅炉物联网监控系统中设置锅炉GIS模块，将锅炉的实时运行状态信息与其位置信息相结合，分析并统计各个区域内的锅炉能耗状况，从宏观上促使区域内锅炉能耗平衡；

5，通过远程在线监测，减少了监测人员赶赴现场监测的劳动强度，投入小，效率高。

与现有技术相比，本发明通过建立锅炉远程监控系统，对锅炉的实时运行情况进行在线监测，从锅炉的热效率、排烟温度、过量空气系数指标数值维度，统计出了锅炉的整体能效状况、排放指标，同时及时排除故障和安全隐患，通过计算机反映的分析结果可以对锅炉进行出有效的判断，保证系统正常运行，真正做到无人值守，降低人力成本，积极推进企业的安全生产、调度指挥，也促进企业信息化和智能化管理。

附图说明

图1为本发明的整体框架示意图；

图2为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

针对实际运用当中的问题，本发明提出了一种远程监控、易于拓展、安全性高的锅炉物联网监控系统，监控的对象不仅仅在于某一台或多台锅炉，也不仅仅在于某一家企业，而是从整个锅炉分布的区域出发，根据平衡能耗的需要，对整个区域内的锅炉运行情况进行监控，有效地避免产能浪费等问题，降低锅炉监测的成本，提高锅炉的监测效率。

参照图1～2对本发明做进一步说明。

一种锅炉物联网监控系统，包括，

至少一个用于提供热源的锅炉；

至少一个换热站和/或热用户终端；

锅炉终端监测单元，包括锅炉信息采集模块，用以采集锅炉实时运行信息并将采集到的锅炉实时运行信息发送到云端服务器单元；

云端服务器单元，包括用以接收并存储上述锅炉实时运行信息的云端存储模块、接收上述锅炉实时运行信息并对实时运行信息进行监测、汇总的应用模块，应用模块响应于监控终端单元的请求，根据监测到的数据信息，分析汇总后输出监测数据；

监控终端单元，包括，

用户监控模块，用于接收监测数据并将其传送至显示终端进行显示并供运营商决策；

远程服务模块，接收监测数据，与用户监控模块通信连接，当监测数据异常时，向用户监控模块发出报警提示以及远程维护指导；

数据接口控制模块，用于向远程服务模块及各个用户监控模块提供数据接口并分配监控权限；

锅炉GIS模块，与用户监控模块以及远程服务模块配合，用于显示各个锅炉的地理位置信息；

数据通信单元，用于上述各个单元以及模块之间的通信服务。

本发明中的锅炉物联网监控系统，可以采集的锅炉类型有热水炉、蒸汽炉、真空炉等。并且在能耗分析以及远程网络连接已经建立的情况下，只需要将检测的结果接入系统即可。

本发明的锅炉终端监测单元，其中锅炉信息采集模块主要采集的参数有启炉温度、目标温度、停炉温度、出水温度、回水温度、供水压力、回水压力、节能器进出口处的烟温及水文、燃气机压力等。针对上述待检测参数，本发明中的锅炉信息采集模块主要包括设于锅炉上的各个类型的传感器，主要分为氮氧化物浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中，用于检测排烟中的氮氧化物浓度；流量传感器，用于检测通入到锅炉中的冷空气和/或天然气总量；温度传感器，设于锅炉的内部、进气道以及排烟道中，用于检测锅炉的运行温度、冷空气温度和排烟温度；二氧化硫浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的二氧化硫浓度；氧气浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的氧气浓度；一氧化碳浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的一氧化碳浓度；二氧化碳浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的二氧化碳浓度；测重传感器，设于锅炉的进料口处，用于检测送入到锅炉中的燃煤质量。上述传感器采集到的信号，其中包含有不可直接使用与传输的模拟信号，因此，锅炉信息采集模块还包括有用以采集上述各个传感器输出信号的PLC信号采集控制柜，PLC信号采集控制柜与数据通信系统通信连接，其中PLC信号采集控制柜的核心可以为MCU、ARM或者FPGA等，具体可以根据信号的采集快慢以及大小要求来选择。

通过检测上述的诸如进气道冷空气温度，排烟道空气温度以及氧气浓度、二氧化碳浓度、氮氧化物浓度等参数，经统计分析可以有效地计算出锅炉的热效率以及最佳的过量空气系数，上述各项数值也是本系统中判别锅炉是否正常工作的依据。

对于锅炉终端监测单元有上位机的情况，则直接将PLC信号采集控制柜连接到上位机并通过网络传送到云端服务器单元。若锅炉终端监测单元没有上位机，只有PLC的情况，则采用Zigbee模块或DTU无线模块或WIFI无线通信模块，由移动网络或局域无线网络将锅炉实时运行信息数据上传到云端服务器单元。

详述的，云端存储模块包括数据中心服务器，数据中心服务器内置关系型数据库用以存储锅炉实时运行信息；应用模块包括一与数据中心服务器通信连接的外部服务器，外部服务器内置有数据处理器并通过Internet网络与监控终端单元通信连接

对于本设计中的云端服务单元，主要目的及作用有两个，一是存储锅炉实时运行信息，对应有云端存储模块；二是对数据进行初步处理，供监控终端单元访问查询，对应有应用模块。对于第一个目的，随着监测系统的设备数量的增加，需要处理的数据量将急剧上升，要求系统能不间断地对大量生产数据进行采集、选择、过滤、存储并及时响应各种不同的数据服务请求。海量数据的实时处理、存储和数据挖掘将是本系统的关键和性能瓶颈，针对海量数据处理需求及保证数据的实时性，本系统采用MSSQLServer主流关系型数据库。对于第二目的，主要通过外部服务器内置的数据处理器处理。数据处理器的核心在于算法设计，通过采用EXCEL的宏功能模块，实现数据处理的自动化与智能化，将监测数据转变为列表、趋势图、饼图、柱状图等，使得显示更为直观。

进一步的，为了方便不同的用户接入到系统，数据接口控制模块包括，

数据接入模块，采用B/S架构，通过Internet网络实现远程服务模块及各个用户监控模块的接入，共享数据。通过上述设计方案，使得不同的用户能够快速的接入到系统中，为了避免混淆以及方便管理，系统中设置有权限管理模块，权限管理模块与数据接入模块相配合，为远程服务模块及各个用户监控模块分配权限，限制用户接入系统获取监测数据的权限。在系统中构建多级的权限区域，也可以将用户的权限限制到每个锅炉数据信息、每个报表模板，为系统中扩展各种权限的角色提供可靠的方法。在实施方式中，系统的接入方法还可包括传统的数据线接入或局域网接入等。

上述权限模块分为三级，不同级别对应不同的权限，锅炉厂可以监控其所属权限内的所有锅炉，最终热用户可以监控其授权锅炉房内的所有锅炉。

详述的，数据通信系统包括与PLC信号采集控制柜、云端服务器单元、监控终端单元相连接的路由器、信号端WEB服务器和调制解调器，数据传输网络为Internet网络。

进一步详述的，显示终端包括Web页面，打印机以及移动通信终端，移动通信终端包括手机、平板电脑等。

优化的，锅炉GIS模块还包括能源使用预警模块，能源使用预警模块根据各个锅炉所在地理位置将锅炉进行区域划分并计算各个区域内的锅炉总能耗，当总能耗大于或小于预设值时，发出报警提示。

上述区域的划分依据可以为地理位置，也可以为能源供应，也可以将锅炉的污染、能耗等综合起来作为区域的划分标准。

进一步的，锅炉物联网监控系统还包括设置于监控终端单元或锅炉GIS模块中的自动报警模块，自动报警模块包括GSM无线信息发送模块或3/4G无线语音发送模块，将相关异常报警信息通过短信的方式发送至责任人。

进一步优化的，对锅炉重要的运行位置安装视频监控模块，如锅炉的炉膛，需要实时观察炉膛内的燃烧情况，保证燃料充分的燃烧。

进一步的，本发明还提出了一种锅炉物联网监控系统的监控方法，基于上述锅炉物联网监控系统，包含以下步骤，

S1，系统初始化，设定系统内相应的阈值以及算法；

S2，信息采集单元开始采集锅炉的实时运行信息，上述信息经PLC信号采集控制柜模数转换、编码后通过路由器、调制解调器上传至Internet网络；

S3，云端存储模块接收步骤S2中的实时运行信息并将其储存至数据库；

S4，应用模块通过Internet网络步骤S2中的实时运行信息并对其进行汇总分析，将数据分类汇总后输出监测数据；

S5，能源使用预警模块以锅炉GIS信息为基础，监测各个区域内锅炉的运行状态，统计各个区域内锅炉的运行信息；

S6，用户监控模块以及远程服务模块接收并显示步骤S4与S5中的监测数据，供决策者参考使用，当监测数据异常时，自动报警模块发出警示信息，远程服务模块向用户监控模块发出报警提示以及远程维护指导。

其中，对于步骤S5中，基于锅炉GIS信息，当划定区域内的锅炉总能耗大于或小于预设值时发出报警。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锅炉物联网监控系统，其特征是：包括，

至少一个用于提供热源的锅炉；

至少一个换热站和/或热用户终端；

锅炉终端监测单元，包括锅炉信息采集模块，用以采集锅炉实时运行信息并将采集到的锅炉实时运行信息发送到云端服务器单元；

云端服务器单元，包括用以接收并存储上述锅炉实时运行信息的云端存储模块、接收上述锅炉实时运行信息并对实时运行信息进行监测、汇总的应用模块，所述应用模块响应于监控终端单元的请求，根据监测到的数据信息，分析汇总后输出监测数据；

监控终端单元，包括，

用户监控模块，用于接收所述监测数据并将其传送至显示终端进行显示并供运营商决策；

远程服务模块，接收所述监测数据，与所述用户监控模块通信连接，当所述监测数据异常时，向用户监控模块发出报警提示以及远程维护指导；

数据接口控制模块，用于向远程服务模块及各个用户监控模块提供数据接口并分配监控权限；

锅炉GIS模块，与用户监控模块以及远程服务模块配合，用于显示各个锅炉的地理位置信息；

数据通信单元，用于上述各个单元以及模块之间的通信服务。

2.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述信息采集模块包括用于测量锅炉运行时各个参数的传感器模块以及用以采集上述各个传感器模块输出信号的PLC信号采集控制柜，所述PLC信号采集控制柜通过有线或无线的方式与数据通信单元通信连接。

3.根据权利要求2所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述传感器模块包括，

氮氧化物浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中，用于检测排烟中的氮氧化物浓度；

流量传感器，用于检测通入到锅炉中的冷空气和/或天然气总量；

温度传感器，设于锅炉的内部、进气道以及排烟道中，用于检测锅炉的运行温度、冷空气温度和排烟温度；

二氧化硫浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的二氧化硫浓度；

氧气浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的氧气浓度；

一氧化碳浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的一氧化碳浓度；

二氧化碳浓度检测传感器，设于锅炉排烟道中用于检测排烟中的二氧化碳浓度；

测重传感器，设于锅炉的进料口处，用于检测送入到锅炉中的燃煤质量。

4.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述数据接口控制模块包括，

数据接入模块，采用B/S架构，通过Internet网络实现远程服务模块及各个用户监控模块的接入，共享数据；

权限管理模块，与数据接入模块相配合，为远程服务模块及各个用户监控模块分配权限，限制用户接入系统获取监测数据的权限。

5.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述云端存储模块包括数据中心服务器，所述数据中心服务器内置关系型数据库用以存储锅炉实时运行信息；所述应用模块包括一与数据中心服务器通信连接的外部服务器，所述外部服务器内置有数据处理器并通过Internet网络与监控终端单元通信连接。

6.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述数据通信系统包括与PLC信号采集控制柜、云端服务器单元、监控终端单元相连接的路由器、信号端WEB服务器和调制解调器，所述数据传输网络为Internet网络。

7.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述显示终端包括Web页面，打印机以及移动通信终端。

8.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述锅炉GIS模块还包括能源使用预警模块，所述能源使用预警模块根据各个锅炉所在地理位置将锅炉进行区域划分并计算各个区域内的锅炉总能耗，当总能耗大于或小于预设值时，发出报警提示。

9.根据权利要求1所述的锅炉物联网监控系统，其特征是：所述锅炉物联网监控系统还包括设置于监控终端单元或锅炉GIS模块中的自动报警模块，所述自动报警模块包括GSM无线信息发送模块或3/4G无线语音发送模块。

10.基于如权利要求1～9任意一项权利要求所述锅炉物联网监控系统的监控方法，其特征是：包含以下步骤，

S1，系统初始化，设定系统内相应的阈值以及算法；

S2，信息采集单元开始采集锅炉的实时运行信息，上述信息经PLC信号采集控制柜模数转换、编码后通过路由器、调制解调器上传至Internet网络；

S3，云端存储模块接收步骤S2中的实时运行信息并将其储存至数据库；

S4，应用模块通过Internet网络步骤S2中的实时运行信息并对其进行汇总分析，将数据分类汇总后输出监测数据；

S5，能源使用预警模块以锅炉GIS信息为基础，监测各个区域内锅炉的运行状态，统计各个区域内锅炉的运行信息；

S6，用户监控模块以及远程服务模块接收并显示步骤S4与S5中的监测数据，供决策者参考使用，当监测数据异常时，自动报警模块发出警示信息，远程服务模块向用户监控模块发出报警提示以及远程维护指导。