CN106094764A - 一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，包括循环水采集系统、数据传输系统、云端服务器、通知推送系统和终端设备；所述循环水采集系统通过数据传输系统传送采集的数据至云端服务器；所述通知推送系统通过数据传输系统传送通知信息至终端设备。该系统可实现对相当大数量的工业循环水系统进行实时全面的监测，在云端对大数据进行处理分析的基础上，向用户提供循环水系统运行状况实时查询、历史运行状况查询、安全隐患多渠道预警、个性化定制式优化运行方案推送等服务。本发明各系统间数据传输主要采用无线传输技术，克服了现场布线难度高的问题，可有效解决当前工业循环水系统存在的全面监测难度大、监测技术及手段匮乏，管理粗放等问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业循环水系统监测领域，特别是一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统。
背景技术
工业循环水冷却水系统遍及石油、化工、钢铁、冶金、电力等行业，是工艺生产的生命线。从总体上来看，工业循环水冷却水系统具有用途广、能耗高、占地面积大、工况条件复杂、全面监测难度大、监测技术及手段匮乏等特点，因此循环水系统实际应用中管理的难度和工作量非常之大，由于管理粗放导致循环冷却水系统设备老化加速、水泵运行效率低、水压设定不合理、运行控制方式陈旧等问题非常常见。
管理的难度和工作量较大最主要的原因是缺乏系统的监测和掌握循环水系统的运行状态和科学、合理、及时的运行管理方法及建议。
现有的循环水系统监控系统，主要存在以下几大问题：
1、分块监控，系统化不够：循环水系统是一个有机的整体，例如：在保证冷却效果的前提下，水泵流量减小，必然致使回水温度升高，冷却塔风机能耗增加。而现有的循环水监测系统主要集中在泵站能耗监测系统、风机监测系统、水质监测系统等分块化的监测系统，不能从系统的角度进行数据采集、分析、处理进而从系统的角度给用户提供真正客观科学的管理建议；
2、数据采集和处理能力不足：主要体现在以下两点：（1）现有的监测系统紧紧着眼于能耗、水质、启停状态等单一物理量的监测，数据采集单一性太强，用处较小；（2）系统无处理大量历史数据的能力或者在处理大量历史数据的时候遇到处理速度慢，数据保护无法实现的问题；
3、大数据概念缺乏、个性化定制不足：监测系统采集的数据仅仅与该套系统相关，而相同监测手段及目的又反复的复制与多个不同用途、不同规模等循环水系统，不同监测系统采集的数据无对比关联分析和处理；
4、跨系统、跨平台调用处理数据没有涉及：当前的监测系统多数为实时采集，有限量存储，存储设备多为存储卡，数据读取方式为与监测系统对应的设备直接显示或者电脑端处理，也有对于采集数据实时传输至电脑端存储处理的案例，但是跨系统、跨平台实时调用处理分析数据的案例目前未见。
云计算是近几年发展起来的网络技术，它是将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使得各种应用系统能够根据需求获取计算能力、存储空间和各种软件服务。总结起来云计算具有：超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务、极其廉价等特点。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统。
技术方案：本发明提供的一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，包括循环水采集系统、数据传输系统、云端服务器、通知推送系统和终端设备；
所述循环水采集系统包括一组传感器、射频发射器和数据接收器；所述传感器上分别连接有射频发射器，所述射频发射器将传感器数据传递至数据接收器；
所述循环水采集系统通过数据传输系统传送采集的数据至云端服务器；所述云端服务器包括云计算系统、云存储系统和云专家处理系统；所述云计算系统用于从数据传输系统获取循环水采集系统采集的数据并完成计算和处理任务，所述云存储系统用于存储循环水采集系统采集的数据和云计算系统计算和处理的结果，所述云专家处理系统用于对循环水采集系统采集的数据进行统计分析并输出评估报告；
所述通知推送系统通过数据传输系统传送通知信息至终端设备。
作为改进，所述一组传感器包括流量传感器、压力传感器、水泵功率传感器、温度传感器、阀门开度传感器、冷却塔内风机功率传感器；所述流量传感器用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵实时流量、总管流量、各分支管路流量；压力传感器用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵出口压力、供水最不利点压力；水泵功率传感器用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵实时运行功率，其根据监测水泵电机运行的电压和电流得到水泵实时运行功率；温度传感器用于监测工业循环冷却水系统中的换热器冷却水进水温度、换热器冷却水出水温度、冷却水回塔温度、被冷却物料温度；阀门开度传感器用于监测工业循环冷却水系统中的各泵出口阀门开度、总管阀门开度、换热器冷却水进水阀门开度；冷却塔内风机功率传感器用于监测工业循环冷却水系统中的冷却塔内风机的运行功率，其根据监测风机电机运行的电压和电流得到冷却塔内风机的运行功率。
作为另一种改进，所述数据传输系统为有线数据传输系统或无线数据传输系统；优选无线数据传输系统，所述无线数据传输系统通过GPRS、G、G、WIFI、宽带等方式将数据实时传送，数据传输系统为联系云端服务器和循环水采集系统的纽带，负责所有云端服务器与循环水采集系统、云端服务器与终端设备之间数据交换的传输任务。
作为另一种改进，所述云专家处理系统用于实时数据分类识别提取、历史数据按需提取、历史曲线绘制、同类别大数据对比分析处理、各工艺流程参数合理化建议、数据异常快速识别，具体而言包括以下处理方法：
（1）个性化定制式数据处理：从云存储系统获取工业循环冷却水系统所处的地域、循环水系统用途、循环水系统规模、循环水系统各组件的选型、使用年限数据，统计分析并输出不同季节、不同工况点循环水系统个性化定制式的优化运行方案；该优化方法是输出系统的实际需求流量、扬程及运行水泵的台数和位号，从而实现泵站的自动化运行调度，达到节能节水的目的；可采用多种统计分析软件实现；
（2）大数据综合对比处理：按云存储系统获取工业循环冷却水系统基本信息进行分类，对大量同类别工业循环冷却水系统的大数据进行综合分析对比，如水压设定、泵站选型、泵站调度等方面数据，统计分析并输出优化运行方案；该方法即通过类比法实现泵站的配置选型和运行策略；可采用多种统计分析软件实现；
（3）特定数据、特定方案快速提取处理：按终端设备的请求，快速读取数据和/或输出优化运行方案。
作为另一种改进，所述通知推送系统包括定时通知推送模块和应急通知推送模块；所述定时通知推送模块用于按预设时间和内容，自动形成通知内容并推送至终端设备；所述应急通知推送模块用于：a工业循环冷却水系统某组件、多个组件或系统运行参数连续异常，判定组件故障，自动形成通知内容并推送至终端设备；b终端设备向云端服务器提出数据下载或者查询请求时，将数据推送至终端设备。
作为另一种改进，所述终端设备为移动终端或非移动终端，包括手机、PDA、平板电脑、笔记本，其操作系统为windows操作系统、Android操作系统或IOS操作系统；终端设备接收通知的方式包括APP实时查询、IE寻址、应急短信通知。
有益效果：本发明提供的监测系统可实现对相当大数量的工业循环水系统进行实时全面的监测，在云端对大数据进行处理分析的基础上，向用户提供循环水系统运行状况实时查询、历史运行状况查询、安全隐患多渠道预警、个性化定制式优化运行方案推送等服务。本发明各系统间数据传输主要采用无线传输技术，克服了现场布线难度高的问题。本发明可有效解决当前工业循环水系统存在的全面监测难度大、监测技术及手段匮乏，管理粗放等问题。
附图说明
图1为本发明基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统作出进一步说明。
基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，见图1，包括循环水采集系统1、数据传输系统2、云端服务器3、通知推送系统4和终端设备5；
循环水采集系统1包括一组传感器、射频发射器和数据接收器；传感器上分别连接有射频发射器，射频发射器将传感器数据传递至数据接收器；射频发射器发射功率由现场距离和障碍物决定，数据接收器实时接收各个传感器传递过来的数据，并将接收到的数据进行自动存储为文本格式。一组传感器包括流量传感器11、压力传感器12、水泵功率传感器13、温度传感器14、阀门开度传感器15、冷却塔内风机功率传感器16；流量传感器11用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵实时流量、总管流量、各分支管路流量，其数量由现场泵数量及分支管路数量确定；压力传感器12用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵出口压力、供水最不利点压力，其数量由现场泵数量及分支管路数量确定；水泵功率传感器13用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵实时运行功率，其根据监测水泵电机运行的电压和电流得到水泵实时运行功率，其数量由水泵数量决定；温度传感器14用于监测工业循环冷却水系统中的换热器冷却水进水温度、换热器冷却水出水温度、冷却水回塔温度、被冷却物料温度，其数量由现场情况决定；阀门开度传感器15用于监测工业循环冷却水系统中的各泵出口阀门开度、总管阀门开度、换热器冷却水进水阀门开度，其数量由现场阀门数量及分布情况决定；冷却塔内风机功率传感器16用于监测工业循环冷却水系统中的冷却塔内风机的运行功率，其根据监测风机电机运行的电压和电流得到冷却塔内风机的运行功率，其数量由风机数量决定。
循环水采集系统1通过数据传输系统2传送采集的数据至云端服务器3；数据传输系统2为有线数据传输系统或无线数据传输系统；优选无线数据传输系统，无线数据传输系统通过GPRS、3G、4G、WIFI、宽带等方式将数据实时传送，具体的数据传输方式由现场情况确定，数据传输系统2为联系云端服务器3和循环水采集系统1的纽带，负责所有云端服务器3与循环水采集系统1、云端服务器3与终端设备7之间数据交换的传输任务。
云端服务器3包括云计算系统31、云存储系统32和云专家处理系统33；云计算系统31用于从数据传输系统2获取循环水采集系统1采集的数据并完成计算和处理任务，云存储系统32用于存储循环水采集系统1采集的数据和云计算系统31计算和处理的结果，存储三种类型的数据：实时数据、历史数据、处理结果，云专家处理系统33用于对循环水采集系统1采集的数据进行统计分析并输出评估报告，对实时数据和历史数据进行分析，形成特定格式的可行性建议。云专家处理系统33用于实时数据分类识别提取、历史数据按需提取、历史曲线绘制、同类别大数据对比分析处理、各工艺流程参数合理化建议、数据异常快速识别，具体而言包括以下处理方法：
（1）个性化定制式数据处理：从云存储系统32获取工业循环冷却水系统所处的地域、循环水系统用途、循环水系统规模、循环水系统各组件的选型、使用年限数据，统计分析并输出不同季节、不同工况点循环水系统个性化定制式的优化运行方案；例如：不同循环水系统所处的纬度差异将使同一季节、同一工艺流程、同一循环水系统达到同样的冷却要求所需的冷却水量不一样，此时云端数据处理专家系统即可从不同的纬度、不同季节为不同的循环水系统提供个性化定制式的系统优化运行和管理调度方案；
（2）大数据综合对比处理：按云存储系统32获取工业循环冷却水系统基本信息进行分类，对大量同类别工业循环冷却水系统的大数据进行综合分析对比，如水压设定、泵站选型、泵站调度等方面数据，统计分析并输出优化运行方案；
（3）特定数据、特定方案快速提取处理：按终端设备5的请求，快速读取数据和/或输出优化运行方案。
通知推送系统4通过数据传输系统2传送通知信息至终端设备5。通知推送系统4包括定时通知推送模块41和应急通知推送模块42；定时通知推送模块41用于按预设时间和内容，自动形成通知内容并推送至终端设备5；应急通知推送模块42用于：a工业循环冷却水系统某组件或多个组件或系统运行参数连续异常，判定组件故障，自动形成通知内容并推送至终端设备5；b终端设备5向云端服务器3提出数据下载或者查询请求时，将数据推送至终端设备5。
终端设备5为移动终端或非移动终端，包括手机、PDA、平板电脑、笔记本，其操作系统为windows操作系统、Android操作系统或IOS操作系统；终端设备5接收通知的方式包括APP实时查询、IE寻址、应急短信通知。
本发明基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统的工作原理为：
（1）数据采集流程：在某化工厂工业循环冷却水系统适当位置安装多个传感器，包括：流量传感器11、压力传感器12、水泵功率传感器13、温度传感器14、阀门开度传感器15、冷却塔内风机功率传感器16；传感器与射频发射器相连，将采集的到的流量、压力、功率、温度、阀门开度等数据实时传递到安装于工厂中控室内的数据接收器，数据接收器将接收到的信号转换为文本形式实时通过数据传输系统2传递到云端服务器3，云计算系统31处理后存储于云存储系统32；
（2）大数据处理分析功能的实现流程：该监测系统可不受地域、不受数量、不受规模的同时大量监测数以万计或者数以亿计的循环水系统，云端服务器将按需随时进行扩展，以满足数据处理和存储要求。大数据处理主要指的是同时并行处理大量数据的功能和能力，大数据分析则是对大量不同系统的相关参数进行对比分析以得到所需结果的过程，大数据分析分为横向对比分析（相同型号或相同规模或相同组件或相同工艺流程）和纵向对比分析。例如：对大数据中同型号的水泵运行参数进行综合对比，得到该型号水泵与何种规模循环水系统匹配能提供最佳运行效率，在不同系统中同型号水泵如何进行流量压力调节能够达到最佳节能方式等；
（3）实时数据分类识别提取功能的实现流程：用户通过终端设备5经由数据传输系统系统2将需要查寻的实时数据请求传递给通知推送系统4的应急通知推送模块42，应急通知推送模块42将请求发至云专家处理系统33，云专家处理系统33将实施接收到的数据中与用户请求相关数据筛选出来，并形成报告，并通过通知推送系统4的应急通知推送模块42经由数据传输系统2传递到终端设备5；
（4）历史数据按需提取功能的实现流程：用户通过终端设备5经由数据传输系统系统2将需要查寻的历史数据请求传递给通知推送系统4的应急通知推送模块42，应急通知推送模块42将请求发至云专家处理系统33，云专家处理系统33将按照用户需求的历史数据从云存储设备32中提取，并形成报告，并通过通知推送系统4的应急通知推送模块42经由数据传输系统2传递到终端设备5；
（5）安全隐患多渠道预警功能实现流程：云专家处理系统33从云存储设备32实时过滤每一个数据传输系统传递至云端的数据，与云专家处理系统33中预设的合理值安全值进行比对，如数据持续偏离事先设定的阈值，则判断为故障，如水泵功率数值连续大于设定的合理值且超过阈值，则判定为水泵过载，云专家处理系统33形成通知，并通知推送系统4的应急通知推送模块42经由数据传输系统2传递到终端设备5；
（6）个性化定制式优化运行方案推送功能实现流程：在上述大数据分析工作流程的基础上，云专家处理系统33从行业、设备型号、产能等方面横向和纵向与相关数据进行对比分析，确定当前设备的最佳工况点和系统的最佳运行状态，从参数设定变频器等、阀门调节规律、设备选型优化、设备维护周期换热器清洗、水质处理等、四季水量调节、泵站运行调度、风机启停控制等方面形成个性化定制式系统优化运行方案，并通知推送系统4的应急通知推送模块42经由数据传输系统2传递到终端设备5。同时可根据用户特殊需求提供特别优化方案，如客户想针对性获得泵站运行控制优化方案，则可通过终端设备5经由数据传输系统2将请求传递给通知推送系统4的应急通知推送模块42，应急通知推送模块42将请求发至云专家处理系统33，云专家处理系统33从大数据的角度为其提供优化方案。
Claims (6)
1.一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，其特征在于：包括循环水采集系统（1）、数据传输系统（2）、云端服务器（3）、通知推送系统（4）和终端设备（5）；
所述循环水采集系统（1）包括一组传感器、射频发射器和数据接收器；所述传感器上分别连接有射频发射器，所述射频发射器将传感器数据传递至数据接收器；
所述循环水采集系统（1）通过数据传输系统（2）传送采集的数据至云端服务器（3）；
所述云端服务器（3）包括云计算系统（31）、云存储系统（32）和云专家处理系统（33）；所述云计算系统（31）用于从数据传输系统（2）获取循环水采集系统（1）采集的数据并完成计算和处理任务，所述云存储系统（32）用于存储循环水采集系统（1）采集的数据和云计算系统（31）计算和处理的结果，所述云专家处理系统（33）用于对循环水采集系统（1）采集的数据进行统计分析并输出评估报告；
所述通知推送系统（4）通过数据传输系统（2）传送通知信息至终端设备（5）。
2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，其特征在于：所述一组传感器包括流量传感器（11）、压力传感器（12）、水泵功率传感器（13）、温度传感器（14）、阀门开度传感器（15）、冷却塔内风机功率传感器（16）；
所述流量传感器（11）用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵实时流量、总管流量、各分支管路流量；
压力传感器（12）用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵出口压力、供水最不利点压力；
水泵功率传感器（13）用于监测工业循环冷却水系统中的各水泵实时运行功率，其根据监测水泵电机运行的电压和电流得到水泵实时运行功率；
温度传感器（14）用于监测工业循环冷却水系统中的换热器冷却水进水温度、换热器冷却水出水温度、冷却水回塔温度、被冷却物料温度；
阀门开度传感器（15）用于监测工业循环冷却水系统中的各泵出口阀门开度、总管阀门开度、换热器冷却水进水阀门开度；
冷却塔内风机功率传感器（16）用于监测工业循环冷却水系统中的冷却塔内风机的运行功率，其根据监测风机电机运行的电压和电流得到冷却塔内风机的运行功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，其特征在于：所述数据传输系统（2）为有线数据传输系统或无线数据传输系统；优选无线数据传输系统，所述无线数据传输系统通过GPRS、3G、4G、WIFI、宽带等方式将数据实时传送，数据传输系统（2）为联系云端服务器（3）和循环水采集系统（1）的纽带，负责所有云端服务器（3）与循环水采集系统（1）、云端服务器（3）与终端设备（7）之间数据交换的传输任务。
4.根据权利要求1所述的一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，其特征在于：所述云专家处理系统（33）用于实时数据分类识别提取、历史数据按需提取、历史曲线绘制、同类别大数据对比分析处理、各工艺流程参数合理化建议、数据异常快速识别，具体而言包括以下处理方法：
（1）个性化定制式数据处理：从云存储系统（32）获取工业循环冷却水系统所处的地域、循环水系统用途、循环水系统规模、循环水系统各组件的选型、使用年限数据，统计分析并输出不同季节、不同工况点循环水系统个性化定制式的优化运行方案；
（2）大数据综合对比处理：按云存储系统（32）获取工业循环冷却水系统基本信息进行分类，对大量同类别工业循环冷却水系统的大数据进行综合分析对比，统计分析并输出优化运行方案；
（3）特定数据、特定方案快速提取处理：按终端设备（5）的请求，快速读取数据和/或输出优化运行方案。
5.根据权利要求1所述的一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，其特征在于：所述通知推送系统（4）包括定时通知推送模块（41）和应急通知推送模块（42）；所述定时通知推送模块（41）用于按预设时间和内容，自动形成通知内容并推送至终端设备（5）；所述应急通知推送模块（42）用于：（a）工业循环冷却水系统某组件、多个组件或系统运行参数连续异常，判定组件故障，自动形成通知内容并推送至终端设备（5）；（b）终端设备（5）向云端服务器（3）提出数据下载或者查询请求时，将数据推送至终端设备（5）。
6.根据权利要求1所述的一种基于云计算的工业循环冷却水系统监测系统，其特征在于：所述终端设备（5）为移动终端或非移动终端，包括手机、PDA、平板电脑、笔记本，其操作系统为windows操作系统、Android操作系统或IOS操作系统；终端设备（5）接收通知的方式包括APP实时查询、IE寻址、应急短信通知。
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