CN108627202B - 工业烟气智能监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了工业烟气智能监测装置，包括颗粒物含量监测子系统，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于对烟道中颗粒物含量进行测量，并将监测结果传输到监测中心；数据采集子系统，用于采集烟气中的烟气参数数据，并将烟气参数数据传输到监测中心；气态污染物浓度分析子系统，用于由气态污染物采样器收集气态污染物样品，经过烟气预处理器进入气体控制器，在气体控制器内对不同组分的污染气体进行分类后进入气态污染物分析仪进行分析，得到各污染气体的浓度数据，并将浓度数据传送到监测中心；监测中心，用于对数据进行存储、显示和分析处理。

Description

工业烟气智能监测装置

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及工业烟气智能监测装置。

背景技术

随着全球工业化进程的飞速发展，环境污染和生态破坏日益严重引起了世界各国的高度重视。烟气监测系统可以连续、实时、在线监测污染源排放烟气中的颗粒污染物、气态污染物的浓度和排放总量，可以实现监测污染物排放总量的目标。基于目前国内污染源烟气排放的实际状况，国家对固定污染源大气污染物排放及监测要求日益严格，烟气排放连续监测的应用发展必将是大势所趋。

发明内容

针对上述问题，本发明提供工业烟气智能监测装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了工业烟气智能监测装置，包括颗粒物含量监测子系统，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于对烟道中颗粒物含量进行测量，并将监测结果传输到监测中心；

数据采集子系统，用于采集烟气中包括温度、压力、流量、湿度和氧含量在内的烟气参数数据，并将烟气参数数据传输到监测中心；

气态污染物浓度分析子系统，包括气态污染物采样器、烟气预处理器、气体控制器和气态污染物分析仪，由气态污染物采样器收集气态污染物样品，经过烟气预处理器进入气体控制器，在气体控制器内对不同组分的污染气体进行分类后进入气态污染物分析仪进行分析，得到各污染气体的浓度数据，并将浓度数据传送到监测中心；

监测中心，用于对所述监测结果、所述烟气参数数据和所述浓度数据进行存储、显示和分析处理，在所述监测结果、所述烟气参数数据或所述浓度数据超出对应设定的数据范围时执行报警。

优选地，所述颗粒物含量监测子系统上连接有一探头，该探头安装在烟道中，对烟道中颗粒物含量进行测量。

优选地，所述数据采集子系统包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点与监测中心通信，多个传感器节点通过分簇确定簇头节点，簇内的传感器节点将采集的烟气参数数据传送至对应的簇头节点，簇头节点将接收的烟气参数数据通过多跳路由的方式传输至汇聚节点。每个传感器节点内设有以下一种或多种传感器：

温度传感器、压力传感器、用于监测烟气流量的传感器、湿度传感器、用于监测氧含量的传感器。

本发明的有益效果为：实现了对工业烟气的在线连续监测，且提高了系统的自动化程度、减少了维护工作量，使系统稳定性好，数据处理快速方便。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的工业烟气智能监测装置的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的气态污染物浓度分析子系统的结构示意框图。

附图标记：

颗粒物含量监测子系统1、数据采集子系统2、气态污染物浓度分析子系统3、监测中心4、气态污染物采样器10、烟气预处理器20、气体控制器30、气态污染物分析仪40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本发明实施例提供了工业烟气智能监测装置，包括颗粒物含量监测子系统1，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于对烟道中颗粒物含量进行测量，并将监测结果传输到监测中心4；

数据采集子系统2，用于采集烟气中包括温度、压力、流量、湿度和氧含量在内的烟气参数数据，并将烟气参数数据传输到监测中心4；

气态污染物浓度分析子系统3，包括气态污染物采样器10、烟气预处理器20、气体控制器30和气态污染物分析仪40，由气态污染物采样器10收集气态污染物样品，经过烟气预处理器20进入气体控制器30，在气体控制器30内对不同组分的污染气体进行分类后进入气态污染物分析仪40进行分析，得到各污染气体的浓度数据，并将浓度数据传送到监测中心4；

监测中心4，用于对所述监测结果、所述烟气参数数据和所述浓度数据进行存储、显示和分析处理，在所述监测结果、所述烟气参数数据或所述浓度数据超出对应设定的数据范围时执行报警。

在一种实施方式中，所述颗粒物含量监测子系统1上连接有一探头，该探头安装在烟道中，对烟道中颗粒物含量进行测量。

在一种实施方式中，所述数据采集子系统包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点与监测中心通信，多个传感器节点通过分簇确定簇头节点，簇内的传感器节点将采集的烟气参数数据传送至对应的簇头节点，簇头节点将接收的烟气参数数据通过多跳路由的方式传输至汇聚节点。其中，每个传感器节点内设有以下一种或多种传感器：

温度传感器、压力传感器、用于监测烟气流量的传感器、湿度传感器、用于监测氧含量的传感器。

本发明上述实施例实现了对工业烟气的在线连续监测，且提高了系统的自动化程度、减少了维护工作量，使系统稳定性好，数据处理快速方便。

在一种实施方式中，在数据传输阶段，簇头节点根据簇内传感器节点发送的烟气参数数据定期计算对应传感器节点的可靠程度反馈值，并根据可靠程度反馈值更新所述对应传感器节点的可靠程度，其中簇头节点设置簇内的各传感器节点的初始可靠程度为1；当传感器节点的当前可靠程度低于预设可靠程度阈值E_min时，簇头节点将该传感器节点当前发送的烟气参数数据删除。

本实施例中，当传感器节点的当前可靠程度低于预设可靠程度阈值，簇头节点将该传感器节点当前发送的烟气参数数据删除，有利于避免不可信的传感器节点对数据收集造成不利的影响，从而有益于提高所收集的烟气参数数据的质量，进一步提高烟气参数数据的可靠性。

其中，设定所述可靠程度反馈值的计算公式为：

式中，

表示簇头节点i在第h次计算的簇内传感器节点j的可靠程度反馈值，Z_j为所述传感器节点j的当前剩余能量，Z_j0为所述传感器节点j的初始能量，S_ij为簇头节点i与所述传感器节点j的距离，X_i为所述簇头节点i对应的簇半径，q_j为簇头节点i在当次接收到的所述传感器节点j发送的烟气参数数据，

为簇头节点i在当次接收到的簇内所有传感器节点发送的烟气参数数据的均值，k为反馈因子，当

时，k＝1，当

时，k＝-1；h₁、h₂为设定的权重系数，且h₁+h₂＝1。

由于在数据传输过程中受到外界干扰或者传感器节点本身的原因，传感器节点向簇头节点发送的烟气参数数据的质量是不可控的。为了保证烟气参数数据的质量，本实施例提出了传感器节点的可靠程度评判机制来确定传感器节点的可靠程度，通过可靠程度来衡量传感器节点所发送的烟气参数数据的质量。本实施例提出了可靠程度反馈值的计算公式，该计算公式根据簇内传感器节点的能量、位置以及所采集的烟气参数数据计算该传感器节点当前的可靠程度反馈值，计算简单便捷，且计算出的可靠程度反馈值能够较好地衡量传感器节点的可靠程度。

在一种实施方式中，簇头节点根据按照下列公式更新所述对应传感器节点的可靠程度：

式中，

表示簇头节点i在第h次更新的簇内传感器节点j的可靠程度，

表示簇头节点i在第h-1次更新的簇内传感器节点j的可靠程度，

为簇头节点i在第h次计算的簇内传感器节点j的可靠程度反馈值；f为预设的可靠程度变化因子，用于决定传感器节点在一次更新得到/失去的可靠程度值。

本实施例提出了可靠程度更新公式，根据该计算公式可知，传感器节点的可靠程度是根据其历史行为进行量化累加的值。

本实施例根据该计算公式更新传感器节点的可靠程度，能够使得历史行为较好的传感器节点的可靠程度上升得较慢，使得历史行为不好的传感器节点的可靠程度下降得快，加大了可靠程度在烟气参数数据收集方面的影响程度。

在一种实施方式中，簇头节点根据历史可靠程度数据定期对簇内各传感器节点进行检测，若簇内任意传感器节点j满足下列条件，则簇头节点向该传感器节点j发送休眠指令，收到该休眠指令的传感器节点即进入休眠：

式中，

表示簇头节点i在第h次更新的簇内传感器节点j的可靠程度，E_min为所述预设可靠程度阈值，b为更新总次数。

本实施例中簇头节点根据历史可靠程度数据定期对簇内各传感器节点进行检测，对历史可靠程度情况不符合设定条件的传感器节点进行休眠，一方面能够有效防止可靠程度低的传感器节点对数据收集造成不利的影响，提高所收集的烟气参数数据的质量，另一方面能够有效节省烟气参数数据传输的能量消耗，节省工业烟气实时无线监测装置在烟气参数数据采集方面的成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.工业烟气智能监测装置，其特征是，包括：

颗粒物含量监测子系统，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于对烟道中颗粒物含量进行测量，并将监测结果传输到监测中心；

数据采集子系统，用于采集烟气中包括温度、压力、烟气流量、湿度和氧含量在内的烟气参数数据，并将烟气参数数据传输到监测中心；

气态污染物浓度分析子系统，包括气态污染物采样器、烟气预处理器、气体控制器和气态污染物分析仪，由气态污染物采样器收集气态污染物样品，经过烟气预处理器进入气体控制器，在气体控制器内对不同组分的污染气体进行分类后进入气态污染物分析仪进行分析，得到各污染气体的浓度数据，并将浓度数据传送到监测中心；

监测中心，用于对所述监测结果、所述烟气参数数据和所述浓度数据进行存储、显示和分析处理，在所述监测结果、所述烟气参数数据或所述浓度数据超出对应设定的数据范围时执行报警；所述数据采集子系统包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点与监测中心通信，多个传感器节点通过分簇确定簇头节点，簇内的传感器节点将采集的烟气参数数据传送至对应的簇头节点，簇头节点将接收的烟气参数数据通过多跳路由的方式传输至汇聚节点；在数据传输阶段，簇头节点根据簇内传感器节点发送的烟气参数数据定期计算对应传感器节点的可靠程度反馈值，并根据可靠程度反馈值更新所述对应传感器节点的可靠程度，其中簇头节点设置簇内的各传感器节点的初始可靠程度为1；当传感器节点的当前可靠程度低于预设可靠程度阈值E_min时，簇头节点将该传感器节点当前发送的烟气参数数据删除；其中，设定所述可靠程度反馈值的计算公式为：

式中，

表示簇头节点i在第h次计算的簇内传感器节点j的可靠程度反馈值，Z_j为所述传感器节点j的当前剩余能量，Z_j0为所述传感器节点j的初始能量，S_ij为簇头节点i与所述传感器节点j的距离，X_i为所述簇头节点i对应的簇半径，q_j为簇头节点i在当次接收到的所述传感器节点j发送的烟气参数数据，

为簇头节点i在当次接收到的簇内所有传感器节点发送的烟气参数数据的均值，k为反馈因子，当

时，k＝1，当

时，k＝-1；h₁、h₂为设定的权重系数，且h₁+h₂＝1。

2.根据权利要求1所述的工业烟气智能监测装置，其特征是，所述颗粒物含量监测子系统上连接有一探头，该探头安装在烟道中，对烟道中颗粒物含量进行测量。

3.根据权利要求1所述的工业烟气智能监测装置，其特征是，每个传感器节点内设有以下一种或多种传感器：

温度传感器、压力传感器、用于监测烟气流量的传感器、湿度传感器、用于监测氧含量的传感器。

4.根据权利要求1所述的工业烟气智能监测装置，其特征是，簇头节点根据按照下列公式更新所述对应传感器节点的可靠程度：

式中，

表示簇头节点i在第h次更新的簇内传感器节点j的可靠程度，

表示簇头节点i在第h-1次更新的簇内传感器节点j的可靠程度，

为簇头节点i在第h次计算的簇内传感器节点j的可靠程度反馈值；f为预设的可靠程度变化因子，用于决定传感器节点在一次更新得到/失去的可靠程度值。

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