CN204535749U - 一种基于plc的通用型锅炉物联网监测信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统。采用外接传感器结合PLC进行监测和采集，包括采集组块、供电组块、PLC组块、视频组块和通讯组块。采集组块用于各类信号采集，供电组块用于转换电源及对终端各元器件进行供电，PLC组块用于对各类信号进行汇总、编码，视频组块用于采集锅炉房视频信号，通讯组块用于信号传输。本实用新型实现了对于多种锅炉通用的物联网在线监测与信号采集，模块化设计，开发周期短，维修更换方便，为工业锅炉物联网系统的建设提供保障，通用性强。

Description

一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统

技术领域

本实用新型属于一种物联网信号采集系统，特别是涉及锅炉物联网在线监测技术领域的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，适合多类型工业锅炉的安全与节能在线监测。

背景技术

锅炉物联网在线监测技术是通过对锅炉系统不同部位安装各型传感器，或者利用锅炉现有传感器，将锅炉的实时运行参数采集、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，并以视频、电话、短信或现场诊断等方式对运行锅炉开展有针对性的优化运行指导。该系统能解决在用工业锅炉，特别是燃煤工业锅炉普遍无运行参数仪表系统，作业人员和管理人员无法掌握锅炉运行状态，而难调整运行状态的问题，能形成人机互补关系，提高锅炉操作管理水平，实现锅炉动态监管。不仅有效减少锅炉安全事故的发生，而且能提高锅炉效率，促进节能减排。

目前，我国在用锅炉数量众多、布点分散，给锅炉物联网监测系统推广应用带来难度，特别是工业锅炉，炉型众多（包括燃油（气）、燃煤和生物质等锅炉）、品牌烦杂，给锅炉物联网监测系统安装施工带来了很大困难。因此，设计一种适用于各类炉型、各类品牌工业锅炉的通用型物联网在线监测信号采集系统势在必行。

实用新型内容

为了克服上述技术问题，本实用新型提出一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，采用外接传感器结合PLC采集的方案，模块化设计，开发周期短，维修更换方便，可为工业锅炉物联网系统的建设与推广提供保障。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型包括用于采集锅炉信号的采集组块、PLC组块、通讯组块、视频组块以及用于为上述各个组块供电的供电组块，采集组块经PLC组块与通讯组块连接，视频组块与PLC组块、通讯组块连接。

所述的采集组块包括锅炉主控柜采集器、电量表、水质硬度报警仪、压力传感器、给水流量计、燃料计量仪、氧量传感器、给水温度传感器、环境温度传感器、蒸汽温度传感器、排烟温度传感器、氧量PCB板、开关量端子排、模拟量端子排和温度端子排，采集组块采集的信号包括开关量信号、模拟量信号和温度信号；锅炉主控柜采集器、电量表、水质硬度报警仪采集的开关量信号经开关量端子排与所述PLC组块的开关量输入模块连接；氧量传感器采集的模拟量信号经氧量PCB板后，与压力传感器、给水流量计和燃料计量仪采集的模拟量信号一起经模拟量端子排与所述PLC组块的模拟量输入模块连接；水温度传感器、环境温度传感器、蒸汽温度传感器和排烟温度传感器采集的温度信号经温度端子排与所述PLC组块的温度测量模块连接。

所述的PLC组块包括温度测量模块、模拟量输入模块、PLC主机、开关量输入模块和通讯扩展模块；温度测量模块、模拟量输入模块和开关量输入模块分别接收来自采集组块的开关量信号、模拟量信号和温度信号，温度测量模块、模拟量输入模块和开关量输入模块经PLC主机连接到通讯扩展模块，通讯扩展模块与所述通讯组块连接。

所述的视频组块包括网络摄像头，网络摄像头经通讯组块连接互联网。

所述的通讯组块包括数据传输单元（DTU），所述PLC组块和视频组块经数据传输单元（DTU）通过无线方式与互联网连接。

所述的通讯组块包括路由器、信号端VPN服务器和调制解调器，所述PLC组块和视频组块依次经路由器、信号端VPN服务器和调制解调器通过有线方式与互联网连接。

所述的供电组块包括断路器、熔断器、第一24V转换电源、第二24V转换电源和12V转换电源，锅炉的主控柜输出220V交流电经供电线路接入断路器，断路器经熔断器分为三路：第一路作为220V交流电源连接所述采集组块的水质硬度报警仪、所述视频组块的网络摄像头、所述通讯组块的数据传输单元和信号端VPN服务器以及报警灯与蜂鸣器进行供电；第二路分别经第一24V转换电源和第二24V转换电源转化为24V直流电，第一24V转换电源连接PLC组块供电，第二24V转换电源连接所述采集组块的氧量PCB板供电；第三路经12V转换电源转化为12V直流电，12V转换电源连接所述采集组块的压力传感器供电。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用外接传感器结合PLC采集的方案，模块化设计，开发周期短，维修更换方便，可为工业锅炉物联网系统的建设与推广提供保障。

由于传感器适用于燃油（气）、燃煤和生物质等锅炉的参数采集，并预留有足够采集通道，因此本实用新型适用于各类炉型、各类品牌工业锅炉，适合多类型工业锅炉的安全与节能在线监测。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-锅炉主控柜采集器，2-电量表，3-水质硬度报警仪，4-蒸汽压力传感器，5-给水流量计，6-燃料计量仪，7-排烟氧量传感器，8-给水温度传感器，9-环境温度传感器，10-蒸汽温度传感器，11-排烟温度传感器，12-氧量PCB板，13-开关量端子排，14-模拟量端子排，15-温度端子排，16-温度测量模块，17-模拟量输入模块，18-PLC主机，19-开关量输入模块，20-通讯扩展模块，21-断路器，22-熔断器，23-第一24V转换电源，24-第二24V转换电源，25-12V转换电源，26-报警灯与蜂鸣器，27-网络摄像头，28-数据传输单元（DTU），29-路由器，30-信号端VPN服务器，31-调制解调器，32-互联网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括用于采集锅炉信号的采集组块、PLC组块、通讯组块、视频组块以及用于为上述各个组块供电的供电组块，采集组块经PLC组块与通讯组块连接，视频组块与PLC组块、通讯组块连接。

如图1所示，采集组块包括锅炉主控柜采集器1、电量表2、水质硬度报警仪3、压力传感器4、给水流量计5、燃料计量仪6、氧量传感器7、给水温度传感器8、环境温度传感器9、蒸汽温度传感器10、排烟温度传感器11、氧量PCB板12、开关量端子排13、模拟量端子排14和温度端子排15，采集组块采集的信号包括开关量信号、模拟量信号和温度信号。

锅炉主控柜采集器1、电量表2、水质硬度报警仪3采集的开关量信号经开关量端子排13与所述PLC组块的开关量输入模块19连接；氧量传感器7采集的模拟量信号经氧量PCB板12后，与压力传感器4、给水流量计5和燃料计量仪6采集的模拟量信号一起经模拟量端子排14与所述PLC组块的模拟量输入模块17连接；水温度传感器8、环境温度传感器9、蒸汽温度传感器10和排烟温度传感器11采集的温度信号经温度端子排15与所述PLC组块的温度测量模块16连接。

如图1所示，PLC组块包括温度测量模块16、模拟量输入模块17、PLC主机18、开关量输入模块19和通讯扩展模块20，PLC组块品牌为台达，PLC主机18型号为DVP-28SV11R，模拟量输入模块17型号为DVP06AD-S，温度测量模块16型号为DVP04TC-S，通讯扩展模块20型号为DVPENO1-S；温度测量模块16、模拟量输入模块17和开关量输入模块19分别接收来自采集组块的开关量信号、模拟量信号和温度信号，温度测量模块16、模拟量输入模块17和开关量输入模块19经PLC主机18连接到通讯扩展模块20，通讯扩展模块20与所述通讯组块连接。

如图1所示，视频组块包括网络摄像头27，网络摄像头27经通讯组块连接互联网32。

如图1所示，一种通讯组块包括数据传输单元DTU28，所述PLC组块和视频组块经数据传输单元DTU通过无线方式与互联网32连接。

如图1所示，另一种通讯组块包括路由器29、信号端VPN服务器30和调制解调器31，所述PLC组块和视频组块依次经路由器29、信号端VPN服务器30和调制解调器31通过有线方式与互联网32连接。

如图1所示，供电组块包括断路器21、熔断器22、第一24V转换电源23、第二24V转换电源24和12V转换电源25，锅炉的主控柜输出220V交流电经供电线路接入断路器21，断路器21经熔断器22分为三路：

第一路作为220V交流电源连接所述采集组块的水质硬度报警仪3、所述视频组块的网络摄像头27、所述通讯组块的数据传输单元DTU28和信号端VPN服务器30以及报警灯与蜂鸣器26进行供电；

第二路分别经第一24V转换电源23和第二24V转换电源24转化为24V直流电，第一24V转换电源23连接PLC组块供电，第二24V转换电源24连接所述采集组块的氧量PCB板12供电；

第三路经12V转换电源25转化为12V直流电，12V转换电源25连接所述采集组块的压力传感器4供电。

本实用新型采用外接传感器结合PLC采集的方案，模块化设计，主要由采集组块、供电组块、PLC组块、视频组块和通讯组块五部分组成。采集组块负责各类信号采集，供电组块负责转换电源及对终端各元器件进行供电，PLC组块负责对各类信号进行汇总、编码，视频组块负责采集锅炉房视频信号，通讯组块负责信号传输。

采集组块中，锅炉主控柜采集器用来从锅炉主控制柜内的继电器、接触器提取开关量信号，开关量信号包括综合报警信号、超压报警信号、高水位信号、低水位信号、运行信号、鼓风机信号；电量表用来获取锅炉及附属设备耗电量并提供耗电量信号，耗电量信号为开关量信号；水质硬度报警仪用来在线监测锅炉给水硬度并发出超标报警信号，超标报警信号为开关量信号；压力传感器用来采集锅炉蒸汽压力信号，蒸汽压力信号为0～5V电压模拟量信号；给水流量计用来采集锅炉给水量信号，给水量信号为4～20mA电流模拟量信号；燃料计量计用来获取燃料量信号，分为燃煤计量装置和燃油气计量计，燃料量信号为4～20mA电流模拟量信号；氧量传感器用来采集锅炉尾部烟道排烟氧含量信号，由氧化锆探头和PCB板两部分组成，排烟氧含量信号为4～20mA电流模拟量信号；温度传感器为K型热电偶，用来采集锅炉各部位温度信号，温度信号包括给水温度、环境温度、蒸汽温度和排烟温度，温度信号为4～20mA电流模拟量信号；端子排用来给信号线路和电源线路按要求排序，便于接线。

供电组块中，断路器用来做终端总开关；熔断器用来切断故障电路，保护终端安全；转换电源用来将220V交流电转换为12V或24V电源，并给终端各元器件供电。

PLC组块中，温度测量模块预留2组共8路信号采集通道，用来接入温度传感器采集来的模拟量信号；模拟量输入模块预留6路信号采集通道，用来接入给水流量计、燃料计量仪、氧量传感器采集来的电流模拟量信号和压力传感器采集来的电压模拟量信号；开关量输入模块内置于PLC主机上，用来接入锅炉主控柜、电量表和水质硬度报警仪采集来的开关量信号；PLC主机内置RS-232/485通讯接口，Modbus通讯协议，负责对采集来的开关量信号和模拟量信号进行汇总、编码；通讯扩展模块内置1个RS-232通讯接口，1个标准以太网通讯接口，Modbus通讯协议，用来与外置的通讯组块对接通讯。

通讯组块中，数据传输单元DTU通过RS485通讯接口，并由RS-232转RS-485通讯接口连接线与PLC通讯扩展模块的RS-232通讯接口相连，采用Modbus-RTU透明通讯方式，用于锅炉房无ADSL宽带的无线传输；路由器、信号端VPN服务器和调制解调器由网线与PLC通讯扩展模块的以太网通讯接口连接，采用Modbus-TCP通讯方式，用于锅炉房有ADSL宽带的有线传输。

视频组块可由网络摄像头、通讯线路和供电组成，网络摄像头用来采集锅炉房视频信号。

本实用新型的具体实施如下：

采集组块由锅炉主控柜采集器1、电量表2、水质硬度报警仪3、压力传感器4、给水流量计5、燃料计量仪6、氧量传感器7、给水温度传感器8、环境温度传感器9、蒸汽温度传感器10、排烟温度传感器11、氧量PCB板12、开关量端子排13、模拟量端子排14、温度端子排15组成，用来采集各类信号，采集的信号分为开关量信号、模拟量信号和温度信号三类。由锅炉主控柜采集器1和水质硬度报警仪3采集的开关量信号，经各自信号线路接入开关量端子排13排序，并按顺序由开关量输入模块19I/O通讯接口接入PLC；由电量表2采集的开关量信号，经内置RS-485通讯接口接出的信号线路接入开关量端子排13排序，并由开关量输入模块19的RS-485通讯接口接入PLC。由压力传感器4、给水流量计5和燃料计量仪6采集的模拟量信号，经各自信号线路接入模拟量端子排14排序，并按顺序由模拟量输入模块17的I/O通讯接口接入PLC；由氧量传感器7采集的信号，经氧量PCB板12收集并转换为模拟量信号，并经信号线路接入模拟量端子排14排序，并由模拟量输入模块17I/O通讯接口接入PLC。由给水温度传感器8、环境温度传感器9、蒸汽温度传感器10和排烟温度传感器11采集的温度信号，经各自信号线路接入温度端子排15排序，并按顺序由温度测量模块16I/O通讯接口接入PLC。

供电组块由断路器21、熔断器22、24V转换电源123、24V转换电源224、12V转换电源25组成。本终端的总电源从锅炉的主控柜内取出，为220V交流电，经供电线路接入断路器21，断路器21为本终端总开关。熔断器22用来切断故障电路，保护终端安全，与断路器21相连。从熔断器22出来的供电线路分为三类，第一类是220V交流电路，可直接为水质硬度报警仪3、报警灯与蜂鸣器26、网络摄像头27、数据传输单元DTU28和信号端VPN服务器30供电；第二类是24V直流电路，220V交流电由24V转换电源123转换为24V直流电为PLC供电，24V转换电源224转换为24V直流电为氧量PCB板12供电；第三类是12V直流电路，220V交流电由12V转换电源25转换为12V直流电，为压力传感器4供电。

PLC组块由温度测量模块16、模拟量输入模块17、PLC主机18、开关量输入模块19和通讯扩展模块20组成。从温度测量模块16、模拟量输入模块17和开关量输入模块19采集的开关量信号、模拟量信号和温度信号，经内部电路接入PLC主机18，再由PLC主机18对信号进行汇总、编码，并经内部电路转入到通讯扩展模块20，并由通讯扩展模块20的RS232-通讯接口和以太网通讯接口与外置的通讯组块对接通讯。

视频组块由网络摄像头27、通讯线路和电源线路组成，网络摄像头27内置3G卡槽和以太网通讯接口，可将采集的锅炉房视频信号通过有线或无线方式传输到互联网32上。

通讯组块包括数据传输单元DTU28、路由器29、信号端VPN服务器30和调制解调器31。数据传输单元DTU28通过RS485通讯接口，并由RS-232转RS-485通讯接口连接线与PLC通讯扩展模块20的RS-232通讯接口相连，采用Modbus-RTU透明通讯方式；路由器29、信号端VPN服务器30和调制解调器31由网线与PLC通讯扩展模块20的以太网通讯接口连接，采用Modbus-TCP通讯方式。

由此，本实用新型实现了对于多种锅炉通用的物联网在线监测与信号采集，模块化设计，为工业锅炉物联网系统的建设提供保障，通用性强，具有显著的技术效果。

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 (7)

1. 一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：包括用于采集锅炉信号的采集组块、PLC组块、通讯组块、视频组块以及用于为上述各个组块供电的供电组块，采集组块经PLC组块与通讯组块连接，视频组块与PLC组块、通讯组块连接。

2. 根据权利要求1所述的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：所述的采集组块包括锅炉主控柜采集器（1）、电量表（2）、水质硬度报警仪（3）、压力传感器（4）、给水流量计（5）、燃料计量仪（6）、氧量传感器（7）、给水温度传感器（8）、环境温度传感器（9）、蒸汽温度传感器（10）、排烟温度传感器（11）、氧量PCB板（12）、开关量端子排（13）、模拟量端子排（14）和温度端子排（15），采集组块采集的信号包括开关量信号、模拟量信号和温度信号；

锅炉主控柜采集器（1）、电量表（2）、水质硬度报警仪（3）采集的开关量信号经开关量端子排（13）与所述PLC组块的开关量输入模块（19）连接；

氧量传感器（7）采集的模拟量信号经氧量PCB板（12）后，与压力传感器（4）、给水流量计（5）和燃料计量仪（6）采集的模拟量信号一起经模拟量端子排（14）与所述PLC组块的模拟量输入模块（17）连接；

水温度传感器（8）、环境温度传感器（9）、蒸汽温度传感器（10）和排烟温度传感器（11）采集的温度信号经温度端子排（15）与所述PLC组块的温度测量模块（16）连接。

3. 根据权利要求2所述的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：所述的PLC组块包括温度测量模块（16）、模拟量输入模块（17）、PLC主机（18）、开关量输入模块（19）和通讯扩展模块（20）；

温度测量模块（16）、模拟量输入模块（17）和开关量输入模块（19）分别接收来自采集组块的开关量信号、模拟量信号和温度信号，温度测量模块（16）、模拟量输入模块（17）和开关量输入模块（19）经PLC主机（18）连接到通讯扩展模块（20），通讯扩展模块（20）与所述通讯组块连接。

4. 根据权利要求1所述的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：所述的视频组块包括网络摄像头（27），网络摄像头（27）经通讯组块连接互联网（32）。

5. 根据权利要求1所述的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：所述的通讯组块包括数据传输单元（28），所述PLC组块和视频组块经数据传输单元通过无线方式与互联网（32）连接。

6. 根据权利要求1所述的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：所述的通讯组块包括路由器（29）、信号端VPN服务器（30）和调制解调器（31），所述PLC组块和视频组块依次经路由器（29）、信号端VPN服务器（30）和调制解调器（31）通过有线方式与互联网（32）连接。

7. 根据权利要求1～6任一所述的一种基于PLC的通用型锅炉物联网监测信号采集系统，其特征在于：所述的供电组块包括断路器（21）、熔断器（22）、第一24V转换电源（23）、第二24V转换电源（24）和12V转换电源（25），锅炉的主控柜输出220V交流电经供电线路接入断路器（21），断路器（21）经熔断器（22）分为三路：第一路作为220V交流电源连接所述采集组块的水质硬度报警仪（3）、所述视频组块的网络摄像头（27）、所述通讯组块的数据传输单元（28）和信号端VPN服务器（30）以及报警灯与蜂鸣器（26）进行供电；第二路分别经第一24V转换电源（23）和第二24V转换电源（24）转化为24V直流电，第一24V转换电源（23）连接PLC组块供电，第二24V转换电源（24）连接所述采集组块的氧量PCB板（12）供电；第三路经12V转换电源（25）转化为12V直流电，12V转换电源（25）连接所述采集组块的压力传感器（4）供电。