CN202494913U - 基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，包括传感器装置、物联网适配器、GPRS网络、互联网络、服务器及监控终端；传感器装置与物联网适配器有线连接，物联网适配器与GPRS网络无线连接；监控终端包括设备制造商/设备使用商监控终端、设备制造商/设备使用商工程师手机监控终端；GPRS网络与设备制造商/设备使用商工程师手机监控终端无线连接，GPRS网络与互联网络无线连接，互联网络与服务器连接，互联网络与设备制造商/设备使用商监控终端连接，设备制造商/设备使用商监控终端通过互联网络与服务器连接。它能对电化学分离设备或电解设备状态进行异地远程、全天候监测和评估，及时准确预警设备异常。

Description

基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域和电解工业（特指无机物、有机物和金属的电解制备）的电解设备及电化学水处理工业的电化学分离设备领域，尤其涉及一种基于物联网技术的电解设备或电化学分离设备远程监测、预警及故障诊断系统。

背景技术

随着社会需求的不断增长，以及环境保护要求的日益严格，电化学技术在国民经济中的地位也日渐提高。其中，电解合成技术和电化学分离技术作为电化学技术工业应用的两大热门领域，具有无可比拟的优势，具有广阔应有前景。

电解合成是利用电解手段在电极表面进行电极反应从而生成新物质的一种绿色合成技术，它为人类提供一系列用其他方法难以制得的材料，如钠、钾、镁、钙、铝以及许多强氧化性或还原性的物质，它为解决目前化学工业给地球环境带来的污染问题，展示出一条有效而又切实可行的道路。电解合成具有以下优点：一、环境污染少：电化学合成反应无需有毒或有害的氧化剂和还原剂，“电子”本身就是清洁的反应试剂。因此，在反应体系中除了原料和生成物外，通常不含有其他反应试剂，故合成产物易分离，易精制，产品纯度高，副产物少，可大幅度降低环境污染；二、电极反应的方向及速度可控：在电化学合成过程中，可通过改变电极电位合成不同的产品，同时也可通过控制电极电位，使反应按预定的目标进行，从而获得高纯度的产物，较高的收率及选择性；三、电化学合成通常在常温、常压下进行，反应条件温和，能耗低；四、电化学合成中的电子转移和化学反应这两个过程可同时进行，能缩短合成工艺。

电化学分离技术在环境保护技术开发中发挥着及其重要的作用，其在环境保护过程中所体现出的优越性主要为以下几点：一、环境兼容性高：电化学分离技术中使用清洁、有效的电子作为强氧化还原试剂，是一种基本对环境无污染的“绿色”生产技术。由于界面电场中存在着极高的电位梯度，电极相当于异相反应的催化剂，因而减少了有可能因添加催化剂而带来的环境污染。同时电化学过程有较高的选择性，可防止副产物的生产，减少污染物；二、多功能性：电化学分离技术具有直接或间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能，能处理容量达到100 L左右的气、液体和固体污染物；三、能量利用率高：与其它过程相比，电化学过程可在较低温度下进行，不受卡诺循环的限制，能量利用率高。

概况来讲，电解合成技术和电化学分离技术所依据原理均为通过施加一定的电位促进或抑制某种电化学反应的发生，进而达到生成新物质或净化水资源的目的。而电化学反应易受到多种因素的控制或影响，主要有：（1）电位电化学反应的发生与施加于其上的电位直接相关，电位过高或过低均会影响反应的正常进行，且有可能导致副反应的发生；（2）电流密度：电流密度可表征电化学反应的速度；（3）电解液浓度：增加溶液浓度可提高电极附近液层中的离子浓度，进而可获得较大的电流密度和提高电流效率。此外，电解液浓度决定其电导率，而良好的电导率可防止高电阻所引起的发热以及由此可能引起的副反应的发生；（4）温度：温度对于电化学反应的速度、过电位、选择性及工作电压、电流效率均有重要影响，而电解质的腐蚀性、电极材料的稳定性也均与温度有关；（5）pH值等。可见上述因素的变化均会影响电化学反应的发生，进而对整个工艺流程产生影响，对维护管理有着极高的要求；因此，在生产过程中需对上述参数的变化进行实施监控管理。

但是，电解工业设备和电化学分离设备的维护管理存在诸多不利因素，主要有以下几点：第一、现场设备维护管理存在“盲点”；第二、设备故障处理效率低下、成本较高；第三、设备故障原因分析难度大；第四、出口设备的维护管理困难等，这些问题直接影响了电化学分离设备或电解设备效能的发挥。可见，实现电化学分离设备或电解设备安全高质运行的关键是提升电化学分离设备或电解设备的维护管理水平。而通常的做法有两种：一是设备使用企业配备一支专业设备维护队伍，但由于人员及资金的制约，很多设备使用企业在此方面存在“盲点”；二是设备供应商迅速、及时“奔赴现场”处理，但由于时效性和经济性的制约，也很难满足设备使用企业的需要。

为加强电解工业设备和电化学分离设备的维护管理，目前大多数生产企业采用将电解工业设备和电化学分离设备参数控制装置接入企业DCS控制系统的方法来监测电解工业设备和电化学分离设备电化学参数的变化。企业设备维护人员可通过DCS控制系统集中监测本企业内电解工业设备和电化学分离设备电化学参数的变化，实现了本企业内电解工业设备和电化学分离设备的集中管理。但该方法仅实现了局域范围内设备运行状态的集中管理，但无法提高设备供应商的服务速度，以及远距离设备的维护管理。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，旨在解决现有电化学分离设备或电解设备维护管理水平低下的现状，提升电化学分离设备或电解设备维护管理水平，使电化学分离设备或电解设备更具智能化。

为实现上述目的，本实用新型提供了这样的技术方案：一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，包括传感器装置、物联网适配器、GPRS网络、互联网络、服务器及监控终端；传感器装置与物联网适配器有线连接，物联网适配器与GPRS网络无线信号连接；监控终端包括设备制造商监控终端、设备使用商监控终端、设备制造商工程师手机监控终端和设备使用商工程师手机监控终端；GPRS网络与设备制造商工程师手机监控终端、设备使用商工程师手机监控终端无线信号连接，GPRS网络与互联网络无线信号连接，互联网络与服务器连接，互联网络与设备制造商监控终端、设备使用商监控终端连接，设备制造商监控终端、设备使用商监控终端通过互联网络与服务器连接。

本实用新型不仅用于电化学设备的远程监控预警及故障诊断，同样也适用于电解设备的远程监控预警及故障诊断。

传感器装置位于电化学分离设备或电解设备中；传感器装置包括电位传感器、生产工艺传感器和电压传感器。物联网适配器由信号接收/分析模块、信号转换模块和无线网络收发模块构成；信号接收/分析模块与电位传感器、生产工艺传感器和电压传感器连接，信号接收/分析模块与信号转换模块连接，信号转换模块与无线网络收发模块连接； 无线网络收发模块与GPRS网络无线信号连接。

位于电化学分离设备或电解设备中的传感器装置，用于采集电化学分离设备或电解设备运行状态信息；物联网适配器用于读取传感器采集的电化学分离设备或电解设备运行状态信息，并按预定程序对读取的相关信息进行分析判断，并将相关信息转变为预定的物联网数据格式，通过GPRS网络桥接至互联网络，并经由互联网络以POST方式储存于服务器；此外物联网适配器还将程序判定为异常的信息转变为SMS格式通过GPRS网络发送至设备制造商与设备使用商工程师手机监控终端。设备制造商监控终端与设备使用商监控终端通过浏览器访问服务器，获取储存于服务器中的电化学分离设备或电解设备运行状态信息，并根据预先设定的预警及故障诊断程序对电化学分离设备或电解设备运行状态进行监测、预测和评估，对电化学分离设备或电解设备异常运行状态的进行报警，对设备故障原因进行分析诊断。此外，设备制造商监控终端与设备使用商监控终端还具有远程控制指令的发送功能；将设备制造商或设备使用商监控终端两处的监控工程师输入的电化学分离设备或电解设备远程控制指令经互联网络发送至服务器；物联网适配器通过GPRS无线网络获取储存至服务器中的远程控制指令，并在物联网适配器上执行运程控制指令。

电化学分离设备或电解设备是利用电化学技术生成新物质和净化污水的设备，在本实用新型中特指无机物、有机物和金属的电解制备设备和电渗析、电凝聚、电吸附和电氧化/还原水处理设备，但本实用新型不仅限于上述工业领域。

本实用新型对电化学分离设备或电解设备的监测不仅包括电参数（电压、电流），还包括对电化学分离设备或电解设备的生产工艺参数的监测。

本实用新型利用物联网技术搭建一种电化学分离设备或电解设备远程监控、预警及故障诊断系统，对在役电化学分离设备或电解设备的运行状态进行异地、远程、全天候监测、预测和评估，实现电化学分离设备或电解设备的智能化、高效化维护管理。通过信号传感器进行电化学分离设备或电解设备运行状态信息的采集，通过物联网适配器与服务器进行实时运行状态数据的发送和远程控制指令的获取，监控终端只需通过浏览器访问数据库就可以进行运行状态信息的获取、监测和评估，以及远程控制指令的发送，实现设备远程控制，大大提升了电化学分离设备或电解设备的维护管理水平，通过本实用新型不仅能够在设备现场直接通过物联网适配器进行参数设置来对电位、电流信号进行调节和控制，还能够将设备的运行状态实时传输到设备使用商监控终端监控工程师的手机；还能够使设备制造商对在役电化学分离设备或电解设备运行状态进行异地、远程、全天候监测和评估，及时、准确预警设备异常，第一时间排除设备隐患，确保设备高质运行和安全“零”故障。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，

图2是本实用新型的数据传输流程图。

图中：1—电化学分离设备或电解设备，2—传感器装置，21—电位传感器，22—生产工艺传感器，23—电压传感器，3—物联网适配器，31—信号接收/分析模块，32—信号转换模块，33—无线网络收发模块，4—GPRS网络，5—互联网络，6—服务器，7—监控终端，71—设备制造商监控终端， 72—设备使用商监控终端，73—设备制造商工程师手机监控终端，74—设备使用商工程师手机监控终端。 

具体实施方式

以下参照附图，对本实用新型的实施方式进行详解说明。

如图1与图2所示：一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，包括传感器装置2、物联网适配器3、GPRS网络4、互联网络5、服务器6及监控终端7；传感器装置2与物联网适配器3有线连接，物联网适配器3与GPRS网络4无线信号连接；监控终端7包括设备制造商监控终端71、设备使用商监控终端72、设备制造商工程师手机监控终端73和设备使用商工程师手机监控终端74；GPRS网络4与设备制造商工程师手机监控终端73、设备使用商工程师手机监控终端74无线信号连接，GPRS网络4与互联网络5无线信号连接，互联网络5与服务器6连接，互联网络5与设备制造商监控终端71、设备使用商监控终端连接72，设备制造商监控终端71、设备使用商监控终端72通过互联网络5与服务器6连接。

传感器装置2位于电化学分离设备或电解设备1中；传感器装置2包括电位传感器21、生产工艺传感器22和电压传感器23。物联网适配器3由信号接收/分析模块31、信号转换模块32和无线网络收发模块33构成；信号接收/分析模块31与电位传感器21、生产工艺传感器22和电压传感器23连接，信号接收/分析模块31与信号转换模块32连接，信号转换模32与无线网络收发模块33连接； 无线网络收发模块33与GPRS网络4无线信号连接。

物联网适配器3还设有数据显示屏、异常状态声光报警和设备运行参数调节按钮（图中未示出），使物联网适配器具有数据显示、报警和参数调节功能，现场工作人员可直接通过物联网适配器参数设置按钮对阳极保护信号进行调节和控制。

传感器2用于采集电化学分离设备或电解设备1的运行状态信息，是物联网信息传输的来源。电化学分离设备或电解设备1的性能主要与电位参数、生产工艺参数和电流参数有关，因此需要对该四种类型信息进行监控，采集该三种类型信息。其中电位传感器21用于采集电位信息，如：控制电位和输出电压等；生产工艺传感器22用于采集生产工艺信息，如溶液温度、溶液浓度、pH值等；电压传感器23用于采集电流信息，如输出电流等。

信号读取/分析装置31、信号转换模块32和无线网络收发模块33，依次串联构成的物联网适配器3，完成物联网适配器3的总体功能。信号读取/分析装置31可定时自行读取传感器2采集到的电化学分离设备或电解设备1的运行状态信息，并对读取的电化学分离设备或电解设备1的运行状态数据按预定程序进行分析判断，发现异常时形成异常状态信息，信号转换模块32将相关信息按物联网协议格式进行转换，转变为物联网格式的射频信号，由无线网络收发模块33发送至GPRS网络4。此外，信号转换模块32同时将异常状态信息即异常报警信号转换为SMS的短信格式，发送至GPRS网络4。

来自物联网适配器3的电化学分离设备或电解设备运行状态信息发送至GPRS网络4后，设备运行状态信息以两种方式进行下一步的传送。其中的物联网格式设备运行状态信息以桥接形式发送至互联网络5；其中的SMS短信格式的设备异常信息以短信形式发送至设备制造商工程师手机监控终端73和设备使用商工程师手机监控终端74。

传送至互联网络5的设备运行状态信息以POST方式被储存到服务器6中。设备制造商监控终端71和设备使用商监控终端72通过互联网络的WEB页面访问服务器6，读取存储于服务器6中的电化学分离设备或电解设备1运行状态信息，并对电化学分离设备或电解设备1的运行状态信息进行监测、预测和评估，并根据预先设定的程序对设备运行异常情况进行预警，对设备故障运行进行诊断，制定设备故障维修计划。

设备制造商监控终端/设备使用商监控终端的监控工程师可分别通过设备制造商监控终端71和设备使用商监控终端72输入电化学分离设备或电解设备1的远程控制指令，并通过互联网络将其存储于服务器6。物联网适配器3对服务器6中的数据进行判断，如果数据中包含有远程控制指令，则物联网适配器3将对运行控制指令进行数据格式转换，并在物联网适配器3上执行相应的远程控制指令。

设备使用商监控终端72中设有本地故障诊断数据库，设备使用商监控工程师可根据故障诊断结果在本地故障诊断数据库中找到相应的解决方案。同时，本地故障诊断数据库还包含针对具体设备的详细安装、操作、调试、维护资料以及非保密的其它技术资料。

如图2所示：本实用新型的数据采集与数据传输方法步骤大致如下：

在步骤S101中，设置于电化学分离设备或电解设备中的三种类型传感器2采集电化学分离设备或电解设备的运行状态信息；

在步骤S102中，信号接收/分析模块31读取传感器采集的电化学分离设备或电解设备运行状态信息，并将所获取的运行状态信息按预定程序进行分析、判断，当判定信息异常时，产生异常报警信号；

在步骤S103中，信号转换模块32将来自信号接收/分析模块31的相关信息转换为约定的物联网射频格式；此外，信号转换模块32同时将异常报警信号再转换为SMS的短信格式；

在步骤S104中，无线网络收发模块33接收来自信号转换模块32中的设备状态信息；

在步骤S105中，无线网络收发模块33将接收到的设备状态信息发射至GPRS网络4；

在步骤S106中，互联网络5通过桥接和GPRS网络4相连接,物联网协议格式的设备运行状态信息由GPRS网络4传送至互联网络5；

在步骤S107中，SMS短信格式的电化学分离设备或电解设备异常信息通过GPRS网络4直接发送至设备制造商工程师手机监控终端73和设备使用商工程师手机监控终端74，使得设备制造商工程师与设备使用商工程师能够随时随地监控设备异常；

在步骤S108中，服务器6接收由互联网络5传递来的设备运行状态信息，并以POST方式将数据存储至服务器6中；

在步骤S109中，设备制造商/设备使用商监控终端可通过浏览器访问服务器6，对存储于服务器6中的电化学分离设备或电解设备运行状态信息进行全天候监测、预测和评估，及时、准确对设备异常情况进行预警，并对设备故障原因进行诊断，以快速、准确排除设备故障；

在步骤S110中，设备制造商/设备使用商监控终端接收各自监控工程师输入的电化学分离设备或电解设备远程控制指令，并发送至互联网络5；

在步骤S111中，服务器6接收由监控终端发送来的电化学分离设备或电解设备远程控制指令，并储存于其内；

在步骤S112中，电压/电流远程控制指令由互联网络5传送至GPRS网络4；

在步骤S113中，无线网络收发模块33获取GPRS网络4中的电化学分离设备或电解设备的远程控制指令；

在步骤S114中，信号转换模块32将无线网络收发模块33接收到的电化学分离设备或电解设备远程控制指令进行数据格式转换，转换为物联网适配器的信号接收/分析模块可执行的格式；

在步骤S115中，信号接收/分析模块31接收经由信号转换模块32完成格式转换的电化学分离设备或电解设备远程控制指令；

在步骤S116中，电化学分离设备或电解设备远程控制指令实施到电化学分离设备或电解设备1，对电化学分离设备或电解设备1给予控制。

Claims (4)

1.一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，其特征在于：该系统包括传感器装置（2）、物联网适配器（3）、GPRS网络（4）、互联网络（5）、服务器（6）及监控终端（7）；所述传感器装置（2）与所述物联网适配器（3）有线连接，所述物联网适配器（3）与所述GPRS网络（4）无线信号连接；所述监控终端（7）包括设备使用商监控终端（72）和设备使用商工程师手机监控终端（74）；所述GPRS网络（4）与所述设备使用商工程师手机监控终端（74）无线信号连接，所述GPRS网络（4）与所述互联网络（5）无线信号连接，所述互联网络（5）与所述服务器（6）连接，所述互联网络（5）与所述设备使用商监控终端（72）连接，所述设备使用商监控终端（72）通过互联网络（5）与所述服务器（6）连接。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，其特征在于：所述监控终端（7）还包括设备制造商监控终端（71）与设备制造商工程师手机监控终端（73）；所述互联网络（5）与所述设备制造商监控终端（71）连接，所述设备制造商监控终端（71）通过互联网络（5）与所述服务器（6）连接；所述GPRS网络（4）与所述设备制造商工程师手机监控终端（73）无线信号连接。

3.如权利要求1或2所述的一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，其特征在于：所述传感器装置（2）位于电化学分离设备（1）中；所述传感器装置（2）包括电位传感器（21）、生产工艺传感器（22）和电压传感器(23)；所述物联网适配器(3)由信号接收/分析模块(31)、信号转换模块(32)和无线网络收发模块(33)构成；所述信号接收/分析模块(31)与所述电位传感器(21)、所述生产工艺传感器(22)和所述电压传感器(23)连接，所述信号接收/分析模块(31)与所述信号转换模块(32)连接，所述信号转换模(32)与所述无线网络收发模块(33)连接；所述无线网络收发模块(33)与所述GPRS网络(4)无线信号连接。

4.如权利要求3所述的一种基于物联网的电化学设备远程监控预警及故障诊断系统，其特征在于：所述物联网适配器(3)还设有数据显示屏、异常状态声光报警和设备运行参数调节按钮。

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