CN106970563B - 一种生物质颗粒机远程监控系统 - Google Patents

Abstract

一种生物质颗粒机远程监控系统，属于颗粒机技术领域。本发明包括远程终端、检测模块、以及分别与远程终端和检测模块通信连接的中央处理模块，检测模块包括具有易燃气体检测电路、烟雾检测电路、温度检测电路的环境检测单元，以及具有齿轮轴承转速检测机构的运行检测单元；中央处理模块包括控制生物质颗粒机运行状态的控制单元及报警单元；控制单元分别与报警单元、远程终端、检测模块连接。本发明实现PLC电脑远程监控、短信报警、远程控制维护、远程催款等，解决了现有生物质颗粒机加工时人工无法及时有效监管的问题，提高了生产效率，降低了人工成本，使用户体验更人性化。

Description

一种生物质颗粒机远程监控系统

技术领域

本发明涉及颗粒机技术领域，尤其涉及一种生物质颗粒机远程监控系统。

背景技术

生物质颗粒机能将农林加工的废弃物如木屑、竹屑、秸秆、稻壳、树皮等生物质为原料，通过预处理和加工，将其固化成形为高密度的颗粒燃料，是替代煤油的理想燃料，既能节约能源又能减少排放，具有良好的经济效益和社会效益。是一种高效、洁净的可再生能源。

在生物质颗粒机生产过程中，由于工作环境粉尘多、轴承间隙调整过小、轴承润滑效果差、轴承表面粗糙，使得轴承在低精度、高转速下工作，增加旋转阻力，轴承发热。一旦温度过高，就需要停车进行检修，否则会影响生物质颗粒机的寿命，缩短轴承使用周期。另外，生物质颗粒机的工作环境温度、燃烧气体浓度对生物质颗粒机成品燃烧是否容易结焦有很大影响。而目前工厂仅靠人工的管理、监测，未利用智能化系统进行实时监测，也未对不同因素引起的温度升高的问题进行统一解决。

实用新型专利CN203464256U公开了一种生物质颗粒燃烧机，其利用温度传感器、重力传感器、点火监控仪、控制装置实现了点火、温度的自动化控制，但未能实现远程实时监控和及时维护，并未对引起温度升高的因素进行排查、预警。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能实时监测、控制生物质颗粒机的运行状态、及时告警用户进行维护的生物质颗粒机远程监控系统。

本发明提供一种生物质颗粒机远程监控系统，包括远程终端、检测模块、以及分别与所述远程终端和所述检测模块通信连接的中央处理模块，

所述检测模块包括：

环境检测单元，包括易燃气体检测电路、烟雾检测电路、温度检测电路；

所述易燃气体检测电路包括气体传感器、分别与所述气体传感器和中央处理模块连接的第一信号转换电路；

所述烟雾检测电路包括烟雾传感器、分别与所述烟雾传感器和中央处理模块连接的第二信号转换电路；

所述温度检测电路包括温度传感器、分别与温度传感器和中央处理模块连接的第三信号转换电路；其中，所述温度传感器包括用于检测生物质颗粒机大齿轮轴承温度或小齿轮轴承温度或齿轮油油温的温度传感器，或包括上述两者或三者组合的多个温度传感器；以及

运行检测单元，包括齿轮轴承转速检测机构、分别与齿轮轴承转速检测机构和中央处理模块连接的第四信号转换电路；

所述中央处理模块包括：

控制单元， 用于控制生物质颗粒机运行状态；

报警单元，包括一级预警电路、二级预警电路、三级预警电路；所述烟雾检测电路连接所述一级预警电路；所述易燃气体检测电路和所述温度检测电路分别连接所述二级预警电路，所述温度检测电路和所述运行检测单元分别连接所述三级预警电路；

所述控制单元分别与所述报警单元、所述远程终端、所述检测模块连接。

该生物质颗粒机远程监控系统是通过GPRS作为通讯方式实现的，可实时远程监查生物质颗粒机运行时的农林废弃物，如木屑燃烧时的烟雾、温度、可燃气体浓度等情况，以避免燃烧不完全或燃烧产生火情或机器故障，及时远程控制生物质颗粒机的运行状态，在出现异常情况时远程启停生物质颗粒机、发送报警信号、提醒用户及时维护。

作为优选，所述控制单元包括由所述报警单元触发的短信模块。

作为优选， 所述第一信号转换电路包括与所述气体传感器 连接的第一电阻R1、第一电容C1、第一模数转换器、与第一模数转换器连接的第一运算放大器及其外围电路。

作为优选，所述第二信号转换电路包括第十电阻、第十一电阻、可变电阻、第一三极管、第四电容、第五电容、第六电容、第十三电阻、第一二极管、检测芯片；所述烟雾传感器分别连接检测芯片和电源端；所述检测芯片分别经第五电容、第十一电阻连接可变电阻，所述检测芯片依次经所述第十三电阻、第六电容连接所述可变电阻，所述可变电阻经所述第十电阻连接电源端；所述电源端分别经所述第四电容、所述第一二极管接地。

作为优选，所述烟雾传感器由包括第二二极管、第三二极管、第一三极管、第七电容、第十四电阻、第十二电阻、第十五电阻的光电检测电路构成；所述第二二极管的阳极和第十四电阻的一端分别连接所述第五电容，所述第二二极管的阴极和所述第十四电阻的另一端分别连接所述检测芯片；所述检测芯片连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极经所述第十二电阻与所述电源端连接、还经所述第七电容接地，所述第一三极管的发射极经所述第十五电阻接地。

作为优选，所述齿轮轴承转速检测机构包括接近开关或光电开关或编码器、及上述各自的外围电路。

作为优选，所述一级预警电路包括烟雾比较器、第一开关电路、声光报警器及其外围电路；所述烟雾比较器一输入端与所述烟雾检测电路连接，另一输入端设有第一阈值，所述烟雾比较器的输出端经所述第一开关电路连接第一声光报警器。

作为优选，生物质颗粒机设有受所述控制单元动作的风路开关，用以在控制单元接收到声光报警信号时断开风路开关。

作为优选，所述二级预警电路包括第一温度比较器、气体浓度比较器、第二开关电路、第二声光报警器、第三开关电路、第三声光报警器；所述第一温度比较器的一输入端与所述温度检测电路连接，另一输入端设有第二阈值；所述第一温度比较器的输出端经所述第二开关电路分别连接所述气体浓度比较器、第二声光报警器；所述气体浓度比较器的一输入端连接所述易燃气体检测电路，另一输入端设有第三阈值，所述气体浓度比较器的输出端经所述第三开关电路分别连接所述控制单元、所述第三声光报警器。

作为优选，所述三级预警电路包括第二温度比较器、转速比较器、第四开关电路、第四声光报警器、第五开关电路；所述第二温度比较器的一输入端与所述温度检测电路连接，另一输入端设有第二阈值；所述第二温度比较器的输出端经所述第四开关电路分别连接所述转速比较器、所述第二声光报警器；所述转速比较器的一输入端连接所述运行检测单元，另一输入端设有第四阈值，所述转速比较器的输出端经所述第五开关电路分别连接所述控制单元、所述第四声光报警器。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种生物质颗粒机远程监控系统，功能完善，可实现PLC电脑远程监控、短信报警、远程控制维护、远程催款等。该发明解决了现有生物质颗粒机加工时人工无法及时有效监管的问题，提高了生物质颗粒机运行生产效率，降低了人工成本，使用户体验更人性化。

附图说明

图1为本发明一种生物质颗粒机远程监控系统的系统框图；

图2为图1中易燃气体检测电路的第一信号转换电路的电路图；

图3为图1中烟雾检测电路的第二信号转换电路的电路图；

图4为图1中二级预警电路的电路原理图；

图5为图1中三级预警电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种生物质颗粒机远程监控系统，其适用于对现有生物质颗粒机进行实时监控，实时报警维护。

如图1，该系统包括远程终端、检测模块、中央处理模块，所述中央处理模块经所述检测模块采集生物质颗粒机实时信号，并通过网络GPRS通信传输给远程终端，其中远程终端可以为PC监控端，其上安装有任意组态软件，设置有GRM OPC 服务器，也可以是云端服务器，PC监控端通过云端服务器共享信息。

所述检测模块包括用于检测生物质颗粒机工作运行时周边环境状况的环境监测单元、以及生物质颗粒机工作运行状态的运行检测单元。一般，生物质燃料的燃烧要经历四个步骤：第一阶段温度在20-200摄氏度，第二阶段温度在200-500摄氏度，第三阶段温度在500-850摄氏度，第四阶段温度在850-1300摄氏度。生物质颗粒机成品在燃烧时容易结焦，检测空气中烟雾是对燃烧充分性的一种检测；生物质颗粒机成品在形成过程中存在易燃气体，若浓度过大，则会产生不必要的燃烧、甚至爆炸。为此，所述环境检测单元具体包括易燃气体检测电路、烟雾检测电路、温度检测电路。

如图2，所述易燃气体检测电路包括气体传感器、第一信号转换电路。所述气体传感器用以采集易燃气体浓度，经第一信号转换电路将采集的模拟量转换为电压信号的数字量，并发送给所述中央处理模块。所述第一信号转换电路包括第一电阻R1、第一电容C1、第一模数转换器、第一运算放大器及其外围电路。气体传感器分别经第一电阻R1、C1、第一模数转换器连接第一运算放大器，采集到的气体浓度模数转换、信号放大、过滤处理后输出给中央处理模块。其中，气体传感器设置于生物质颗粒机靠近燃烧室的位置。

如图3，所述烟雾检测电路包括烟雾传感器、第二信号转换电路。所述烟雾传感器用以采集烟雾浓度，经第二信号转换电路将采集的模拟量转换为电压信号的数字量，并发送给所述中央处理模块。所述第二信号转换电路包括第十电阻R10、第十一电阻R11、可变电阻R、第一三极管Q1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第十三电阻R13、第一二极管D1、检测芯片ICO。烟雾传感器分别连接检测芯片和电源端。所述检测芯片分别经第五电容C5、第十一电阻R11连接可变电阻R，所述检测芯片ICO依次经所述第十三电阻R13、第六电容C6连接所述可变电阻R，所述可变电阻R经所述第十电阻R10连接电源端；所述电源端分别经所述第四电容C4、所述第一二极管D1接地。

所述烟雾传感器由光电检测电路构成，所述光电检测电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第一三极管Q1、第七电容C7、第十四电阻R14、第十二电阻R12、第十五电阻R15。所述第二二极管D2的阳极和第十四电阻R14的一端分别连接所述第五电容C5，所述第二二极管D2的阴极和所述第十四电阻R14的另一端分别连接所述检测芯片ICO。所述检测芯片ICO连接所述第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的集电极连接所述第三二极管D3的阴极，所述第三二极管D3的阳极经所述第十二电阻R12与所述电源端连接、还经所述第七电容C7接地，所述第一三极管Q1的发射极经所述第十五电阻R15接地。其中，所述第五电容C5为外接电容，烟雾检测电路内部通过其形成放大器的高倍电压反馈电路。所述第六电容C6，烟雾检测电路内部通过其形成放大器的低倍电压反馈电路。检测芯片ICO还可在其他引脚处直接设置蜂鸣报警，以发送脉冲的方式每隔一定周期启动蜂鸣报警器。

所述温度检测电路，利用温度传感器检测生物质颗粒机大齿轮轴承温度或小齿轮轴承温度或齿轮油油温的温度，或对上述任意两个或三个组合进行多方面温度检测。温度传感器将采集到的温度信号经模数转化后输出电压信号至中央处理模块。

生物质颗粒机运行的状态也是本系统监测目标之一，以实时、高效监控生物质颗粒机运行。所述运行检测单元包括齿轮轴承转速检测机构，该机构可以为接近开关或光电开关或编码器及上述各自的外围电路。齿轮轴承转速检测机构检测转速，确定齿轮轴承旋转是否异常，过高会导致温度上升，齿轮轴承损耗过大，存在安全隐患。

检测模块分别对环境状态和运行状态检测后，传输至中央处理模块。所述中央处理模块包括控制单元、报警单元。所述报警单元包括一级预警电路、二级预警电路、三级预警电路。所述烟雾检测电路连接所述一级预警电路，所述易燃气体检测电路和所述温度检测电路分别连接所述二级预警电路，所述温度检测电路和所述运行检测单元分别连接所述三级预警电路，所述一级预警电路、所述二级预警电路、所述三级预警电路分别连接所述控制单元，经控制单元发送预警信号给控制单元、远程终端，远程终端可通过控制单元对报警信号做出反馈，如通过短信模块发送报警短信至维护人员手机，告警设备的开关状态、设备温度；亦可控制生物质颗粒机的运行状态。

所述一级预警电路包括烟雾比较器、第一开关电路、声光报警器及其外围电路。所述烟雾比较器一输入端与所述烟雾检测电路连接，另一输入端设有第一阈值，所述烟雾比较器的输出端经所述第一开关电路连接第一声光报警器。当检测到的烟雾信号电压低于第一阈值时，第一开关电路接收到低电平而不导通；当检测到的烟雾信号电压高于第一阈值时，第一开关电路接收到高电平导通，第一声光报警器报警，同时报警信号经控制单元传至远程终端。所述控制单元收到报警信号，可控制设于生物质颗粒机上的风路开关，断开风路开关，停止向燃烧室内送风。

如图4，所述二级预警电路包括第一温度比较器、气体浓度比较器、第二开关电路、第二声光报警器、第三开关电路、第三声光报警器。所述第一温度比较器的一输入端与所述温度检测电路连接，另一输入端设有第二阈值。所述第一温度比较器的输出端经所述第二开关电路分别连接所述气体浓度比较器、第二声光报警器。所述气体浓度比较器的一输入端连接所述易燃气体检测电路，另一输入端设有第三阈值，所述气体浓度比较器的输出端经所述第三开关电路分别连接所述控制单元、所述第三声光报警器。当温度升高，未超过第二阈值时，如第二阈值为500度，检测到温度为400度，此时生物质挥发、燃烧，仅利用第二声光报警器告知用户生物质加工燃烧进行第二阶段；当超过第二阈值时，且仍在第二阶段燃烧时，进行气体浓度检测，若低于第三阈值，则气体浓度未达到危险值但气体浓度有点高，利用第三声光报警器告警，若高于第三阈值，则气体浓度达到危险值，需要立刻通过控制单元对生物质颗粒机采取紧急处理措施，如马上关闭生物质颗粒机，断开其电源。由此判断可确定，温度升高与气体浓度有关。为了精确检测温度的范围，可设置多个比较器进行多阈值精确检测。

如图5，所述三级预警电路包括第二温度比较器、转速比较器、第四开关电路、第四声光报警器、第五开关电路；所述第二温度比较器的一输入端与所述温度检测电路连接，另一输入端设有第二阈值；所述第二温度比较器的输出端经所述第四开关电路分别连接所述转速比较器、所述第二声光报警器；所述转速比较器的一输入端连接所述运行检测单元，另一输入端设有第四阈值，所述转速比较器的输出端经所述第五开关电路分别连接所述控制单元、所述第四声光报警器。当温度升高，未超过第二阈值时，如第二阈值为500度，检测到温度为400度，此时生物质挥发、燃烧，仅利用第二声光报警器告知用户生物质加工燃烧进行第二阶段；当超过第二阈值时，且仍在第二阶段燃烧时，进行生物质颗粒机转速检测，若低于第四阈值，则生物质颗粒机轴承运行速率有点高但未达到危险数值，利用第四声光报警器告警，若高于第四阈值，则运行速率过高，需要立刻通过控制单元对生物质颗粒机采取紧急处理措施，如马上关闭生物质颗粒机，断开其电源，或降低速率。由此判断可确定，温度升高与轴承转速有关，需要停机维护。

上述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路，由MOS管、电阻构成的，根据MOS管的导通特性连接，采用现有的开关电路，在此不再赘述。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种生物质颗粒机远程监控系统，包括远程终端、检测模块、以及分别与所述远程终端和所述检测模块通信连接的中央处理模块，其特征在于，

所述检测模块包括：

环境检测单元，包括易燃气体检测电路、烟雾检测电路、温度检测电路；

所述易燃气体检测电路包括气体传感器、分别与所述气体传感器和中央处理模块连接的第一信号转换电路；

所述烟雾检测电路包括烟雾传感器、分别与所述烟雾传感器和中央处理模块连接的第二信号转换电路；

所述温度检测电路包括温度传感器、分别与温度传感器和中央处理模块连接的第三信号转换电路；其中，所述温度传感器包括用于检测生物质颗粒机大齿轮轴承温度或小齿轮轴承温度或齿轮油油温的温度传感器，或包括上述任意两者或三者组合的多个温度传感器；以及

运行检测单元，包括齿轮轴承转速检测机构、分别与齿轮轴承转速检测机构和中央处理模块连接的第四信号转换电路；

所述中央处理模块包括：

控制单元， 用于控制生物质颗粒机运行状态；

报警单元，包括一级预警电路、二级预警电路、三级预警电路；所述烟雾检测电路连接所述一级预警电路；所述易燃气体检测电路和所述温度检测电路分别连接所述二级预警电路，所述温度检测电路和所述运行检测单元分别连接所述三级预警电路；

所述一级预警电路包括烟雾比较器、第一开关电路、声光报警器及其外围电路；所述烟雾比较器一输入端与所述烟雾检测电路连接，另一输入端设有第一阈值，所述烟雾比较器的输出端经所述第一开关电路连接第一声光报警器；生物质颗粒机设有受所述控制单元动作的风路开关，用以在控制单元接收到声光报警信号时断开风路开关；

所述二级预警电路包括第一温度比较器、气体浓度比较器、第二开关电路、第二声光报警器、第三开关电路、第三声光报警器；所述第一温度比较器的一输入端与所述温度检测电路连接，另一输入端设有第二阈值；所述第一温度比较器的输出端经所述第二开关电路分别连接所述气体浓度比较器、第二声光报警器；所述气体浓度比较器的一输入端连接所述易燃气体检测电路，另一输入端设有第三阈值，所述气体浓度比较器的输出端经所述第三开关电路分别连接所述控制单元、所述第三声光报警器；

生物质加工燃烧的四个阶段包括温度在20-200摄氏度的第一阶段，温度在200-500摄氏度的第二阶段，温度在500-850摄氏度的第三阶段，温度在850-1300摄氏度的第四阶段；

当温度升高，温度未超过第二阈值时，第二声光报警器告警生物质加工燃烧处于四个阶段中的一个阶段；当温度超过第二阈值时，且仍在当前阶段燃烧时，进行气体浓度检测，若气体浓度低于第三阈值，第三声光报警器告警生物质燃烧的气体浓度未达到危险值但气体浓度高，若气体浓度高于第三阈值，气体浓度达到危险值，控制单元断开生物质颗粒机电源；

所述三级预警电路包括第二温度比较器、转速比较器、第四开关电路、第四声光报警器、第五开关电路；所述第二温度比较器的一输入端与所述温度检测电路连接，另一输入端设有第二阈值；所述第二温度比较器的输出端经所述第四开关电路分别连接所述转速比较器、所述第二声光报警器；所述转速比较器的一输入端连接所述运行检测单元，另一输入端设有第四阈值，所述转速比较器的输出端经所述第五开关电路分别连接所述控制单元、所述第四声光报警器；

当温度升高，温度未超过第二阈值时，第二声光报警器告警生物质加工燃烧处于四个阶段中的一个阶段；当温度超过第二阈值时，且仍在当前阶段燃烧时，进行生物质颗粒机转速检测，若转速低于第四阈值，第四声光报警器告警生物质颗粒机轴承运行速率高但未达到危险数值，若转速高于第四阈值，生物质颗粒机轴承运行速率高，控制单元断开生物质颗粒机电源或降低生物质颗粒机速率；

所述控制单元分别与所述报警单元、所述远程终端、所述检测模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种生物质颗粒机远程监控系统，其特征在于，所述控制单元包括由所述报警单元触发的短信模块。

3.根据权利要求1所述的一种生物质颗粒机远程监控系统，其特征在于，所述第一信号转换电路包括与所述气体传感器连接的第一电阻（R1）、第一电容（C1）、第一模数转换器、与第一模数转换器连接的第一运算放大器及其外围电路。

4.根据权利要求1所述的一种生物质颗粒机远程监控系统，其特征在于，所述第二信号转换电路包括第十电阻、第十一电阻、可变电阻、第一三极管、第四电容、第五电容、第六电容、第十三电阻、第一二极管、检测芯片；所述烟雾传感器分别连接检测芯片和电源端；所述检测芯片分别经第五电容、第十一电阻连接可变电阻，所述检测芯片依次经所述第十三电阻、第六电容连接所述可变电阻，所述可变电阻经所述第十电阻连接电源端；所述电源端分别经所述第四电容、所述第一二极管接地。

5.根据权利要求4所述的一种生物质颗粒机远程监控系统，其特征在于，所述烟雾传感器由包括第二二极管、第三二极管、第一三极管、第七电容、第十四电阻、第十二电阻、第十五电阻的光电检测电路构成；所述第二二极管的阳极和第十四电阻的一端分别连接所述第五电容，所述第二二极管的阴极和所述第十四电阻的另一端分别连接所述检测芯片；所述检测芯片连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极经所述第十二电阻与所述电源端连接、还经所述第七电容接地，所述第一三极管的发射极经所述第十五电阻接地。

6.根据权利要求1所述的一种生物质颗粒机远程监控系统，其特征在于，所述齿轮轴承转速检测机构包括接近开关或光电开关或编码器、及上述各自的外围电路。