CN114877405A - 一种基于传感器融合的二网平衡检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，包括信息采集控制层，信息采集控制层通过MODBUS通信直接和智能网关远程通信功通信，将得到的流量、压力、温度参数，连同各种运行状态、运行参数、备用电池电量信息通过物联网接入技术的方式传输到指定IP地址的服务器上，服务器统一部署云端处理系统，用来接收数据，信息安全处理。本发明采用物联网水力平衡阀将用户回水温度上传控制中心，精确调节各系统、各单元、各环路之间的供热温度；具备自动调节功能，并且通过计算出的当前理论平衡温度值作为目标温度，使全网快速达到目标值，调网速度更快捷并且能精确控制二级网平衡，节约换热站用电、消除前端过热和末端不热的现象。

Description

一种基于传感器融合的二网平衡检测系统

技术领域

本发明属于二网平衡检测领域，更具体地说，涉及一种基于传感器融合的二网平衡检测系统。

背景技术

目前热力管网应用方面存在以下问题；

(1)监测手段及数据单一：只在热源、换热站等最初规划的场所有监测手段，而管网缺乏有效的监测方法。热源生产时的各项数据并没有达到完全的信息化，并未实时捕捉热源点供回水温度、压力、流量、热量、补水流量等重要数据，造成资源的浪费，也会造成策略的不明确。对于管网运行的多种数据，供水流量、压力、温度、回水流量、压力、温度，不能有效采集。对换热站的二次供水温度、流量调节、补水控制急需准确的节点监测及远程控制，实现调控在掌上、数据在云上。

(2)管网供热不平衡：热源近端用户与热源远端用户温差过大；高层房间与底层房间温差过大等情况。

(3)数据采集方式落后：各热用户站点的温度、压力、流量等实时运行状况无法实时监控，如果站点出现突发故障或意外断电等情况不能及时发现，只有在巡检或抄表时发现，无法确定明确的故障时间，造成维修和管理的滞后；

因此，我们提出一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，通过与多传感器融合的热力管网监测系统，实现管网系统的数据全流程管理。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，利用温压传感器降低系统方案成本，并提高集成度和可靠性；并在对外输出上，也会根据应用场景需要，提供对接的数据端口和协议，同时，通过嵌入式计算算法，保证产品输出不受影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，包括：

信息采集控制层，所述信息采集控制层通过MODBUS通信直接和智能网关远程通信功通信，将得到的流量、压力、温度参数，连同各种运行状态、运行参数、备用电池电量信息通过物联网接入技术的方式传输到指定IP地址的服务器上，服务器统一部署云端处理系统，用来接收数据，信息安全处理，并进行数据库存储；

现场通信层，所述现场通信层将信息采集控制层采集的数据通过数据传输层传输到数据应用层进行数据分析展示，数据通信采用专用光纤、宽带、4G、5G、GPRS公共网络。

优选的，所述基于传感器融合的二网平衡检测系统还包括：

云端服务器层，所述云端服务器层包括：热源级智慧热网数据应用子单元和热力站级智慧热网数据应用子单元；

所述热源级智慧热网数据应用子单元用于对热源供水温度及设备启停等远程控制或者自主运行控制，采用大数据处理方法对海量设备运行数据进行分析，并进行相应的故障诊断和偏离最佳工况的诊断；

所述热力站级智慧热网数据应用子单元采用热力站运行策略及设备启停远程上位机控制或自动反馈运行控制；采用大数据处理方法对各设备运行数据进行分析，并进行相应的故障诊断和偏离最佳工况的诊断；热力站设备启停的安全连锁保护。

优选的，所述信息采集控制层采用温压传感器、现场流量计、压力变送器、差压变送器、温度变送器、智能多参数变送器、物联网平衡阀对现场进行实时的数据采集与设备控制；

采用的温压传感器，兼具高精度的压力和温度测量要求。

优选的，所述信息采集控制层通过采用物联网平衡阀，以控制回水温度、阀门开度为目标，根据供暖的实际情况，进行针对性的调节，达到户端热平衡的目的。

优选的，所述物联网平衡阀的执行器内设NB-IOT模块，用于进行物联网无线传输通讯；

使用中，将物联网平衡阀平衡阀安装在热用户入口的回水管道上，将回水温度远程反馈至云服务器，服务器通过对该换热站所有回水温度反馈信息，自动计算出当前理论平均回水温度，服务器端自动根据每个热用户的回水温度值与理论平均回水温度之间的偏差值计算出该单元阀门开度的变化量，服务器同时下发各个热用户的阀门开度变化量指令，实现二次网自动调节平衡。

优选的，所述信息采集控制层在将数据传输到云端服务器层之前，对于感知设备采集的数据做基础运算，并根据实验采集数据，进行算法优化，保证无用数据自我消化率和有用数据顺利传输率等指标。

优选的，所述物联网平衡阀通过计算出的当前理论平衡温度值作为目标温度，使全网快速达到目标值，精确控制二级网平衡，从而降低循环流量、提高供水温度、节约换热站用电、消除前端过热和末端不热的现象。

优选的，所述温压传感器包括：

压力芯片和温度传感器，所述压力芯片和所述温度传感器设置在同一位置，所述温度传感器用于测量当前所述压力芯片所处的环境温度；

处理器，所述处理器分别与所述压力芯片和所述温度传感器的输出端连接，所述处理器内部设有温度补偿算法模块，基于所述温度补偿算法和所述温度传感器测得的温度信号对所述压力芯片测得的压力信号进行温度补偿计算，得到补偿后的压力信号；

存储模块，所述存储模块与所述处理器连接，用于对所述处理器输出的信息进行存储；

通讯模块，所述通讯模块与所述处理器连接，用于将所述处理器输出的信息发送给云端服务器层，所述通讯模块采用RS485数字信号输出；

所述处理器输出的信息包括所述补偿后的压力信号。

优选的，所述现场通信层采用HMI触摸屏用于现场工作流程显示、参数报警和数据存储功能，通过标准Modbus总线与智能网关、I/O模块、电参数采集模块相连，I/O模块负责模拟量和数字量的输入输出，电参数模块负责采集系统的用电情况。

本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，与传统的检测系统相比，本发明具有以下优点：

1、采用物联网水力平衡阀将用户回水温度上传控制中心，精确调节各系统、各单元、各环路之间的供热温度；具备自动调节功能，并且通过计算出的当前理论平衡温度值作为目标温度，使全网快速达到目标值，调网速度更快捷并且能精确控制二级网平衡，改变以往为保证末端用户温度而采取的“小温差、大流量”的运行方式，真正实现“大温差、小流量”的理想运行模式，从而降低循环流量、提高供水温度、节约换热站用电、消除前端过热和末端不热的现象；

2、采用温压传感器，并且以RS485数字信号输出，广泛应用在管网压力温度测量，蒸汽，液体压力，温度测量以及其他低功耗物联网传感器场合，充分体现高度集成化的感知设备新趋势，并在可靠性和经济性上有所提升；

3、通过热力管网监测物联系统平台的数据收集、数据分析，对基于数据挖掘技术对热源、热力站安装设备的运行状态进行异常判断和智能排查，并通过历史运行数据分析得出热源、热力站的调控习惯。采用大数据处理方法对热网的运行工况给出故障诊断和偏离最佳工况的诊断，并给出适合各热力站和热源的控制策略，进而指导全网节能安全运行，达到智慧热网的“均衡输送、按需供热”目标，实现真正的自动化、智能化节能运行。

附图说明

图1为本发明基于传感器融合的二网平衡检测系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，包括：信息采集控制层，所述信息采集控制层通过MODBUS通信直接和智能网关远程通信功通信，将得到的流量、压力、温度参数，连同各种运行状态、运行参数、备用电池电量信息通过物联网接入技术的方式传输到指定IP地址的服务器上，服务器统一部署云端处理系统，用来接收数据，信息安全处理，并进行数据库存储，所述信息采集控制层在将数据传输到云端服务器层之前，对于感知设备采集的数据做基础运算，并根据实验采集数据，进行算法优化，保证无用数据自我消化率和有用数据顺利传输率等指标。

信息采集控制层采用温压传感器、现场流量计、压力变送器、差压变送器、温度变送器、智能多参数变送器、物联网平衡阀对现场进行实时的数据采集与设备控制；

采用的温压传感器，兼具高精度的压力和温度测量要求，所述信息采集控制层通过采用物联网平衡阀，以控制回水温度、阀门开度为目标，根据供暖的实际情况，进行针对性的调节，达到户端热平衡的目的；所述物联网平衡阀的执行器内设NB-IOT模块，用于进行物联网无线传输通讯。

使用中，将物联网平衡阀安装在热用户入口的回水管道上，将回水温度远程反馈至云服务器，服务器通过对该换热站所有回水温度反馈信息，自动计算出当前理论平均回水温度，服务器端自动根据每个热用户的回水温度值与理论平均回水温度之间的偏差值计算出该单元阀门开度的变化量，服务器同时下发各个热用户的阀门开度变化量指令，实现二次网自动调节平衡；所述物联网平衡阀通过计算出的当前理论平衡温度值作为目标温度，使全网快速达到目标值，精确控制二级网平衡，从而降低循环流量、提高供水温度、节约换热站用电、消除前端过热和末端不热的现象。

采用物联网水力平衡阀将用户回水温度上传控制中心，精确调节各系统、各单元、各环路之间的供热温度；具备自动调节功能，并且通过计算出的当前理论平衡温度值作为目标温度，使全网快速达到目标值，调网速度更快捷并且能精确控制二级网平衡，改变以往为保证末端用户温度而采取的“小温差、大流量”的运行方式，真正实现“大温差、小流量”的理想运行模式，从而降低循环流量、提高供水温度、节约换热站用电、消除前端过热和末端不热的现象。

现场通信层，所述现场通信层将信息采集控制层采集的数据通过数据传输层传输到数据应用层进行数据分析展示，数据通信采用专用光纤、宽带、4G、5G、GPRS公共网络，所述现场通信层采用HMI触摸屏用于现场工作流程显示、参数报警和数据存储功能，通过标准Modbus总线与智能网关、I/O模块、电参数采集模块相连，I/O模块负责模拟量和数字量的输入输出，电参数模块负责采集系统的用电情况。

值得说明的是，所述温压传感器包括：

压力芯片和温度传感器，所述压力芯片和所述温度传感器设置在同一位置，所述温度传感器用于测量当前所述压力芯片所处的环境温度；

处理器，所述处理器分别与所述压力芯片和所述温度传感器的输出端连接，所述处理器内部设有温度补偿算法模块，基于所述温度补偿算法和所述温度传感器测得的温度信号对所述压力芯片测得的压力信号进行温度补偿计算，得到补偿后的压力信号；

存储模块，所述存储模块与所述处理器连接，用于对所述处理器输出的信息进行存储；

通讯模块，所述通讯模块与所述处理器连接，用于将所述处理器输出的信息发送给云端服务器层，所述通讯模块采用RS485数字信号输出；

所述处理器输出的信息包括所述补偿后的压力信号。

每次自动的调节周期可人工设定为30分钟或1小时，经过多次的自动平衡，可以在24小时内实现二次网的回水温度自动调平，一旦调试平衡后，可以锁定并记忆当前阀门开度，保持回水温度的稳定均衡，从而实现用户室内温度的均衡和稳定，最终达到二次网水力工况和热力工况的自动平衡。

采用温压传感器，并且以RS485数字信号输出，广泛应用在管网压力温度测量，蒸汽，液体压力，温度测量以及其他低功耗物联网传感器场合，充分体现高度集成化的感知设备新趋势，并在可靠性和经济性上有所提升。

所述基于传感器融合的二网平衡检测系统还包括：

云端服务器层，所述云端服务器层包括：热源级智慧热网数据应用子单元和热力站级智慧热网数据应用子单元；

所述热源级智慧热网数据应用子单元用于对热源供水温度及设备启停等远程控制或者自主运行控制，采用大数据处理方法对海量设备运行数据进行分析，并进行相应的故障诊断和偏离最佳工况的诊断；

所述热力站级智慧热网数据应用子单元采用热力站运行策略及设备启停远程上位机控制或自动反馈运行控制；采用大数据处理方法对各设备运行数据进行分析，并进行相应的故障诊断和偏离最佳工况的诊断；热力站设备启停的安全连锁保护；

系统的设计采用目前流行的B/S架构,即服务器浏览器模式，摒弃了市场比较多见的组态软件方式，系统设计灵活；前端数据访问可以通过PC机的IE浏览器或者手机等移动设备来实现；从而可以轻松实现多终端，异地查看现场实时运行数据的功能。

本发明通过调研和需求分析，充分了解热力管网监测物联系统的实际要求，从而确保多传感器融合方案选择、硬件装置及软件设计更加贴近实际需求；通过尝试采用多种传感器及融合算法等适用于热力管网监测的硬件样机方式，对各功能模块、仿真模型和集成检测模块进行测试验证，对实际的运行参数进行监测，通过分析实测数据对硬件装置和软件进行改进。

通过热力管网监测物联系统平台的数据收集、数据分析，对基于数据挖掘技术对热源、热力站安装设备的运行状态进行异常判断和智能排查，并通过历史运行数据分析得出热源、热力站的调控习惯。采用大数据处理方法对热网的运行工况给出故障诊断和偏离最佳工况的诊断。并给出适合各热力站和热源的控制策略，进而指导全网节能安全运行，达到智慧热网的“均衡输送、按需供热”目标，实现真正的自动化、智能化节能运行。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于，包括：

信息采集控制层，所述信息采集控制层通过MODBUS通信直接和智能网关远程通信功通信，将得到的流量、压力、温度参数，连同各种运行状态、运行参数、备用电池电量信息通过物联网接入技术的方式传输到指定IP地址的服务器上，服务器统一部署云端处理系统，用来接收数据，信息安全处理，并进行数据库存储；

现场通信层，所述现场通信层将信息采集控制层采集的数据通过数据传输层传输到数据应用层进行数据分析展示，数据通信采用专用光纤、宽带、4G、5G、GPRS公共网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述基于传感器融合的二网平衡检测系统还包括：

云端服务器层，所述云端服务器层包括：热源级智慧热网数据应用子单元和热力站级智慧热网数据应用子单元；

所述热源级智慧热网数据应用子单元用于对热源供水温度及设备启停等远程控制或者自主运行控制，采用大数据处理方法对海量设备运行数据进行分析，并进行相应的故障诊断和偏离最佳工况的诊断；

所述热力站级智慧热网数据应用子单元采用热力站运行策略及设备启停远程上位机控制或自动反馈运行控制；采用大数据处理方法对各设备运行数据进行分析，并进行相应的故障诊断和偏离最佳工况的诊断；热力站设备启停的安全连锁保护。

3.根据权利要求1所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述信息采集控制层采用温压传感器、现场流量计、压力变送器、差压变送器、温度变送器、智能多参数变送器、物联网平衡阀对现场进行实时的数据采集与设备控制；

采用的温压传感器，兼具高精度的压力和温度测量要求。

4.根据权利要求1所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述信息采集控制层通过采用物联网平衡阀，以控制回水温度、阀门开度为目标，根据供暖的实际情况，进行针对性的调节，达到户端热平衡的目的。

5.根据权利要求3所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述物联网平衡阀的执行器内设NB-IOT模块，用于进行物联网无线传输通讯；

使用中，将物联网平衡阀安装在热用户入口的回水管道上，将回水温度远程反馈至云服务器，服务器通过对该换热站所有回水温度反馈信息，自动计算出当前理论平均回水温度，服务器端自动根据每个热用户的回水温度值与理论平均回水温度之间的偏差值计算出该单元阀门开度的变化量，服务器同时下发各个热用户的阀门开度变化量指令，实现二次网自动调节平衡。

6.根据权利要求2所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述信息采集控制层在将数据传输到云端服务器层之前，对于感知设备采集的数据做基础运算，并根据实验采集数据，进行算法优化，保证无用数据自我消化率和有用数据顺利传输率等指标。

7.根据权利要求5所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述物联网平衡阀通过计算出的当前理论平衡温度值作为目标温度，使全网快速达到目标值，精确控制二级网平衡，从而降低循环流量、提高供水温度、节约换热站用电、消除前端过热和末端不热的现象。

8.根据权利要求3所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述温压传感器包括：

压力芯片和温度传感器，所述压力芯片和所述温度传感器设置在同一位置，所述温度传感器用于测量当前所述压力芯片所处的环境温度；

处理器，所述处理器分别与所述压力芯片和所述温度传感器的输出端连接，所述处理器内部设有温度补偿算法模块，基于所述温度补偿算法和所述温度传感器测得的温度信号对所述压力芯片测得的压力信号进行温度补偿计算，得到补偿后的压力信号；

存储模块，所述存储模块与所述处理器连接，用于对所述处理器输出的信息进行存储；

通讯模块，所述通讯模块与所述处理器连接，用于将所述处理器输出的信息发送给云端服务器层，所述通讯模块采用RS485数字信号输出；

所述处理器输出的信息包括所述补偿后的压力信号。

9.根据权利要求1所述的一种基于传感器融合的二网平衡检测系统，其特征在于：所述现场通信层采用HMI触摸屏用于现场工作流程显示、参数报警和数据存储功能，通过标准Modbus总线与智能网关、I/O模块、电参数采集模块相连，I/O模块负责模拟量和数字量的输入输出，电参数模块负责采集系统的用电情况。

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