CN118034181B - 一种用于供热的监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于供热的监控系统，涉及管网监控技术领域。本发明包括监控层、控制层和现场层；监控层包括监控中心、PC机和部署在PC机内的组态软件；PC机用于提供人机交互界面与运维人员交流；组态软件用于对实时采集的数据进行分析、判断和处理；控制层包括458通讯模块和PLC控制器；PLC控制器包括模拟量输入端、模拟量输出端、数字量输入端和数字量输出端；现场层为设备层，包括热量计、流量计1、流量计2、温度传感器、超声波探头、电动阀、加热器和压力传感器。本发明通过管网竣工图纸构建管网三维模型，对管网上的监控设备进行数据或处理并进行三维重构，将采集的信息在三维模型上进行可视化展示，提高管网监控力度，及时定位故障地点。
Description
技术领域
本发明属于管网监控技术领域，特别是涉及一种用于供热的监控系统。
背景技术
城市集中供热管网，由城市集中供热热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统。
供热管网覆盖面广，管线繁多，导致管网发生泄漏，或者锅炉房出水不正常，又或者热用户处温度不达标，需要排查原因时，往往因管线繁多，无法及时发现事故所在点，导致浪费资源，影响用户供热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于供热的监控系统，通过管网竣工图纸构建管网三维模型，对管网上的监控设备进行数据或处理并进行三维重构，将采集的信息在三维模型上进行可视化展示，解决了现有的管网监控困难、故障异常点位不能及时定位的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种用于供热的监控系统，包括监控层、控制层和现场层，其特征在于：
所述监控层包括监控中心、PC机和部署在PC机内的组态软件；所述PC机用于提供人机交互界面与运维人员交流；所述组态软件用于对实时采集的数据进行分析、判断和处理，并将数据处理结果在人机交互界面展示；
所述控制层包括458通讯模块和PLC控制器；所述PLC控制器包括模拟量输入端、模拟量输出端、数字量输入端和数字量输出端；
所述现场层为设备层，包括热量计、流量计1、流量计2、温度传感器、超声波探头、电动阀、加热器和压力传感器；所述温度传感器和热量计通过Modbus现场总线通信方式将数据传输给控制层的458通讯模块；所述超声波探头和流量计1通过GPS模块将数据给控制层的458通讯模块；所述电动阀、加热器和压力传感器与数字量输出端双向连接；所述流量计2与数字量输入端双向连接；
所述组态软件对实时采集的数据进行煤耗分析，具体分析公式如下：
；
式中，为热熔比，/>为供电功率，/>为供热抽气热量，/>为流量计1第i段抽汽质量流量，/>为流量计1第i段抽汽比焓，/>为流量计2第i段回水比焓，i为正整数；
则供热机组供电煤耗为：
；
式中：q为未考虑供热时机组热耗率，为发电功率，/>分别为锅炉效率、管道效率和厂用电率，29.308为标准煤热值。
作为一种优选的技术方案，所述监控中心还包括服务器、数据库、工程师站和操作员站；所述监控中心用于对管网上安装的监控设备上传的数据进行存储、显示、分析和监控；所述监控中心采用集中分散式控制架构。
作为一种优选的技术方案，所述监控中心的工作流程如下：
步骤S1：实现与管路上各个监控设备的实时通讯，采集管路的压力、温度、热量、频率、流量；
步骤S2：将采集到的管路状态信息集中展示；
步骤S3：对各类采集的参数进行阈值设定；
步骤S4：采集的参数不在预设的范围内，进行报警提醒；
步骤S5：具有权限的操作人员远程或就地对监控设备进行远程设定或控制。
作为一种优选的技术方案，所述温度传感器检测出水温度、流量计1检测管网内气体流量、流量计2检测管网内燃料消耗、热量计检测管网内热量消耗、压力传感器检测管网内气压。
作为一种优选的技术方案，所述组态软件对实时采集的数据处理流程如下：
步骤1：获取管网竣工图纸以及管网附近地形图，制作三维立体模型；
步骤2：将各类监控设备部署在管网各个区域，并在三维立体模型中展示；
步骤3：将监控设备采集的信息转换成数字信息；
步骤4：将离散的二维信息进行三维重构，组成统一的单元数据；
步骤5：将三维空间的直线、曲线、多边形及曲面均通过单元进行叠加，使单元数据集几何模型数据化；
步骤6：在制作完成的几何模型中，对各地下管网的管线属性信息进行标注和接边处理，并获得制作该区域内完整的电子化地图；
步骤7：查询地下管线的地理位置坐标数据，在待定位区域的完整电子地图中查找出需要查询的地下管线，并对监控装置采集异常的区域进行标注。
作为一种优选的技术方案，所述步骤2中，区域内进行地下管网数据采集，需要在待定位区域地表布设GPS固定参考站，以该GPS固定参考站为坐标系原点，分别设置X轴、Y轴、Z轴将地下场景进行正交切割。
作为一种优选的技术方案，所述步骤4中，单元数据集几何模型数据化包括以下步骤：
步骤S501：采集来的模拟数据进行数字化处理生成离散的二维信息；
步骤S502：离散的二维信息转换成储存有切片面信息的.SLC数据文件；
步骤S503：程序导入.SLC数据文件生成单元信息；
步骤S504：.SLC数据文件中存储的信息提取为三维单元模型信息；
步骤S505：对三维单元模型进行拼接生成几何模型。
作为一种优选的技术方案，所述步骤6中，标注、接边处理完成后，还需调用投影转换模块且按照常规的数字地图投影转换方法，对待定位区域的完整电子地图进行投影转换处理，使得多个待定位区域内的电子地图的坐标系统一。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过管网竣工图纸构建管网三维模型，对管网上的监控设备进行数据或处理并进行三维重构，将采集的信息在三维模型上进行可视化展示，提高管网监控力度，及时定位故障地点。
本发明通过在供热管网上安装多组监控设备，对不同地区的管网进行实时采集，由监控中心对管网上安装的监控设备上传的数据进行存储、显示、分析和监控，方便对管网进行监管，提高管网监管力度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种用于供热的监控系统结构示意图；
图2为监控中心的工作流程图；
图3为组态软件对实时采集的数据处理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1对本申请实施方式作进一步地详细描述。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例一
请参阅图1所示，本发明为一种用于供热的监控系统，包括监控层、控制层和现场层；监控层包括监控中心、PC机和部署在PC机内的组态软件；PC机用于提供人机交互界面与运维人员交流；组态软件用于对实时采集的数据进行分析、判断和处理，并将数据处理结果在人机交互界面展示；控制层包括458通讯模块和PLC控制器；PLC控制器包括模拟量输入端、模拟量输出端、数字量输入端和数字量输出端；现场层为设备层，包括热量计、流量计1、流量计2、温度传感器、超声波探头、电动阀、加热器和压力传感器；温度传感器和热量计通过Modbus现场总线通信方式将数据传输给控制层的458通讯模块；超声波探头和流量计1通过GPS模块将数据给控制层的458通讯模块；电动阀、加热器和压力传感器与数字量输出端双向连接；流量计2与数字量输入端双向连接。
监控中心还包括服务器、数据库、工程师站和操作员站；监控中心用于对管网上安装的监控设备上传的数据进行存储、显示、分析和监控；监控中心采用集中分散式控制架构。监控系统的软件主要包括系统软件、监控软件、应用软件三部分。软件系统的功能主要是为监控系统的其他软件的正常运行提供环境，通常选用Windows操作系统软件，在此软件设计中操作系统软件同样使用Windows。监控软件是整个监控软件系统中的核心软件，主要功能是对各个系统进行监控，如进行各个系统的数据采集、画面开发以及故障报警等。
组态软件对实时采集的数据进行煤耗分析，具体分析公式如下：
；
式中，为热熔比，/>为供电功率，/>为供热抽气热量，/>为流量计1第i段抽汽质量流量，/>为流量计1第i段抽汽比焓，/>为流量计2第i段回水比焓，i为正整数；
则供热机组供电煤耗为：
；
式中：q为未考虑供热时机组热耗率，为发电功率，/>分别为锅炉效率、管道效率和厂用电率，29.308为标准煤热值。
请参阅图2所示，监控中心的工作流程如下：
步骤S1：实现与管路上各个监控设备的实时通讯，采集管路的压力、温度、热量、频率、流量；
步骤S2：将采集到的管路状态信息集中展示；
步骤S3：对各类采集的参数进行阈值设定；
步骤S4：采集的参数不在预设的范围内，进行报警提醒；
步骤S5：具有权限的操作人员远程或就地对监控设备进行远程设定或控制。
温度传感器检测出水温度、流量计1检测管网内气体流量、流量计2检测管网内燃料消耗、热量计检测管网内热量消耗、压力传感器检测管网内气压。
请参阅图3所示，组态软件对实时采集的数据处理流程如下：
步骤1：获取管网竣工图纸以及管网附近地形图，制作三维立体模型；
步骤2：将各类监控设备部署在管网各个区域，并在三维立体模型中展示；
步骤3：将监控设备采集的信息转换成数字信息；
步骤4：将离散的二维信息进行三维重构，组成统一的单元数据；
步骤5：将三维空间的直线、曲线、多边形及曲面均通过单元进行叠加，使单元数据集几何模型数据化；
步骤6：在制作完成的几何模型中，对各地下管网的管线属性信息进行标注和接边处理，并获得制作该区域内完整的电子化地图；
步骤7：查询地下管线的地理位置坐标数据，在待定位区域的完整电子地图中查找出需要查询的地下管线，并对监控装置采集异常的区域进行标注。
步骤2中，区域内进行地下管网数据采集，需要在待定位区域地表布设GPS固定参考站，以该GPS固定参考站为坐标系原点，分别设置X轴、Y轴、Z轴将地下场景进行正交切割。
步骤4中，单元数据集几何模型数据化包括以下步骤：
步骤S501：采集来的模拟数据进行数字化处理生成离散的二维信息；
步骤S502：离散的二维信息转换成储存有切片面信息的.SLC数据文件；
步骤S503：程序导入.SLC数据文件生成单元信息；
步骤S504：.SLC数据文件中存储的信息提取为三维单元模型信息；
步骤S505：对三维单元模型进行拼接生成几何模型。
步骤6中，标注、接边处理完成后，还需调用投影转换模块且按照常规的数字地图投影转换方法，对待定位区域的完整电子地图进行投影转换处理，使得多个待定位区域内的电子地图的坐标系统一。
监控系统的正常运行，必须对扬水站的各部分的信号进行采集，主要监控对象有供水管道、回水管道、电动调节阀和控制箱等。在控制过程中需要用传感器采集信息，传感器的选用必须考虑测量对象、测量环境以及精度要求，要选用湿式超声波流量计、热量计、压力传感器、温度传感器，还需选用电动调节阀和加热器。
根据文章设计的供热站控制功能的要求，需要完成对供热监控系统运行有关参数进行数据收集、控制与处理。根据供热站控制工艺相关流程和自动控制任务进行分析，选用较适合该系统需求的西门子SIMATICS7-1200，在选用合适的PLC后，需对该地站模块进行配置。
实施例二
本发明为一种用于供热的监控系统，可用于执行完成本发明实施例1的硬件内容，软件系统由前端采集控制部分、数据传输网络和中心管理系统等3部分组成。其中，前端采集控制部分由数据的采集/转换和控制命令的执行两部分构成；数据传输网络由数据的传输和系统组网构成；中心管理系统由数据的管理和维护以及人机交互界面两部分组成。
一般的监控系统硬件结构主要包括各类传感器、数据采集模块、数据采集机、通信线路和监控机等。一方面，传感器与要被监控的设备相连接，可以采集相关的模拟量信息，如电压值、电流值、湿度和温度等参数。再将这些参数通过变送器转换成电信号送给数据采集/控制机，方便识别和处理，这些电信号通过网络将数据传输到监控中心，经过计算机和监控软件对实时采集的数据进行分析、判断和处理，最后由人机交互界面与维护人员交流。另一方面，维护人员可通过交互界面发出控制指令，经过计算机处理后，传输至现场由控制命令执行机构来使设备以及环境设备完成相应的动作。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种用于供热的监控系统，包括监控层、控制层和现场层，其特征在于：
所述监控层包括监控中心、PC机和部署在PC机内的组态软件；所述PC机用于提供人机交互界面与运维人员交流；所述组态软件用于对实时采集的数据进行分析、判断和处理，并将数据处理结果在人机交互界面展示；
所述控制层包括458通讯模块和PLC控制器；所述PLC控制器包括模拟量输入端、模拟量输出端、数字量输入端和数字量输出端；
所述现场层为设备层，包括热量计、流量计1、流量计2、温度传感器、超声波探头、电动阀、加热器和压力传感器；所述温度传感器和热量计通过Modbus现场总线通信方式将数据传输给控制层的458通讯模块；所述超声波探头和流量计1通过GPS模块将数据给控制层的458通讯模块；所述电动阀、加热器和压力传感器与数字量输出端双向连接；所述流量计2与数字量输入端双向连接；
所述组态软件对实时采集的数据进行煤耗分析，具体分析公式如下：
式中，ζ为热熔比，Ps为供电功率，Qgr为供热抽气热量，qmsteami为流量计1第i段抽汽质量流量，hsteami为流量计1第i段抽汽比焓，hhsi为流量计2第i段回水比焓，i为正整数；
则供热机组供电煤耗bg为：
式中：q为未考虑供热时机组热耗率，Pe为发电功率，ηb,ηp,ηu分别为锅炉效率、管道效率和厂用电率，29.308为标准煤热值。
2.根据权利要求1所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述监控中心还包括服务器、数据库、工程师站和操作员站；所述监控中心用于对管网上安装的监控设备上传的数据进行存储、显示、分析和监控；所述监控中心采用集中分散式控制架构。
3.根据权利要求2所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述监控中心的工作流程如下：
步骤S1：实现与管路上各个监控设备的实时通讯，采集管路的压力、温度、热量、频率、流量；
步骤S2：将采集到的管路状态信息集中展示；
步骤S3：对各类采集的参数进行阈值设定；
步骤S4：采集的参数不在预设的范围内，进行报警提醒；
步骤S5：具有权限的操作人员远程或就地对监控设备进行远程设定或控制。
4.根据权利要求1所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述温度传感器检测出水温度、流量计1检测管网内气体流量、流量计2检测管网内燃料消耗、热量计检测管网内热量消耗、压力传感器检测管网内气压。
5.根据权利要求1所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述组态软件对实时采集的数据处理流程如下：
步骤1：获取管网竣工图纸以及管网附近地形图，制作三维立体模型；
步骤2：将各类监控设备部署在管网各个区域，并在三维立体模型中展
示；
步骤3：将监控设备采集的信息转换成数字信息；
步骤4：将离散的二维信息进行三维重构，组成统一的单元数据；
步骤5：将三维空间的直线、曲线、多边形及曲面均通过单元进行叠加，使单元数据集几何模型数据化；
步骤6：在制作完成的几何模型中，对各地下管网的管线属性信息进行标注和接边处理，并获得制作该区域内完整的电子化地图；
步骤7：查询地下管线的地理位置坐标数据，在待定位区域的完整电子地图中查找出需要查询的地下管线，并对监控装置采集异常的区域进行标注。
6.根据权利要求5所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述步骤2中，区域内进行地下管网数据采集，需要在待定位区域地表布设GPS固定参考站，以该GPS固定参考站为坐标系原点，分别设置X轴、Y轴、Z轴将地下场景进行正交切割。
7.根据权利要求5所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述步骤5中，单元数据集几何模型数据化包括以下步骤：
步骤S501：采集来的模拟数据进行数字化处理生成离散的二维信息；
步骤S502：离散的二维信息转换成储存有切片面信息的.SLC数据文件；
步骤S503：程序导入.SLC数据文件生成单元信息；
步骤S504：.SLC数据文件中存储的信息提取为三维单元模型信息；
步骤S505：对三维单元模型进行拼接生成几何模型。
8.根据权利要求5所述的一种用于供热的监控系统，其特征在于，所述步骤6中，标注、接边处理完成后，还需调用投影转换模块且按照常规的数字地图投影转换方法，对待定位区域的完整电子地图进行投影转换处理，使得多个待定位区域内的电子地图的坐标系统一。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |