CN113178063A - 一种基于光纤传输的热网采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光纤传输的热网采集系统，包括安装于供热管网蒸汽管道上的流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件，流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件采集热网采集系统需要的蒸汽的温度、压力和流量数据；包括安装于蒸汽用户侧的采集箱，采集箱内设置积算仪和RS485\光纤转换器，积算仪分别与流量变送器、压力变送器和温度测量元件电连接，积算仪带有一路RS485通讯接口，积算仪通过通讯电缆与RS485\光纤转换器连接；包括位于电厂内部控制中心的光纤收发器、交换机和控制系统；RS485\光纤转换器通过光纤与光纤收发器连接，光纤收发器通过以太网与交换机连接，控制系统通过以太网与交换机连接。

Description

一种基于光纤传输的热网采集系统

技术领域

本发明涉及电力热网采集系统技术领域，尤其涉及一种基于光纤传输的热网采集系统。

背景技术

目前现有市面上热网采集系统都是基于GPRS网络传输，可参见公开号为CN109816957A、名称为“一种基于计算机系统的城市热网采集系统”的中国发明专利申请，该城市热网采集系统的用户侧的计量仪表通过数据采集卡进行采集信号，采集后的信号进入调制解调器，然后通过运营商的GPRS无线网络传输至数据处理中心的调制解调器，调制解调器再将计量仪表信号传输至数据处理中心，计算机对所采集的数据进行综合分析，通过数据存储单元进行数据存储。

另外，可参见公开号为CN112085938A、名称为“一种电厂单线供热热网监控计量系统”的中国发明专利申请，该厂单线供热热网监控计量系统包括热网中心控制设备、厂内供热总管总表计量设备、各用户二次仪表及控制箱设备；

所述热网中心控制设备：是电信公司Internet网络接入单元，包括设在电厂信息中心机房内的交换机、防火墙和热网监控主题专用服务器，服务器上装有专门的热网监控计量系统软件；还包括设在电厂热网中心的交换机、路由器和热网监控工作站；电厂信息中心机房热网交换机与热网中心热网交换机之间通过光纤连通；在供热改造监控计量服务器与前端与Internet互联网之间，架设了硬件防火墙进行隔离，确保热网安全；

所述厂内供热总管总表计量设备：位于供热联箱出口低压蒸汽，装设压力变送器和温度传感器各1套，并配套具备GPRS无线采集数据功能的二次仪表控制箱，具有带压力、温度补偿功能，与热网中心控制服务器之间无线通讯采集数据，流量积算仪有一路有线模拟信号输出至电厂主控室的DCS；在厂内供汽端供热联箱出口低压蒸汽装有一次仪表箱和二次仪表控制箱，将一次仪表箱内测得的各用汽参数模拟电信号进行处理，转换成数字信号，并就地显示、控制、输出的测量设备，称为二次仪表控制箱；供热改造项目中二次仪表包括：流量积算仪表、UPS电源、GPRS通信模块和防雷电模块；在二次仪表控制箱内GPRS通信模块通过RS232数据线与二次仪表相连，定时或触发读取二次仪表输出的温度、压力、流量数字信号，并对数据进行打包、压缩、加密等处理后，通过GPRS无线移动网络发送给热管中心的监控服务器；

热用户计量监控：通讯数据和控制信号，通过子站GPRS无线移动网络与热管中心的监控服务器之间进行通讯交换。

上述的热网采集系统均是基于GPRS网络传输，所有数据在运营商公用网络上传输，系统容易受病毒、木马、黑客攻击，数据保密性无法保证；对运营商基站的信号强度依赖性较强，调制解调器的信号强度受基站距离和数量限制，若安装在偏远地区，数据无法传输。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于光纤传输的热网采集系统，该系统可自动对管道内蒸汽的温度、压力、流量数据进行采集，利用蒸汽温度、压力数据实时地对蒸汽流量进行修正计算，采用封闭式网络传输数据，数据保密性好，避免外部潜在危险源对电厂控制系统的攻击。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于光纤传输的热网采集系统，

包括安装于供热管网蒸汽管道上的流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件，流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件分别采集热网采集系统需要的蒸汽的温度、压力和流量数据；

包括安装于蒸汽用户侧的采集箱，采集箱内设置积算仪、开关电源、电池组和RS485\光纤转换器，开关电源的输入端分别与作为常用电源的外部电源和作为备用电源的电池组电连接，外部电源与开关电源的连接线路上设置空气开关；当外部电源出现异常中断时，开关电源自动切换至电池组供电，当外部电源正常时，开关电源由外部电源供电并为电池组充电，电池组电量满时，开关电源停止向电池组充电；开关电源的输出端分别与积算仪和RS485\光纤转换器电连接；积算仪分别与流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件电连接，积算仪为流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件供电，并接收所述蒸汽的温度、压力和流量数据，根据温度和压力数据对流量数据进行修正，并进行流量累积计算；积算仪上设有RS485通讯接口，积算仪通过RS485通讯接口与RS485\光纤转换器通信连接；

包括位于电厂内部控制中心的光纤收发器、交换机和控制系统；RS485\光纤转换器通过光纤与光纤收发器连接，光纤收发器通过以太网与交换机连接，控制系统通过以太网与交换机连接，光纤收发器、交换机和控制系统通过以太网协议进行数据传输，控制系统实时读取积算仪的接收的蒸汽的温度、压力和流量数据和计算结果数据并且显示在控制系统的监控画面上。

作为一种实施方式，所述流量测量装置包括孔板式装置、两流量取样管和一流量变送器，孔板式装置安装在蒸汽管道上，在孔板式装置的前后两端各引出一根流量取样管连至所述流量变送器，流量变送器与积算仪电连接，各流量取样管由靠近蒸汽管道的一端往流量变送器的一端依次安装一次流量隔离阀和二次流量隔离阀，流量变送器测量两根流量取样管的差压值。

作为一种实施方式，所述压力测量装置包括一压力取样管和一压力变送器，蒸汽管道设置的压力取样口连接所述压力取样管，压力取样管连至所述压力变送器，压力变送器与积算仪电连接，压力取样管由靠近蒸汽管道的一端往压力变送器的一端依次安装一次压力隔离阀和二次压力隔离阀。

作为一种实施方式，所述温度测量元件通过套管安装在蒸汽管道上。

作为一种实施方式，所述开关电源上设置有两个继电器，其中继电器一的输入端与外部电源电连接，继电器一的输出端与积算仪电连接，当外部电源故障时继电器一的常开触点断开并产生外部电源故障信号，开关电源将该外部电源故障信号输出至积算仪，当外部电源正常时该常开触点闭合；其中继电器二的输入端与电池组电连接，继电器二的输出端与积算仪电连接，当电池组电压低时继电器二的常开触点闭合并产生电池组电压低报警信号，开关电源将该电池组电压低报警信号输出至积算仪，当电池组电压正常时该常开触点断开。

作为一种实施方式，所述外部电源为220VAC电压等级，电池组为24VDC电压等级；开关电源输出给电池组和RS485\光纤转换器的电源均为24VDC电压等级。

作为一种实施方式，所述积算仪通过端子排分别与流量测量装置、压力测量装置和温度测量元件电连接；开关电源通过端子排与积算仪电连接。

作为一种实施方式，所述积算仪内部具有储存卡，将积算仪接收的蒸汽的温度、压力和流量数据和计算结果数据自动保存在内部的储存卡上，当积算仪与控制系统的通讯网络中断发生通讯故障时，积算仪继续采集蒸汽的温度、压力和流量数据并进行计算，同时把接收的数据和计算结果数据保存在内部的储存卡上；积算仪自动记录积算仪与控制系统的通讯故障时间和通讯恢复正常时间，控制系统可读取故障期间的数据。

作为一种实施方式，所述积算仪与控制系统的通讯故障信号、外部电源故障信号和电池组电压低报警信号实时显示在控制系统的监控画面上。

本发明具有如下有益效果：

该系统易于生产和组装，可自动对管道内蒸汽的温度、压力、流量数据进行采集，利用蒸汽温度、压力数据实时地对蒸汽流量进行修正计算。封闭式网络传输数据，数据保密性好，避免外部潜在危险源对电厂控制系统的攻击。所有数据可实时显示在电厂控制中心，方便电厂人员实时监控。当外部供电电源中断时，可自动切换至备用的电池组供电，不影响仪表正常运行，也不影响数据的实时采集、计算和传输，系统可靠性较高。该系统维护方便、成本低廉，避免了以上各种的问题。

具体的，所有数据采用全封闭式网络传输，数据保密性好，避免外部潜在危险源对电厂控制系统的攻击；基于光纤网络通讯，故障率低，基于光纤网络通讯，数据实时传输，无延时滞后；采集箱带有不间断电源功能，保障热网采集系统不间断工作，即使外部电源故障也不影响计费功能。外部电源故障时，自动切换至备用电源，并在电厂控制中显示电源故障报警信号，提醒维护人员及时排除故障，保证采集系统的可靠性、稳定性；当电池组损坏或者电池组电量即将耗尽时，可在在电厂控制中显示电池组电压低报警信号，提醒维护人员及时排除报警问题，保证采集系统备用电源的可靠性、稳定性；采集系统的运行不依赖于通讯网络，即使通讯网络中断，积算仪仍然保持正常工作，采集和计算结果数据保存于积算仪内部的储存卡上。同时，还能在电厂控制系统画面上显示网络故障信号，提醒维护人员及时维修；可在多个场所和偏远地区应用，例如工业园区集中供热的蒸汽管道、电厂内部蒸汽管道等；本系统的元器件数量少，整体结构简单，安装容易，便于生产、组装。投资成本低廉，备件互换性强，维护成本低；系统由各个成熟的配件组装而成，维护方便；各种蒸汽参数、外部电源故障和电池组电压低报警等信息在电厂控制系统监控画面实时显示，方便电厂设备操作人员实时调整蒸汽参数，通过数据分析还可以及时发现供热管网系统潜在的问题。

附图说明

图1为本发明的系统连接图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1，一种基于光纤传输的热网采集系统，主要用于工业园区供热管网蒸汽的计费。

所述热网采集系统包括安装于供热管网蒸汽管道10上的流量测量装置1、压力测量装置2和温度测量元件3。

所述流量测量装置1具体采用孔板式装置11，所述孔板式装置11安装在蒸汽管道10上，在孔板式装置11的前后两端各引出一根流量取样管12连至一流量变送器13，各流量取样管12由靠近蒸汽管道10的一端往流量变送器13的一端依次安装一次流量隔离阀14和二次流量隔离阀15，所述流量变送器13测量两根流量取样管12的差压值；所述压力测量装置2是从蒸汽管道10上的压力取样口引出的一根压力取样管21，所述压力取样管21连至一压力变送器22，所述压力取样管21由靠近蒸汽管道10的一端往压力变送器22的一端依次安装一次压力隔离阀23和二次压力隔离阀24；所述温度测量元件3通过套管安装在蒸汽管道10上。所述流量测量装置1、压力测量装置2和温度测量元件3分别采集热网采集系统需要的蒸汽的温度、压力和流量，用于计算、统计用户使用蒸汽的热量。

所述热网采集系统还包括安装于蒸汽用户侧的采集箱4，所述采集箱4的箱体内设置积算仪41、开关电源42、空气开关43、电池组44和RS485\光纤转换器45。

所述积算仪41通过端子排411分别与流量变送器13、压力变送器22和温度测量元件3电连接。所述开关电源42与两路电源连接，其中一路为作为常用电源的220VAC电压等级的外部电源46，所述外部电源46与开关电源42的连接线路上设置空气开关43，另一路为作为备用电源的24VDC电压等级的电池组44；当外部电源46出现异常中断时，开关电源42自动切换至电池组44供电，所述电池组44容量满足热网采集系统不间断运行72小时；当外部电源46正常时，开关电源42采用外部电源46供电，并为电池组44充电，电池组44电量低时，开关电源42向电池组44充电，电池组44电量满时，开关电源42停止向电池组44充电。所述开关电源42输出一路24VDC电压等级的电源给积算仪41，输出另一路24VDC电压等级的电源给RS485\光纤转换器45。优选的，所述开关电源42通过端子排411与积算仪41电连接，所述开关电源42上设置有两个继电器，其中继电器一的输入端与外部电源46电连接，所述继电器一的输出端与积算仪41电连接；当外部电源46故障时继电器一常开触点断开并产生外部电源故障信号，所述开关电源42将该外部电源故障信号输出至积算仪41，当外部电源46正常时该常开触点闭合。其中继电器二的输入端与电池组44电连接，所述继电器二的输出端与积算仪41电连接，当电池组44电压低时继电器二常开触点闭合并产生电池组电压低报警信号，所述开关电源42将该电池组电压低报警信号输出至积算仪41，当电池组44电压正常时该常开触点断开。所述开关电源42可以采用MEAN WELL公司生产的PSC-160系列的160W交变直流安全电源，包含主输出和充电输出，并带有继电器触点。所述积算仪41一方面给流量变送器13、压力变送器22、温度测量元件3供电，另一方面采集流量变送器13、压力变送器22、温度测量元件3的输出信号，分别得到蒸汽流量、蒸汽压力和蒸汽温度数据，同时还接收开关电源42输出的外部电源故障信号和电池组电压低报警信号。

所述积算仪41可在市面上采购，具有以下功能：根据蒸汽温度、蒸汽压力自动查表得出蒸汽的测量密度；根据流量变送器13所测量的差压值以及预设的孔板式装置11的计算公式，计算出瞬时蒸汽流量；根据瞬时蒸汽流量进行瞬时热量和瞬时质量计算及自动进行热量和质量累积；自动进行密度补偿、温度补偿、雷诺数补偿和可膨胀性系数补偿；饱和蒸汽与过热蒸汽自动切换；所述积算仪41内部具有储存卡，可将采集数据、计算结果数据自动保存在内部的储存卡上。所述积算仪41带有一路RS485通讯接口，支持MODBUS通讯协议。所述积算仪41通过通讯电缆与RS485\光纤转换器45连接，采用MODBUS通讯协议进行数据传输。

所述热网采集系统还包括位于电厂内部控制中心的光纤收发器51、交换机52和控制系统53。

所述RS485\光纤转换器45通过光纤451与光纤收发器51连接，采用光信号形式进行数据传输。所述光纤收发器51通过以太网与交换机52连接，所述控制系统53通过以太网与交换机52连接。所述光纤收发器51、交换机52和控制系统53通过以太网协议进行数据传输。通过以上一系列的连接，在控制系统53与积算仪41之间能够建立通讯网络，所述控制系统53可实时读取积算仪41的所有数据并且显示在控制系统53的监控画面上，即电厂控制系统53可实时监控所有蒸汽管道10相关参数，包括蒸汽瞬时流量、蒸汽累计流量、瞬时热量、累计热量、蒸汽温度、蒸汽压力等。进一步地，所述积算仪41与控制系统53的通讯故障信号、外部电源故障信号和电池组电压低报警信号可实时显示在电厂控制系统53，方便维护人员检修工作。

当所述积算仪41与控制系统53的通讯网络中断时，所述积算仪41仍然可以正常地采集蒸汽温度、压力和流量信号，并且可以正常地进行相关计算，同时把采集的数据和计算结果数据保持在内部的储存卡上。电厂维护人员可打开采集箱4的箱体面板，通过积算仪41自带的液晶显示屏查看历史数据，不影响热网计费功能。所述积算仪41自动记录通讯故障时间和通讯恢复正常时间，控制系统53可读取故障期间的数据。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：

包括安装于供热管网蒸汽管道(10)上的流量测量装置(1)、压力测量装置(2)和温度测量元件(3)，流量测量装置(1)、压力测量装置(2)和温度测量元件(3)分别采集热网采集系统需要的蒸汽的温度、压力和流量数据；

包括安装于蒸汽用户侧的采集箱(4)，采集箱(4)内设置积算仪(41)、开关电源(42)、电池组(44)和RS485\光纤转换器(45)，开关电源(42)分别与作为常用电源的外部电源(46)和作为备用电源的电池组(44)电连接，外部电源(46)与开关电源(42)的连接线路上设置空气开关(43)；当外部电源(46)出现异常中断时，开关电源(42)自动切换至电池组(44)供电，当外部电源(46)正常时，开关电源(42)由外部电源(46)供电并为电池组(44)充电，电池组(44)电量满时，开关电源(42)停止向电池组(44)充电；开关电源(42)的输出端分别与积算仪(41)和RS485\光纤转换器(45)电连接；积算仪(41)分别与流量测量装置(1)、压力测量装置(2)和温度测量元件(3)电连接，积算仪(41)为流量测量装置(1)、压力测量装置(2)和温度测量元件(3)供电，并接收所述蒸汽的温度、压力和流量数据，根据温度和压力数据对流量数据进行修正，并进行流量累积计算；积算仪(41)上设有RS485通讯接口，积算仪(41)通过RS485通讯接口与RS485\光纤转换器(45)通信连接；

包括位于电厂内部控制中心的光纤收发器(51)、交换机(52)和控制系统(53)；RS485\光纤转换器(45)通过光纤(451)与光纤收发器(51)连接，光纤收发器(51)通过以太网与交换机(52)连接，控制系统(53)通过以太网与交换机(52)连接，光纤收发器(51)、交换机(52)和控制系统(53)通过以太网协议进行数据传输，控制系统(53)实时读取积算仪(41)的接收的蒸汽的温度、压力和流量数据和计算结果数据并且显示在控制系统(53)的监控画面上。

2.根据权利要求1所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述流量测量装置(1)包括孔板式装置(11)、两流量取样管(12)和一流量变送器(13)，孔板式装置(11)安装在蒸汽管道(10)上，在孔板式装置(11)的前后两端各引出一根流量取样管(12)连至所述流量变送器(13)，流量变送器(13)与积算仪(41)电连接，各流量取样管(12)由靠近蒸汽管道(10)的一端往流量变送器(13)的一端依次安装一次流量隔离阀(14)和二次流量隔离阀(15)，流量变送器(13)测量两根流量取样管(12)的差压值。

3.根据权利要求1所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述压力测量装置(2)包括一压力取样管(21)和一压力变送器(22)，蒸汽管道(10)设置的压力取样口连接所述压力取样管(21)，压力取样管(21)连至所述压力变送器(22)，压力变送器(22)与积算仪(41)电连接，压力取样管(21)由靠近蒸汽管道(10)的一端往压力变送器(22)的一端依次安装一次压力隔离阀(23)和二次压力隔离阀(24)。

4.根据权利要求1所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述温度测量元件(3)通过套管安装在蒸汽管道(10)上。

5.根据权利要求1所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述开关电源(42)上设置有两个继电器，其中继电器一的输入端与外部电源(46)电连接，继电器一的输出端与积算仪(41)电连接，当外部电源(46)故障时继电器一的常开触点断开并产生外部电源故障信号，开关电源(42)将该外部电源故障信号输出至积算仪(41)，当外部电源(46)正常时该常开触点闭合；其中继电器二的输入端与电池组(44)电连接，继电器二的输出端与积算仪(41)电连接，当电池组(44)电压低时继电器二的常开触点闭合并产生电池组电压低报警信号，开关电源(42)将该电池组电压低报警信号输出至积算仪(41)，当电池组(44)电压正常时该常开触点断开。

6.根据权利要求1所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述外部电源(46)为220VAC电压等级，电池组(44)为24VDC电压等级；开关电源输出给电池组(44)和RS485\光纤转换器(45)的电源均为24VDC电压等级。

7.根据权利要求5所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述积算仪(41)通过端子排(411)分别与流量测量装置(1)、压力测量装置(2)和温度测量元件(3)电连接；开关电源(42)通过端子排(411)与积算仪(41)电连接。

8.根据权利要求5所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述积算仪(41)内部具有储存卡，将积算仪(41)接收的蒸汽的温度、压力和流量数据和计算结果数据自动保存在内部的储存卡上，当积算仪(41)与控制系统(53)的通讯网络中断发生通讯故障时，积算仪(41)继续采集蒸汽的温度、压力和流量数据并进行计算，同时把接收的数据和计算结果数据保存在内部的储存卡上；积算仪(41)自动记录积算仪(41)与控制系统(53)的通讯故障时间和通讯恢复正常时间，控制系统(53)可读取故障期间的数据。

9.根据权利要求8所述的基于光纤传输的热网采集系统，其特征在于：所述积算仪(41)与控制系统(53)的通讯故障信号、外部电源(46)故障信号和电池组电压低报警信号实时显示在控制系统(53)的监控画面上。

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