CN109471388A - 基于td-lte通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统 - Google Patents

基于td-lte通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统 Download PDF

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高靖
张明理
潘霄
王义贺
王春生
李占军
张子信
许鉴
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Abstract

本发明提供一种基于TD‑LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，涉及热电联产机组状态监测技术领域。该远程监测系统包括数据监测单元、Rs485总线、采集终端、TD‑LTE基站、监测主站，是一个完整的热电联产机组状体体系，负责现场采集的热电联产机组运行数据的采集、接收、传输、分析、处理、显示、存储、报警等。本发明采用TD‑LTE高速无线网络传输给远端，使远端监测中心能够实时了解机组出力运行情况，为机组调整生产状态提供依据，能够有效提高热电联产机组的发电管理、供热管理，起到电网调峰，保证安全生产等作用。

Description

基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统
技术领域
本发明涉及热电联产机组状态监测技术领域，尤其涉及一种基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统。
背景技术
热电联产是发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。热电联产将电厂发电后废弃的蒸汽等热量加以再利用，为工业生产或城市供暖热网提供廉价的热能，大大提高热效率。热电联产的蒸汽没有冷源损失，所以能将热效率提高到85％，比大型凝汽式机组还要高得多。热电联产不仅大量节能，而且可以改善环境条件，提高居民生活水平。但热电联产把电厂的发电与用户的用热紧密联系，降低了灵活性，同时也增加了电厂的投资。因此，只有对城市规划和集中供热区作统筹安排，在热负荷充分保证的条件下，才能收到良好的综合效益。
现实情况中，热电联产机组的运行工况受负荷约束较大，这主要由于目前往往采用“以热定电”的调度模式，热负荷仅仅由热电联产的热出力，确定了热负荷约束后，热电机组出力随之确定，导致机组调峰能力下降。为了加强对发电厂“以热定电”的管理，进一步促进热电联产机组建设的健康发展，需要能够随时根据监测数据，对热电厂生产计划进行管理及调整。并且传统的采集终端进行远程数据传输时采用GPRS无线通讯技术，导致传输速率低下等问题，有必要研发一种新的热电联产机组状态远程监测系统，使管理人员能够随时监测机组当前产出的电能、热能等运行数据情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，采用TD-LTE高速无线网络将热电联产机组生产现场数据传输给远端，使远端监测中心能够实时了解机组出力运行情况，为机组调整生产状态提供依据，能够有效提高热电联产机组的发电管理、供热管理，起到电网调峰，保证安全生产等作用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，包括数据监测单元、 Rs485总线、采集终端、TD-LTE基站、监测主站；
所述数据监测单元，安装在热电联产机组的各个关键部位，用于实时将部署在热电联产机组上的传感器采集的生产现场实时数据进行数据格式化、精度处理、数据类别标识、数据合理性校验操作，然后通过Rs485总线输送给采集终端；生产现场实时数据包括热电联产机组负荷、发电量、发热量、蒸汽压力及温度；
所述采集终端，在每台热电联产机组均安装一台，用于接收数据监测单元输送的生产现场实时数据，并对生产现场实时数据进行对比分析，与采集终端内部设定的负荷、电量、热量、压力、温度阈值参数比较，如果超越参数阈值范围，通过设备进行声光报警，将处理后的结果数据通过无线网络传输给TD-LTE基站，同时将报警信息以事件方式通过网络上报；
所述TD-LTE基站用于实现采集终端的无线信号接入TD-LTE无线网络，还用于将无线网络与有线网络连接，最终通过有线网络接入互联网，使采集终端的输出数据传输给远方的监测主站；
所述监测主站，监测主站用于通过互联网与采集终端通讯，获取热电联产机组运行数据，并向采集终端下发查询和控制指令，用于对实时数据、历史数据的查询，并对采集终端进行阈值参数修订、开关机、采集精度调整的控制；同时，监测主站中存储有数据监测分析系统软件，对采集终端的输出数据进行详细分析，进一步分析数据数值合理性、通过计算机存储的大量历史数据进行对比分析，然后将数据存储到计算机管理系统对应的机组数据库中，并生成人性化的报表、曲线、图标、数据列表、统计分析结果，并且监测主站提供基于WEB 技术的UI，监测人员通过监测计算机浏览器访问web服务系统，查看采集终端的统计分析结果，通过该结果，按照统一规划及当前机组数据进行发电策略优化调整。
进一步地，所述数据监测单元包括专用监测单元、现场智能仪表、DCS中的一种或几种，用于完成机组各个关键部位的数据采集，均通过现场485总线与采集终端相连接；所述现场智能仪表包括热电偶、热电阻、温度变送器、压力变送器、差压变送器、功率计、氧量分析仪、微压变送器；现场智能仪表输出为电流电压信号，通过控制电缆、补偿导线将电流、电压信号传送到采集终端。
进一步地，所述专用监测单元是一个基于ARM架构MCU的嵌入式设备，其内部集成传感器模块、数据采集模块、MCU中央处理单元、Rs485通讯模块；所述传感器模块用于从部署在热电联产机组上的传感器接收采集到的生产现场实时数据；所述数据采集模块，对经由传感器模块获取到的生产现场实时数据的模拟信号进行AD转换，然后通过专用监测单元内部的串行总线UART传输给MCU中央处理单元；所述MCU中央处理单元，用于将生产现场实时数据进行数据格式化、精度处理、数据类别标识、数据合理性校验操作；在MCU中央处理单元内部程序处理完成后，将处理后的生产现场实时数据通过Rs485通讯模块连接现场Rs485总线传输给采集终端，其传输过程采用Modbus协议。
进一步地，所述TD-LTE无线网络，是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式，用于成对频谱和非成对频谱；所述TD-LTE无线网络为电信运营商公用网络或为搭建的TD-LTE专用网络。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，基于TD-LTE高速无线网络传输技术，远程数据传输速率大大提高，实现了对热电联产机组工作状态的远程实时监测，能够按照采集数据、传输数据、分析数据、显示数据的流程完成任务；本发明可以随时监测和掌握所有热电厂热电联产机组的实时运行情况，实时获取热电联产机组负荷、发电量、发热量、蒸汽压力及温度等数据，分析是否热电联产机组处于低出力运行状态等。本发明提供了现场数据采集功能、数据超限报警功能、历史数据保存功能、大数据分析功能及热电联产机组状态分析管理功能，其中热电联产机组状态分析管理功能是监测主站的计算机安装的监测管理软件实现的一个功能模块，远程监测人员能够实时掌握热电厂机组运行的发电量、热电比、热效率等关键运行指标，并根据数据进行挖掘、统计、分析，为机组调整生产状态提供依据，能够有效提高热电联产机组的发电管理、供热管理，起到电网调峰，保证安全生产等作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的整体系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的专用监测单元结构示意图。
图中：1、专用监测单元，2、智能仪表，3、DCS，4、Rs485总线，5、采集终端，6、 TD-LTE无线网络，7、TD-LTE基站，8、Internet网络，9、监测主站，10、监测计算机，11、监测人员，12、Rs485通讯模块，13、MCU中央处理单元，14、数据采集模块，15、传感器模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明所述的基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统是一个完整的热电联产机组状态体系，负责现场采集的热电联产机组运行数据的采集、接收、传输、分析、处理、显示、存储、报警等，是热电联产机组现场监测、控制及处理的核心系统。图1中的专用监测单元1、智能仪表2及DCS 3，部署在热电联产机组上采集生产现场实时数据(包括热电联产机组负荷、发电量、发热量、蒸汽压力及温度)，这些数据经由Rs485总线4传输给采集终端5，由采集终端5进行简单超限运算后，通过TD-LTE无线网络6传输至TD-LTE基站7，再连接有线网络Internet网络8传输给远端监控主站9的数据监测分析系统软件。监控主站9部署的监测分析软件继续对数据进行分析及存储，并生成人性化的报表、曲线、图标等统计分析结果，通过提供良好的UI，监测人员11通过监测计算机10浏览器访问web服务系统，监测人员11根据统计分析结果，按照统一规划及当前机组数据，进行发电策略优化调整。
数据监测单元可以是专用监测单元1、智能仪表2、DCS 3设备中的一种或几种。这些设备通过热电联产机组现场Rs485总线与采集终端5相连接。现场智能仪表2包括热电偶、热电阻、温度变送器、压力变送器、差压变送器、功率计、氧量分析仪、微压变送器等；智能仪表2输出为电流电压信号，通过控制电缆、补偿导线将电流、电压信号传送到采集终端5。
如图2所示，专用监测单元1是一个专门研发的基于ARM架构MCU的嵌入式设备，设备内部集成了Rs485通讯模块12、MCU中央处理单元13、数据采集模块14、传感器模块15。所述传感器模块15负责从部署在热电联产机组上的传感器接收采集到的生产现场实时数据。以上所述经由传感器模块15获取到的实时数据为模拟信号，通过数据采集模块14对该模拟信号进行AD转换，然后通过专用监测单元1内部的串行总线UART传输给MCU中央处理单元13，MCU中央处理单元13负责将生产现场实时数据进行数据格式化、精度处理、数据类别标识、数据合理性校验操作；在MCU中央处理单元内部程序处理完成后，将处理后的生产现场实时数据通过Rs485通讯模块12传输给采集终端5。
所述采集终端5作为机组现场的核心设备，负责主动采集专用监测单元1、智能仪表2、 DCS设备3上获取的机组运行数据。采集终端5与专用监测单元1之间的通讯采用Modbus 协议，经由Rs485总线4构成的机组监测单元网络传输。
为了克服传统采集终端进行远程数据传输时采用GPRS无线通讯技术，导致传输速率低下等问题，本发明提供了一种基于TD-LTE高速无线网络传输技术设计的热电联产机组状态远程监测系统。本实施例的采集终端5的远程通讯采用TD-LTE模块设计，借助运营商通讯网络实现。TD-LTE基站7实现采集终端无线信号接入运营商TD-LTE无线网络6，同时也负责无线网络与有线网络的连接，最终通过有线网络接入Intemet互联网8。本实施例中， TD-LTE无线网络6是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和 TDD两种模式，用于成对频谱和非成对频谱，可为移动、联通、电信等电信运营商公用网络，也可以是搭建的TD-LTE专用网络，比如电力系统专用TD-LTE网络。
所述监测主站9，本实施例的热电联产机组状态远程监测系统只需部署一套监测主站系统即可，通过TD-LTE基站7构建的无线及有线网络与机组安装的采集终端5通讯，通过互联网获取热电联产机组运行数据，负责所有监测数据的存储、分析、报表、显示等功能，并可向采集终端5下发指令。监测主站9是监测用户11通过监测计算机10直接访问的，该主站9是监测分析系统的核心。当监测用户11需要查看机组实时运行数据是，需要使用监测计算机10中的web浏览器，访问监测主站9提供的web服务系统查看。监测主站9的功能主要通过安装的采集分析软件系统完成。
本发明提供的基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，通过实时采集热电联产机组生产现场数据，并采用TD-LTE高速无线网络传输给远端，使远端监测中心能够实时了解机组出力运行情况，为机组调整生产状态提供依据，能够有效提高热电联产机组的发电管理、供热管理，起到电网调峰，保证安全生产等作用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，其特征在于：包括数据监测单元、Rs485总线、采集终端、TD-LTE基站、监测主站；
所述数据监测单元，安装在热电联产机组的各个关键部位，用于实时将部署在热电联产机组上的传感器采集的生产现场实时数据进行数据格式化、精度处理、数据类别标识、数据合理性校验操作，然后通过Rs485总线输送给采集终端；生产现场实时数据包括热电联产机组负荷、发电量、发热量、蒸汽压力及温度；
所述采集终端，在每台热电联产机组均安装一台，用于接收数据监测单元输送的生产现场实时数据，并对生产现场实时数据进行对比分析，与采集终端内部设定的负荷、电量、热量、压力、温度阈值参数比较，如果超越参数阈值范围，通过设备进行声光报警，将处理后的结果数据通过无线网络传输给TD-LTE基站，同时将报警信息以事件方式通过网络上报；
所述TD-LTE基站用于实现采集终端的无线信号接入TD-LTE无线网络，还用于将无线网络与有线网络连接，最终通过有线网络接入互联网，使采集终端的输出数据传输给远方的监测主站；
所述监测主站，监测主站用于通过互联网与采集终端通讯，获取热电联产机组运行数据，并向采集终端下发查询和控制指令，用于对实时数据、历史数据的查询，并对采集终端进行阈值参数修订、开关机、采集精度调整的控制；同时，监测主站中存储有数据监测分析系统软件，对采集终端的输出数据进行详细分析，进一步分析数据数值合理性、通过计算机存储的大量历史数据进行对比分析，然后将数据存储到计算机管理系统对应的机组数据库中，并生成人性化的报表、曲线、图标、数据列表、统计分析结果，并且监测主站提供基于WEB技术的UI，监测人员通过监测计算机浏览器访问web服务系统，查看采集终端的统计分析结果，通过该结果，按照统一规划及当前机组数据进行发电策略优化调整。
2.根据权利要求1所述的基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，其特征在于：所述数据监测单元包括专用监测单元、现场智能仪表、DCS中的一种或几种，用于完成机组各个关键部位的数据采集，均通过现场485总线与采集终端相连接；所述现场智能仪表包括热电偶、热电阻、温度变送器、压力变送器、差压变送器、功率计、氧量分析仪、微压变送器；现场智能仪表输出为电流电压信号，通过控制电缆、补偿导线将电流、电压信号传送到采集终端。
3.根据权利要求2所述的基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，其特征在于：所述专用监测单元是一个基于ARM架构MCU的嵌入式设备，其内部集成传感器模块、数据采集模块、MCU中央处理单元、Rs485通讯模块；所述传感器模块用于从部署在热电联产机组上的传感器接收采集到的生产现场实时数据；所述数据采集模块，对经由传感器模块获取到的生产现场实时数据的模拟信号进行AD转换，然后通过专用监测单元内部的串行总线UART传输给MCU中央处理单元；所述MCU中央处理单元，用于将生产现场实时数据进行数据格式化、精度处理、数据类别标识、数据合理性校验操作；在MCU中央处理单元内部程序处理完成后，将处理后的生产现场实时数据通过Rs485通讯模块连接现场Rs485总线传输给采集终端，其传输过程采用Modbus协议。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于TD-LTE通讯技术的热电联产机组状态远程监测系统，其特征在于：所述TD-LTE无线网络，是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式，用于成对频谱和非成对频谱；所述TD-LTE无线网络为电信运营商公用网络或为搭建的TD-LTE专用网络。
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