CN203881374U - 通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置。包括微控制器、传感器模块、模拟信号采集模块、开关信号采集模块、UPS电源模块、电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块和网络传输装置。模拟信号采集模块分别与传感器模块及微控制器相连，开关信号采集模块分别与锅炉控制柜及微控制器相连，电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块均与微控制器相连。本实用新型采用微控制器构成PCB电路板方案，具有很强的通用性，适合于各类型、各品牌的工业锅炉，性价比高，有利于市场推广应用，可为锅炉安全与节能监测、锅炉故障和事故调查提供可靠的数据支撑。

Description

通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及工业锅炉远程监测装置，尤其是涉及一种通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置。

背景技术

当前我国的工业锅炉存在众多不足，例如机械化和自动化程度低、效率低、耗能高、污染严重，同时，锅炉操作人员普遍素质不高，责任心不强，对压力、温度、水位等动态参数的监控不严，易产生锅炉事故。从现有的监管手段来看，由于工业锅炉容量小、数量大、布点分散，难以集中监管，区域范围内的所有工业锅炉的基本信息及安全节能动态监管数据难以获取，这给更全面的安全监察和能耗监测带来一定难度。

目前判断锅炉是否节能运行的常规做法是现场能效测试。服务机构根据测试情况开出诊断书，提出锅炉效能提升改造方案。由于锅炉运行是动态过程，经能效调试改良后的锅炉在运行一段时间后，又会出现能效比下降的情况。要让锅炉长期保持最佳运行状态，就必须加强日常运行情况的监测，随时处理和调整运行方式。此外，能效检测工作通常采用人工现场记录数据，会存在数据记录不连续、不完整等情况，难以有效获取锅炉运行动态数据。

基于物联网技术的锅炉远程监测系统是解决上述问题的一项重要技术方案。通过安装传感器，或者利用锅炉现有传感器，将工业锅炉的实时状态参数采集、编码、并传送至远程管理平台，进一步分析计算并评价被测锅炉的安全及能效指标，并以互联网为载体实时动态发布被监测锅炉的运行情况。

在锅炉远程监测物联网系统中，前端的现场数据采集装置要适应各类型、各品牌、各种环境下的工业锅炉，现有的采集装置有采用外接传感器结合PLC采集的方案，也有通过与锅炉主控制器通讯而提取锅炉状态参数的方案，前者虽然开发周期短，但装置的生产成本高，市场推广难度大，而后者常常受限于锅炉制造厂对通讯协议的开放。因此提出一种适用于各类炉型、各类品牌的通用型工业锅炉运行参数采集装置，以高性价比的方式采集地区范围内每台锅炉的运行状态，为锅炉物联网系统的建设与推广提供保障。

发明内容

为了克服上述背景技术的不足，本实用新型的目的是提出一种通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，实现工业锅炉的远程状态监测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型包括微控制器、传感器模块、模拟信号采集模块、开关信号采集模块、UPS电源模块、电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块和网络传输装置；模拟信号采集模块的输入输出端分别与传感器模块及微控制器相连，开关信号采集模块的输入输出端分别与锅炉控制柜及微控制器相连，电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块均与微控制器相连， UPS电源模块分别与电源转换模块的输入端及传感器模块的电源端相连，网络传输装置与数据通信模块相连。

所述传感器模块包括安装在锅炉尾部烟道位置的烟气温度传感器及烟气氧量传感器、安装在锅炉蒸汽出口位置的蒸汽压力传感器、安装在锅炉主蒸汽管道上的蒸汽温度传感器及蒸汽流量传感器、安装在锅炉给水管道上的给水温度传感器、安装在锅炉房内的环境温度传感器。

所述模拟信号采集模块包含用于转换传感器输出电信号的I/V变换电路、用于除去干扰信号的滤波电路和用于隔离放大采集信号的线性光耦隔离电路。

所述开关信号采集模块从锅炉控制柜内的继电器、接触器提取开关信号，所述开关信号包括锅炉综合报警信号、锅炉超压报警信号、锅炉高水位信号、锅炉低水位信号、锅炉运行信号、锅炉大火燃烧信号和锅炉小火燃烧信号；所述开关信号经开关信号采集模块内部的光耦隔离电路后接入微控制器。

所述数据存储模块包含SD卡接口电路以及用于存储锅炉监测数据的SD卡。

所述数据通信模块包含两路分别用于连接网络传输装置及锅炉主控制器的RS485通信接口电路。

所述显示报警模块包含LED显示电路以及声光报警电路。

所述基本系统模块包含晶振电路、复位电路、以及用于提供时间标识的实时时钟电路。

所述电源转换模块包含用于产生5V和3.3V稳定电压的降压稳压电路、滤除供电电压中干扰毛刺和尖峰的去耦电路、以及用于检测输入电压大小的电压检测电路。

所述UPS电源模块包括带UPS功能的开关电源及铅酸蓄电池。

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1.具有很强的通用性，适合于各类型、各品牌的工业锅炉，无论锅炉主控制器是否开放通讯协议，均能够可靠采集到锅炉安全与节能监测所需的运行参数，并传送至远程监测管理平台。

2.具有很好经济性，相比现有基于PLC系统的锅炉监测采集装置，本装置采用微控制器构成PCB电路板方案，成本低，性价比高，更有利于市场推广应用。

3.具有较高性能，带光耦隔离的信号采集模块确保了系统安全，大容量的SD存储卡、具备续航能力的电源模块为锅炉的故障和事故调查提供可靠的数据支撑。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置包括：微控制器、传感器模块、模拟信号采集模块、开关信号采集模块、UPS电源模块、电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块、网络传输装置。所述模拟信号采集模块、开关信号采集模块、电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块均与微控制器相连。

微控制器采用高性能、低功耗、具有先进RISC构架的8位AVR嵌入式单片机ATmega128L-16AU，其内部具备128K Flash、4K EEPROM、4K SRAM、8路10位ADC、53个可编程I/O口、2个可编程串行USART、1路SPI串行接口、最高工作频率可达16 MHz。

传感器模块包括安装在锅炉尾部烟道位置的烟气温度传感器及烟气氧量传感器、安装在锅炉蒸汽出口位置的蒸汽压力传感器、安装在锅炉主蒸汽管道上的蒸汽温度传感器及蒸汽流量传感器、安装在锅炉给水管道上的给水温度传感器、安装在锅炉房内的环境温度传感器。上述传感器将锅炉运行过程中的物理量转换成4-20mA的电流信号输出。

模拟信号采集模块的输入端与传感器模块相连，该模块包含：基于采样电阻的用于转换传感器输出电信号的I/V变换电路、用于除去干扰信号的滤波电路、以及基于op07和HCNR201芯片的用于隔离并放大采集信号的线性光耦隔离电路。该模块的输出端直接接入微控制器的ADC接口。

开关信号采集模块的输入输出端分别与锅炉控制柜及微控制器相连，该模块从锅炉控制柜内的继电器、接触器提取开关信号，所述开关信号包括：锅炉综合报警信号、锅炉超压报警信号、锅炉高水位信号、锅炉低水位信号、锅炉运行信号、锅炉大火燃烧信号、锅炉小火燃烧信号；开关信号经开关信号采集模块内部的光耦隔离电路后接入微控制器的IO口。

数据存储模块包含SD卡接口电路以及用于存储锅炉监测数据的SD卡。微控制器通过SPI接口和SD卡座与SD卡通信，以文件的方式将运算处理后的锅炉状态参数存储于SD卡中。大容量的SD卡确保能存储最近12小时内的锅炉实时状态参数，为紧急情况或事故提供真实的数据证据。

数据通信模块包含两路RS485通信接口电路。采用MAX485芯片通过微控制器的USART接口构成两路RS485通信接口，其中一路用于连接网络传输装置，将采集到的锅炉运行状态参数接入Internet，送至远程监测管理中心，网络传输装置的选择根据锅炉房内的网络情况确定，可采用RS485转Eternet或者RS485转GPRS双向数据透明传输装置；另一路RS485通信接口用于和锅炉主控制器通信，在锅炉制造厂开放主控制器通讯协议的情况下，直接从锅炉主控制器提取运行参数，此情况下根据直接提取的参数种类可省去开关信号的采集及部分模拟信号传感器及相应的采集。

显示报警模块包含LED显示电路以及声光报警电路。LED显示电路用于显示各传感器的工作状态、开关信号的采集状态、SD卡的插入状态和读取状态、RS485接口的通讯状态、以及系统电源的工作状态。声光报警电路用于在监测参数超标时向现场司炉人员提供报警信号，采用报警灯结合蜂鸣器的方式。

基本系统模块包含晶振电路、复位电路、以及用于提供时间标识的实时时钟电路。采用16MHZ的外接晶振使微控制器工作于最高性能的16 MIPS下。采用DS1302芯片和备用电池构成实时时钟电路，为就地存储的锅炉监测参数提供时间标识。

电源转换模块包含用于产生5V和3.3V稳定电压的降压稳压电路、滤除供电电压中干扰毛刺和尖峰的去耦电路、以及用于检测输入电压大小的电压检测电路。降压稳压电路采用LM2576S和LM1117-3.3芯片构成。电压检测电路采用精密分压电阻将12V直流输入电压分压后接入微控制器的ADC，当输入电压低于设定值时发出供电不足的报警信号。

UPS电源模块包括带UPS功能的开关电源及铅酸蓄电池。该模块为微控制器系统及传感器模块提供电能，并具备续电能力，在锅炉房停电的情况下，仍能为监测装置提供至少2小时的后备电能，为意外发生提供可靠的调查数据。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：包括微控制器、传感器模块、模拟信号采集模块、开关信号采集模块、UPS电源模块、电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块和网络传输装置；模拟信号采集模块的输入输出端分别与传感器模块及微控制器相连，开关信号采集模块的输入输出端分别与锅炉控制柜及微控制器相连，电源转换模块、基本系统模块、数据存储模块、数据通信模块、显示报警模块均与微控制器相连，UPS电源模块分别与电源转换模块的输入端及传感器模块的电源端相连，网络传输装置与数据通信模块相连。

2.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述传感器模块包括安装在锅炉尾部烟道位置的烟气温度传感器及烟气氧量传感器、安装在锅炉蒸汽出口位置的蒸汽压力传感器、安装在锅炉主蒸汽管道上的蒸汽温度传感器及蒸汽流量传感器、安装在锅炉给水管道上的给水温度传感器、安装在锅炉房内的环境温度传感器。

3.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述模拟信号采集模块包含用于转换传感器输出电信号的I/V变换电路、用于除去干扰信号的滤波电路和用于隔离放大采集信号的线性光耦隔离电路。

4.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述开关信号采集模块从锅炉控制柜内的继电器、接触器提取开关信号，所述开关信号包括锅炉综合报警信号、锅炉超压报警信号、锅炉高水位信号、锅炉低水位信号、锅炉运行信号、锅炉大火燃烧信号和锅炉小火燃烧信号；所述开关信号经开关信号采集模块内部的光耦隔离电路后接入微控制器。

5.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述数据存储模块包含SD卡接口电路以及用于存储锅炉监测数据的SD卡。

6.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述数据通信模块包含两路分别用于连接网络传输装置及锅炉主控制器的RS485通信接口电路。

7.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述显示报警模块包含LED显示电路以及声光报警电路。

8.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述基本系统模块包含晶振电路、复位电路、以及用于提供时间标识的实时时钟电路。

9.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述电源转换模块包含用于产生5V和3.3V稳定电压的降压稳压电路、滤除供电电压中干扰毛刺和尖峰的去耦电路、以及用于检测输入电压大小的电压检测电路。

10.根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：所述UPS电源模块包括带UPS功能的开关电源及铅酸蓄电池。