CN109030742A - 工业烟气污染物浓度超标预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了工业烟气污染物浓度超标预警系统，包括颗粒物监测模块，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于以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；烟气参数采集模块，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；分析模块，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

工业烟气污染物浓度超标预警系统

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及工业烟气污染物浓度超标预警系统。

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污染物浓度超标预警系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了工业烟气污染物浓度超标预警系统，包括颗粒物监测模块，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于以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；

烟气参数采集模块，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；

分析模块，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，所述颗粒物监测模块上连接有一探头，该探头安装在烟道中，以对烟道中颗粒物含量进行测量。

本发明的有益效果为：实现了对工业烟气的在线连续监测和超标预警，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污染物浓度超标预警系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的分析模块的结构示意框图。

附图标记：

颗粒物监测模块1、烟气参数采集模块2、分析模块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污染物浓度超标预警系统，包括颗粒物监测模块1，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于以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；

烟气参数采集模块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；

分析模块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，所述颗粒物监测模块1上连接有一探头，该探头安装在烟道中，以对烟道中颗粒物含量进行测量。

本发明上述实施例实现了对工业烟气的在线连续监测和超标预警，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，所述烟气参数采集模块包括汇聚节点和多个传感器节点，网络拓扑构建时传感器节点通过竞选操作选出簇头，并根据选举出的簇头进行分簇；簇头被配置为将簇内传感器节点采集的烟气参数数据汇总并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头汇总的烟气参数数据发送至监测中心4；簇头选择簇内的一个传感器节点作为中继节点；在数据传输阶段，簇内的其余传感器节点根据距离最近原则选择所述中继节点或者簇头作为发送烟气参数数据的目的节点；当所述中继节点接收到的烟气参数数据量达到其最大缓存时，中继节点将接收的烟气参数数据转发至簇头。

其中，每个传感器节点包括下列至少一种传感器：

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。

其中，所述的距离最近原则为：当与所述中继节点之间的距离更近时，传感器节点将采集的烟气参数数据发送至中继节点，当与簇头的距离更近时，传感器节点将采集的烟气参数数据发送至该簇头。

如果没有中继节点，簇内的传感器节点将不得不直接将烟气参数数据发送至簇头，这将因此较大的通信开销和拥塞。本实施例设定了中继节点的选择机制，通过中继节点的设置，一方面能够降低通信开销和拥塞，另一方面能够有效提高簇头汇总烟气参数数据的效率，并且能够分担簇头的负载，从而降低簇头的能耗。

在一个实施例中，簇头选择簇内的一个传感器节点作为中继节点，包括：

(1)簇头获取簇内各传感器节点的节点度，并根据各节点度确定节点度中值，其中传感器节点的节点度为位于该传感器节点通信范围内的邻居节点数目；簇头选择节点度大于所述节点度中值的簇内传感器节点作为备选节点，构建备选节点列表；

(2)簇头向各备选节点发送节点竞选消息，并记录各备选节点响应于该节点竞选消息的反馈时间；设任意备选节点j到簇头i的链路为L_ji，簇头按照下列公式进一步确定受到各链路L_ji干扰的传感器节点集合Ω(L_ji)，j＝1，...，n_i，n_i为簇头i的备选节点列表具有的备选节点数目：

式中，P_j为备选节点j的传输功率，α_ja为备选节点j到传感器节点a的功率损耗，P_a为传感器节点a的噪音功率，θ_min为预设的信噪比阈值；

(3)簇头按照下列公式计算各备选节点的竞选概率，将得到的竞选概率信息存入备选节点列表，并将竞选概率最大的备选节点作为初始的中继节点：

式中，P_ij为簇头i的备选节点j的竞选概率，t_ij为备选节点j响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间，为所有备选节点响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，为所述集合Ω(L_ji)具有的传感器节点数目；L_ki为簇头i的备选节点列表中第k个备选节点到簇头的链路，Ω(L_ki)为受到链路L_ki干扰的传感器节点集合，为所述集合Ω(L_ki)具有的传感器节点数目；λ₁、λ₂为设定的权重系数。

本实施例在进行中继节点选择时，通过节点度来筛选出备选节点，能够有效保障后续筛选出的中继节点可以较大范围地覆盖簇内的传感器节点，从而保障一定的数据收集效率；备选节点对簇头发送的节点竞选消息的响应时间反映了该备选节点处理任务的效率，而备选节点到簇头的链路所造成的干扰将会导致受干扰节点之间的通信冲突和数据重传，基于此，本实施例从消息响应时长和链路干扰程度两个标准出发，创新性地设定了备选节点的竞选概率。本实施例选择竞选概率最大的备选节点作为中继节点，相对于随机选择中继节点的方式，有益于保障所选择的中继节点能够可靠地完成烟气参数数据收集的任务，同时降低网络干扰，进一步提高了烟气参数数据收集的可靠性，提高了无线传感器网络的整体性能。

在一个实施例中，簇头按预设周期更新备选节点列表中的各备选节点的竞选概率信息，在每一次更新后以竞选概率最大的备选节点作为中继节点，从而实现中继节点的轮换，其中，设定竞选概率的更新公式为：

式中，P_ij ^a为在第a次更新时簇头i的备选节点j的竞选概率，P_ij ^a-1为在第a-1次更新时簇头i的备选节点j的竞选概率，σ为预设的第一权重影响因子，用于表示能量衰减对竞选概率的影响程度；为所述备选节点j在第a-1次更新时的剩余能量，为所述备选节点j在第a次更新时的剩余能量，E_j0为所述备选节点j的初始能量；β_i为所述备选节点j到目前为止充当中继节点的次数，β_max为预设次数阈值，σ₂为预设的第二权重影响因子，用于表示充当中继节点次数对竞选概率的影响程度。

本实施例设定了中继节点的轮换机制，其中根据能量衰减、充当中继节点次数对竞选概率的影响，创新性地提出了竞选概率的更新公式，本实施例通过对中继节点进行定期更新，且每次更新后以竞选概率最大的备选节点作为中继节点，有利于均衡簇内备选节点的能量消耗，从而延长无线传感器网络的生命周期。

在一个实施例中，簇头定期对备选节点列表中的各备选节点进行过滤操作，包括：

(1)判断各备选节点充当中继节点的次数是否达到预设次数阈值，对次数达到预设次数阈值的备选节点从备选节点列表中删除；

(2)判断各备选节点的当前剩余能量是否满足下列条件，对满足下列条件的备选节点从备选节点列表中删除：

式中，E_j为备选节点j的当前剩余能量，E_b为备选节点列表中第b个备选节点的当前剩余能量，ρ为备选节点列表具有的备选节点数目。

本实施例中簇头定期对备选节点列表中的各备选节点进行检测，对不符合设定条件的备选节点进行删除，能够有效节省中继节点的更新轮换时间，提高中继节点的筛选效率，进而节省工业烟气污染物浓度超标预警系统成本。

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 (6)

1.工业烟气污染物浓度超标预警系统，其特征是，包括：

颗粒物监测模块，由颗粒物测量仪及校零标准仪组成，用于以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；

烟气参数采集模块，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；

分析模块，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。

2.根据权利要求1所述的工业烟气污染物浓度超标预警系统，其特征是，所述颗粒物监测模块上连接有一探头，该探头安装在烟道中，以对烟道中颗粒物含量进行测量。

3.根据权利要求1所述的工业烟气污染物浓度超标预警系统，其特征是，所述烟气参数采集模块包括汇聚节点和多个传感器节点，网络拓扑构建时传感器节点通过竞选操作选出簇头，并根据选举出的簇头进行分簇；簇头被配置为将簇内传感器节点采集的烟气参数数据汇总并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头汇总的烟气参数数据发送至监测中心4；簇头选择簇内的一个传感器节点作为中继节点；在数据传输阶段，簇内的其余传感器节点根据距离最近原则选择所述中继节点或者簇头作为发送烟气参数数据的目的节点；当所述中继节点接收到的烟气参数数据量达到其最大缓存时，中继节点将接收的烟气参数数据转发至簇头。

4.根据权利要求3所述的工业烟气污染物浓度超标预警系统，其特征是，每个传感器节点包括下列至少一种传感器：

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。

5.根据权利要求3所述的工业烟气污染物浓度超标预警系统，其特征是，所述的距离最近原则为：当与所述中继节点之间的距离更近时，传感器节点将采集的烟气参数数据发送至中继节点，当与簇头的距离更近时，传感器节点将采集的烟气参数数据发送至该簇头。

6.根据权利要求3所述的工业烟气污染物浓度超标预警系统，其特征是，簇头选择簇内的一个传感器节点作为中继节点，包括：

(1)簇头获取簇内各传感器节点的节点度，并根据各节点度确定节点度中值，其中传感器节点的节点度为位于该传感器节点通信范围内的邻居节点数目；簇头选择节点度大于所述节点度中值的簇内传感器节点作为备选节点，构建备选节点列表；

(2)簇头向各备选节点发送节点竞选消息，并记录各备选节点响应于该节点竞选消息的反馈时间；设任意备选节点j到簇头i的链路为L_ji，簇头按照下列公式进一步确定受到各链路L_ji干扰的传感器节点集合Ω(L_ji)，j＝1，...，n_i，n_i为簇头i的备选节点列表具有的备选节点数目：

式中，P_j为备选节点j的传输功率，α_ja为备选节点j到传感器节点a的功率损耗，P_a为传感器节点a的噪音功率，θ_min为预设的信噪比阈值；

(3)簇头按照下列公式计算各备选节点的竞选概率，将得到的竞选概率信息存入备选节点列表，并将竞选概率最大的备选节点作为初始的中继节点：

式中，P_ij为簇头i的备选节点j的竞选概率，t_ij为备选节点j响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间，为所有备选节点响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，为所述集合Ω(L_ji)具有的传感器节点数目；L_ki为簇头i的备选节点列表中第k个备选节点到簇头的链路，Ω(L_ki)为受到链路L_ki干扰的传感器节点集合，为所述集合Ω(L_ki)具有的传感器节点数目；λ₁、λ₂为设定的权重系数。