CN213241424U - 一种基于5g通信的燃煤电厂储煤监测报警系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，该系统包括：储煤场数据采集单元：包括分别安装在储煤场各监测点处的监测传感器、监测摄像机、信号调理器和FPGA处理器；5G无线通信单元：包括安装在储煤场出入口的无线通讯收发器以及分布在储煤场外的5G基站；数据处理单元：包括与5G基站进行5G通信的核心交换机、移动终端以及分别与核心交换机连接的数据服务器；远程监测报警单元：包括分别与数据服务器连接的远程监测平台、与远程监测平台连接且设置在储煤场内的监测报警设备以及NVR存储器。与现有技术相比，本实用新型具有监测参数种类多、监测参数精度高、监测实时性强、各类数据传输速率快、设备间互联程度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃煤电厂储煤场监控技术领域，尤其是涉及一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统。
背景技术
电力生产具有连续性的特点，在电厂不断耗用燃料的同时，应该随时补充，以保证一定的储煤量，目前电厂用煤均储存在储煤场中，封闭储煤场虽然可以避免恶劣天气对煤场燃料的影响，但是在封闭空间储存煤的过程中，储煤场通风条件较差的问题始终无法有效解决，由于煤堆内部散热较差，极易出现煤堆自燃的情况；由于煤炭自身热量的扩散，氧化过程煤堆会挥发出有毒、有害气体；由于储煤场中卸煤、输煤、堆煤等各种设备的运行，容易产生扬尘，污染环境；加上煤炭长时间储存，出现煤质变化较大的问题。这些情况，都会对电厂经济性、安全性和环保性造成严重的影响。
目前由于封闭储煤场存在人工操作效率低下、传输信号差、场内布线复杂、环境条件差等原因，大部分电厂对封闭储煤场的监测不够重视，只是对单一问题进行改善，没有起到良好的效果，加上对储煤场监控实时性较差，经常因为存煤过少导致停炉或存煤过多导致煤损耗增大，煤的组堆与储存，煤场的监测管理，是电厂中入厂煤与入炉煤之间的中间环节，做好煤的组堆与储存，加强储煤场的监测管理，是火电厂用煤不可忽视的组成部分。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，该系统包括：
储煤场数据采集单元：包括分别安装在储煤场各监测点处的监测传感器、监测摄像机、信号调理器和FPGA处理器，所述的监测传感器包括温度传感器、湿度传感器、光电传感器、CO传感器、O2传感器和CH4传感器，所述的监测摄像机包括高清网络摄像机和全景鹰眼摄像机；
5G无线通信单元：包括安装在储煤场出入口的无线通讯收发器以及分布在储煤场外的5G基站，所述的无线通讯收发器通过FPGA处理器与监测摄像机连接，并且通过FPGA处理器和信号调理器与监测传感器连接；
数据处理单元：包括与5G基站进行5G通信的核心交换机、移动终端以及分别与核心交换机连接的数据服务器；
远程监测报警单元：包括分别与数据服务器连接的远程监测平台、与远程监测平台连接且设置在储煤场内的监测报警设备以及分别与远程监测平台和核心交换机连接的NVR存储器，所述的远程监测平台为一上位PC机以及与上位PC机连接的数据监管服务器。
所述的无线通讯收发器包括无线收发装置、无线CPE和无线网桥，所述的移动终端为智能手机、智能手表、平板电脑或笔记本。
所述的无线收发装置为ADRV9009收发器，所述的无线CPE为TL-CPE500无线终端接入器，所述的无线网桥为NBE-5AC-Gen2无线网桥。
所述的5G基站由机柜、基带单元和射频模块组成，其中，机柜的型号为BTS3900，基带单元的型号为BBU5900，射频模块的型号为DBS5900。
所述的信号调理器包括依次连接的多路转换器、前置放大器、低通滤波器和隔离放大器，所述的多路转换器与监测传感器连接，所述的隔离放大器与FPGA处理器连接。
所述的信号调理器为天康TKWS9010智能信号调理器。
所述的FPGA处理器为赛灵思XC7K410T-1FFG676C或XC7K325T-2FFG9001。
所述的核心交换机的型号为戴尔PowerSwitch N1100，所述的NVR存储器采用海康威视DS-8664N-I16/XT NVR智能存储器。
所述的高清网络摄像机为ZTX-IPC6330HC20S-H光学变焦高清摄像机，所述的全景鹰眼摄像机采用DS-2DP1636-D 360°全景网络高清智能球机。
所述的温度传感器为BD-SP温度传感器或BD-SPC温度传感器，所述的湿度传感器为DHT11温湿度传感器，所述的光电传感器为E3C-LDA分离式光电传感器，所述的CO传感器为MQ217传感器，所述的O2传感器为ME2传感器，所述的CH4传感器为MC202传感器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
一、本实用新型的储煤场数据采集单元具有多种传感器设备和监控设备，可提高监测参数种类和监测精度；信号调理器对采集的数据进行信号处理，提高信号准确性；可编程数据处理模块具有功能强大，集成程度高，控制可靠性好的特点。
二、本实用新型通过5G互联，具有高通信速率、高容量、高可靠性、低延时和低功耗的特点，可以充分利用5G中的切片技术，针对不同的场景将增强型移动宽带、超可靠和低延迟通讯、大规模机器类型通信进行切片化的合理应用。通过5G网络，监测数据和报警信息也可以传输至PC机和移动终端，提高信息传递性和实时性。
三、本实用新型的数据分析服务器和行为分析服务器可以对数据以及监控视频进行处理，处理结果传入远程监测平台实时对监测报警设备进行控制，传输监测数据和发出报警信息，提高储煤场预警能力。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的功能原理框图。
图中标记说明：
1、监测传感器，101、温度传感器，102、湿度传感器，103、光电传感器，104、CO传感器，105、O2传感器，106、CH4传感器，2、监测摄像机，201、高清网络摄像机，202、全景鹰眼摄像机，3、信号调理器，301、多路转换器，302、前置放大器，303、低通滤波器，304、隔离放大器，4、FPGA处理器，5、无线通讯收发器，6、5G基站，7、数据分析服务器，8、行为分析服务器，9、远程监测平台，10、监测报警设备，11、核心交换机，12、NVR存储器，13、移动终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2所示，本实用新型涉及一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，该系统包括储煤场数据采集单元、5G无线通信单元、数据处理单元和远程监测报警单元：
(1)储煤场数据采集单元：包括安装在煤场各监测点上的监测传感器1、监测摄像机2、信号调理模块3和可编程数据处理模块4；其中：
监测传感器1包括温度传感器101、湿度传感器102、光电传感器103、CO传感器104、O2传感器105、CH4传感器106，用来实时采集储煤场煤堆温度信息以及场内环境湿度、粉尘、CO、O2、CH4浓度情况，并将测信息传送至信号调理器中；监测摄像机2包括高清网络摄像机201、全景鹰眼摄像机202，用来进行实时监测场内运行设备行为动作，并将储煤场全景信息和煤堆区域传入可编程数据处理模块进行图像处理。
信号调理器2采用依次连接的多路转换器301，前置放大器302，低通滤波器303，隔离放大器304，用来将模拟信号进行多路转换、放大、滤波、隔离以及调理等，使数据采集单元的性能得到极大改善。
可编程数据处理模块4分别对从监测传感器和监测摄像机采集到的数据进行处理并实现控制；监测传感器采集的数据经调理后传入FPGA处理器中，将模拟信号转换为数字信号，完成数据的高速存储、处理和传输，提高数据实时性，并行数据处理能力可以使得不同的传感器分时工作，互不影响，定时控制，可以节省配置资源。监测摄像机采集到的信号传入FPGA处理器中，实现A/D转换、图像处理、图像识别、图像区域划分、实时控制等功能。FPGA处理器可以使数据更快、更容易且可控地发送至无线通讯收发器。
(2)5G无线通信单元：包括安装在储煤场出入口的无线通讯收发器5以及分布在储煤场外的5G基站6；
无线通讯收发器5包括无线收发装置、无线CPE和无线网桥，可以实现实时数据和指令通过5G无线网络进行传输和接收，并且为可联网设备提供WiFi信号，有利于信息共享。
5G基站6包括机柜、基带单元和射频模块组成，机柜提供设备配电功能并提供传输空间，基带单元集中控制管理整个基站系统，射频模块包括RRU和AAU，RRU主要功能是调制、解调、数据压缩、射频信号和基带信号的放大以及驻波比的检测，AAU是一体化有源天线，AAU的功能主要通过各个功能模块来实现，实现5G网络中转，可以与移动终端13进行互联。
(3)数据处理单元：包括核心交换机11、数据分析服务器7和行为分析服务器8；
核心交换机11放在网络主干部分核心层，通过高速转发通信，提供优化、可靠的骨干传输结构，有更高的可靠性、性能和吞吐量，使数据实现跨区域远程传输；
数据分析服务器7可以实现将监测传感器的数据进行存储和快速处理，分析各传感器数据的上下限值，计算监测报警阈值，将结果传入远程监测平台统一管理，支持数据查询，提高数据在网络中的共享性能；
行为分析服务器8可以实现将监测摄像机传来的储煤场信息进行处理和分析，计算出储煤场各煤堆堆放位置和区域范围，并对储煤场中卸煤、输煤、堆煤等各种设备的运行进行监督，判断运行设备误操作，将结果传入远程监测平台统一管理，提供报警依据。
(4)远程监测报警单元：包括NVR存储器12、远程监测平台9和放置在储煤场的监测报警设备10。
NVR存储器12收到核心交换机传输的视频数据，并将数据进行存储、预览、管理和网传，在远程监测平台中形成对应的NVR软件；
远程监测平台9包括NVR软件、数据分析软件、行为分析软件等，还包括数据库服务模块、管理服务模块、接入服务模块、报警服务模块、存储管理服务模块、Web服务模块等等，完成各种数据信息的交互，集管理、交换、处理、存储和转发于一体，是监控系统能稳定、可靠、安全运行的先决条件。支持随时抽查全部传感器监测资源，视频监控资源，接收报警信息，查阅各类统计数据，实现管理的高度集中化，做到管控一体集中处理。
监测报警设备10包括显示屏、嵌入式报警器和各种移动终端。远程监测平台经过分析和处理，控制嵌入式报警器发出报警信号并将具体报警原因信息进行传输；显示屏主要显示各监测传感器的监测数值以及报警时的具体原因，提高系统的预警性和指导性。报警信号可直接通过5G无线网络传入各PC机以及移动终端。
本实用新型的储煤场数据采集单元、5G无线通信单元、数据处理单元和远程监测报警单元依次相连，利用5G无线传输完成对储煤场进行监测与报警。
根据燃煤电厂储煤场监测原理、报警类型和对报警显示功能的需求，在某电厂储煤场中每个固定煤堆区域设置温度测点，温度测点主要分为煤堆内部和外部；煤堆内部测点采用插入式测温，插入式测温探杆长2.5米，内置3个测温点，将BD-SP温度传感器和TKWS9010信号调理器布置在测点上，测温范围-200～800℃，满足测温要求；煤堆外部测点分布在挡煤墙中，每隔5m设置一组，一组三个测点，每个测点设置一个BD-SPC温度传感器和一个TKWS9010信号调理器，测温范围-250～850℃，满足测温要求；当煤堆局部温度不足60℃时，每隔5分钟测一次数据，当温度达到60℃时，开始发出警报信号并且每30秒测一次数据，当温度达到80℃以上，自燃就会随时发生，报警信号更加频繁，每1秒测一次数据，实时监测。控制方式由FPGA模块进行编程。数据传输采用无线方式，将监测到的温度数据传输至PC机，实现快速监测，精度高且不受环境影响。
环境湿度对煤质和煤堆温度产生较大影响，环境湿度高，煤堆表面煤质特性变差，热值降低，影响入炉煤品质，煤堆内部由于吸水增多，煤堆温度升高，氧化速度加快，引起自燃。采用DHT11温湿度传感器对储煤场内湿度进行监测，测量范围0～100％RH，满足测量范围，当环境湿度大于等于70％RH时，发出报警信号。湿度传感器DHT11和TKWS9010信号调理器设置在挡煤墙中，每隔10m设置一个测点。
由于储煤场中卸煤、输煤、堆煤等各种设备的运行，煤炭粉尘污染严重。采用E3C-LDA分离式光电传感器进行测定，一旦携带粉尘的空气流过设备中的光敏感区，光波入射被粉尘颗粒遮挡，粉尘产生的散射光被透镜汇聚到光接收器件上，接收到的散射光强与被测粉尘颗粒物的粒径和浓度存在一定的比例关系，从而将散射光信号转换成电信号，电信号的强弱与粉尘粒径和浓度成比例，经过信号调理器，被处理和放大的信号可以被使用。E3C-LDA分离式光电传感器，测量范围0.01～15mg/m3，满足测量范围，当粉尘浓度大于等于10mg/m3时，发出报警信号。在产尘点上风向设置1个测点，在产尘下风向适当位置设置4个测点，每个测点分别设置一个E3C-LDA分离式光电传感器和一个TKWS9010信号调理器。
在封闭式储煤场环境中，有大量可燃气体和有害气体悬浮在空中，存在安全隐患。采用MQ217-CO传感器，采用ME2-O2传感器，采用MC202-CH4传感器对煤场中气体进行监测。当CO浓度大于0.03％，O2浓度低于18％，CH4浓度大于1.5％，都会发出报警信号，引起注意。
摄像机是储煤场状态以及行为分析的原始信号源，主要负责各个监控点现场视频信号的采集，并将其传输给视频处理设备。ZTX-IPC6330HC20S-H光学变焦高清摄像机主要负责对操作设备及员工的行为规范和现场煤堆状况等信息进行监控，当行为不规范、煤堆角度大于45°等会发出报警信号，满足储煤场现场实时监控可视化，视频监控测点分布在储煤场出入口、煤堆存放区域、现场设备运行区域和内部道路区域，摄像机最高分辨率可达200万像素，并在此分辨率下可输出30fps实时图像，图像更流畅，支持透雾、电子防抖；支持宽动态120dB，支持ONVIF(profile S/profile G)、ISAPI、GB/T28181和E-HOME接入，支持五码流技术，双路高清，支持同时20路取流，支持标准的256G Micro SD/Micro SDHC/MicroSDXC卡存储，支持10M/100M/1000M自适应网口，支持三级用户权限管理，支持授权的用户和密码，支持IP地址过滤。DS-2DP1636-D 360°全景网络高清智能球机主要负责储煤场全景监控、煤堆区域划分、记录煤堆存放时间和位置、定位储煤场未利用区域和重构三维储煤场等功能，当煤堆区域超出或位置不正确、发现未利用区域、煤堆存放时间过长等问题都会发出报警信号，测点安装在储煤场制高点，具有6个1/1.8＂4MP Progressive Scan CMOS，最高分辨率及帧率可达8160×2400@30fps，支持360°视场角，支持40倍光学变倍，16倍数字变倍，采用高效红外阵列，低功耗，照射距离最远可达250m，支持目标自动跟踪功能和多目标自动切换。
随着5G电力网络切片技术的完善，电厂中存在的生产管理问题将进一步被解决和完善。利用5G网络uRLLC切片，将报警信号通过5G网络传输，可实现低延迟控制报警设备；利用5G网络mMTC切片，将储煤场的温度、粉尘浓度、气体浓度等测点信息，通过5G网络进行远程监测报警；利用5G网络eMBB切片，实现储煤场设备在厂区内部位置的实时定位，发现司机状态异常，及时报警，并且可以适应摄像头高清视频回传等功能。可以使得5G网络在储煤场中充分利用，高效地监测和报警。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，该系统包括：
储煤场数据采集单元：包括分别安装在储煤场各监测点处的监测传感器(1)、监测摄像机(2)、信号调理器(3)和FPGA处理器(4)，所述的监测传感器(1)包括温度传感器(101)、湿度传感器(102)、光电传感器(103)、CO传感器(104)、O2传感器(105)和CH4传感器(106)，所述的监测摄像机(2)包括高清网络摄像机(201)和全景鹰眼摄像机(202)；
5G无线通信单元：包括安装在储煤场出入口的无线通讯收发器(5)以及分布在储煤场外的5G基站(6)，所述的无线通讯收发器(5)通过FPGA处理器(4)与监测摄像机(2)连接，并且通过FPGA处理器(4)和信号调理器(3)与监测传感器(1)连接；
数据处理单元：包括与5G基站(6)进行5G通信的核心交换机(11)、移动终端以及分别与核心交换机(11)连接的数据服务器；
远程监测报警单元：包括分别与数据服务器连接的远程监测平台(9)、与远程监测平台(9)连接且设置在储煤场内的监测报警设备(10)以及分别与远程监测平台(9)和核心交换机(11)连接的NVR存储器(12)，所述的远程监测平台(9)为一上位PC机以及与上位PC机连接的数据监管服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的无线通讯收发器(5)包括无线收发装置、无线CPE和无线网桥，所述的移动终端为智能手机、智能手表、平板电脑或笔记本。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的无线收发装置为ADRV9009收发器，所述的无线CPE为TL-CPE500无线终端接入器，所述的无线网桥为NBE-5AC-Gen2无线网桥。
4.根据权利要求2所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的5G基站(6)由机柜、基带单元和射频模块组成，其中，机柜的型号为BTS3900，基带单元的型号为BBU5900，射频模块的型号为DBS5900。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的信号调理器(3)包括依次连接的多路转换器(301)、前置放大器(302)、低通滤波器(303)和隔离放大器(304)，所述的多路转换器(301)与监测传感器(1)连接，所述的隔离放大器(304)与FPGA处理器(4)连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的信号调理器(3)为天康TKWS9010智能信号调理器。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的FPGA处理器(4)为赛灵思XC7K410T-1FFG676C或XC7K325T-2FFG9001。
8.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的核心交换机(11)的型号为戴尔PowerSwitch N1100，所述的NVR存储器(12)采用海康威视DS-8664N-I16/XT NVR智能存储器。
9.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的高清网络摄像机(201)为ZTX-IPC6330HC20S-H光学变焦高清摄像机，所述的全景鹰眼摄像机(202)采用DS-2DP1636-D 360°全景网络高清智能球机。
10.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的燃煤电厂储煤监测报警系统，其特征在于，所述的温度传感器(101)为BD-SP温度传感器或BD-SPC温度传感器，所述的湿度传感器(102)为DHT11温湿度传感器，所述的光电传感器(103)为E3C-LDA分离式光电传感器，所述的CO传感器(104)为MQ217传感器，所述的O2传感器(105)为ME2传感器，所述的CH4传感器(106)为MC202传感器。
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|---|---|---|---|
| CN202022703155.5U CN213241424U (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种基于5g通信的燃煤电厂储煤监测报警系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202022703155.5U CN213241424U (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种基于5g通信的燃煤电厂储煤监测报警系统 |
Publications (1)
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| CN213241424U true CN213241424U (zh) | 2021-05-18 |
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ID=75883315
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| CN202022703155.5U Active CN213241424U (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种基于5g通信的燃煤电厂储煤监测报警系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN213241424U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113643515A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-12 | 张家港智能电力研究院有限公司 | 一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统 |
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2020
- 2020-11-20 CN CN202022703155.5U patent/CN213241424U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN113643515A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-12 | 张家港智能电力研究院有限公司 | 一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统 |
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