通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置。包括微控制器、傳感器模塊、模擬信號采集模塊、開關(guān)信號采集模塊、UPS電源模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示報警模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置。模擬信號采集模塊分別與傳感器模塊及微控制器相連，開關(guān)信號采集模塊分別與鍋爐控制柜及微控制器相連，電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示報警模塊均與微控制器相連。本實用新型采用微控制器構(gòu)成PCB電路板方案，具有很強的通用性，適合于各類型、各品牌的工業(yè)鍋爐，性價比高，有利于市場推廣應(yīng)用，可為鍋爐安全與節(jié)能監(jiān)測、鍋爐故障和事故調(diào)查提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，尤其是涉及一種通用型工業(yè)鍋爐安全與 節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置。 通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前我國的工業(yè)鍋爐存在眾多不足，例如機械化和自動化程度低、效率低、耗能 高、污染嚴(yán)重，同時，鍋爐操作人員普遍素質(zhì)不高，責(zé)任心不強，對壓力、溫度、水位等動態(tài)參 數(shù)的監(jiān)控不嚴(yán)，易產(chǎn)生鍋爐事故。從現(xiàn)有的監(jiān)管手段來看，由于工業(yè)鍋爐容量小、數(shù)量大、布 點分散，難以集中監(jiān)管，區(qū)域范圍內(nèi)的所有工業(yè)鍋爐的基本信息及安全節(jié)能動態(tài)監(jiān)管數(shù)據(jù) 難以獲取，這給更全面的安全監(jiān)察和能耗監(jiān)測帶來一定難度。
[0003] 目前判斷鍋爐是否節(jié)能運行的常規(guī)做法是現(xiàn)場能效測試。服務(wù)機構(gòu)根據(jù)測試情況 開出診斷書，提出鍋爐效能提升改造方案。由于鍋爐運行是動態(tài)過程，經(jīng)能效調(diào)試改良后的 鍋爐在運行一段時間后，又會出現(xiàn)能效比下降的情況。要讓鍋爐長期保持最佳運行狀態(tài)，就 必須加強日常運行情況的監(jiān)測，隨時處理和調(diào)整運行方式。此外，能效檢測工作通常采用 人工現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)，會存在數(shù)據(jù)記錄不連續(xù)、不完整等情況，難以有效獲取鍋爐運行動態(tài)數(shù) 據(jù)。
[0004] 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是解決上述問題的一項重要技術(shù)方案。通過 安裝傳感器，或者利用鍋爐現(xiàn)有傳感器，將工業(yè)鍋爐的實時狀態(tài)參數(shù)采集、編碼、并傳送至 遠(yuǎn)程管理平臺，進一步分析計算并評價被測鍋爐的安全及能效指標(biāo)，并以互聯(lián)網(wǎng)為載體實 時動態(tài)發(fā)布被監(jiān)測鍋爐的運行情況。
[0005] 在鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，前端的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置要適應(yīng)各類型、各品牌、 各種環(huán)境下的工業(yè)鍋爐，現(xiàn)有的采集裝置有采用外接傳感器結(jié)合PLC采集的方案，也有通 過與鍋爐主控制器通訊而提取鍋爐狀態(tài)參數(shù)的方案，前者雖然開發(fā)周期短，但裝置的生產(chǎn) 成本高，市場推廣難度大，而后者常常受限于鍋爐制造廠對通訊協(xié)議的開放。因此提出一種 適用于各類爐型、各類品牌的通用型工業(yè)鍋爐運行參數(shù)采集裝置，以高性價比的方式采集 地區(qū)范圍內(nèi)每臺鍋爐的運行狀態(tài)，為鍋爐物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)與推廣提供保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述【背景技術(shù)】的不足，本實用新型的目的是提出一種通用型工業(yè)鍋爐安 全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，實現(xiàn)工業(yè)鍋爐的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測。
[0007] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 本實用新型包括微控制器、傳感器模塊、模擬信號采集模塊、開關(guān)信號采集模塊、 UPS電源模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示報警模塊 和網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置；模擬信號采集模塊的輸入輸出端分別與傳感器模塊及微控制器相連，開 關(guān)信號采集模塊的輸入輸出端分別與鍋爐控制柜及微控制器相連，電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系 統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示報警模塊均與微控制器相連，UPS電源模塊分 別與電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端及傳感器模塊的電源端相連，網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置與數(shù)據(jù)通信模塊相 連。
[0009] 所述傳感器模塊包括安裝在鍋爐尾部煙道位置的煙氣溫度傳感器及煙氣氧量傳 感器、安裝在鍋爐蒸汽出口位置的蒸汽壓力傳感器、安裝在鍋爐主蒸汽管道上的蒸汽溫度 傳感器及蒸汽流量傳感器、安裝在鍋爐給水管道上的給水溫度傳感器、安裝在鍋爐房內(nèi)的 環(huán)境溫度傳感器。
[0010] 所述模擬信號采集模塊包含用于轉(zhuǎn)換傳感器輸出電信號的I/V變換電路、用于除 去干擾信號的濾波電路和用于隔離放大采集信號的線性光耦隔離電路。
[0011] 所述開關(guān)信號采集模塊從鍋爐控制柜內(nèi)的繼電器、接觸器提取開關(guān)信號，所述開 關(guān)信號包括鍋爐綜合報警信號、鍋爐超壓報警信號、鍋爐高水位信號、鍋爐低水位信號、鍋 爐運行信號、鍋爐大火燃燒信號和鍋爐小火燃燒信號；所述開關(guān)信號經(jīng)開關(guān)信號采集模塊 內(nèi)部的光耦隔離電路后接入微控制器。
[0012] 所述數(shù)據(jù)存儲模塊包含SD卡接口電路以及用于存儲鍋爐監(jiān)測數(shù)據(jù)的SD卡。
[0013] 所述數(shù)據(jù)通信模塊包含兩路分別用于連接網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置及鍋爐主控制器的RS485 通信接口電路。
[0014] 所述顯示報警模塊包含LED顯示電路以及聲光報警電路。
[0015] 所述基本系統(tǒng)模塊包含晶振電路、復(fù)位電路、以及用于提供時間標(biāo)識的實時時鐘 電路。
[0016] 所述電源轉(zhuǎn)換模塊包含用于產(chǎn)生5V和3. 3V穩(wěn)定電壓的降壓穩(wěn)壓電路、濾除供電 電壓中干擾毛刺和尖峰的去耦電路、以及用于檢測輸入電壓大小的電壓檢測電路。
[0017] 所述UPS電源模塊包括帶UPS功能的開關(guān)電源及鉛酸蓄電池。
[0018] 與【背景技術(shù)】相比，本實用新型具有的有益效果是：
[0019] 1.具有很強的通用性，適合于各類型、各品牌的工業(yè)鍋爐，無論鍋爐主控制器是否 開放通訊協(xié)議，均能夠可靠采集到鍋爐安全與節(jié)能監(jiān)測所需的運行參數(shù)，并傳送至遠(yuǎn)程監(jiān) 測管理平臺。
[0020] 2.具有很好經(jīng)濟性，相比現(xiàn)有基于PLC系統(tǒng)的鍋爐監(jiān)測采集裝置，本裝置采用微 控制器構(gòu)成PCB電路板方案，成本低，性價比高，更有利于市場推廣應(yīng)用。
[0021] 3.具有較高性能，帶光耦隔離的信號采集模塊確保了系統(tǒng)安全，大容量的SD存儲 卡、具備續(xù)航能力的電源模塊為鍋爐的故障和事故調(diào)查提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0024] 如圖1所示，通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置包括：微控制器、 傳感器模塊、模擬信號采集模塊、開關(guān)信號采集模塊、UPS電源模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系 統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示報警模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置。所述模擬信號采集模 塊、開關(guān)信號采集模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示 報警模塊均與微控制器相連。
[0025] 微控制器采用高性能、低功耗、具有先進RISC構(gòu)架的8位AVR嵌入式單片機 ATmegal28L-16AU，其內(nèi)部具備 128K Flash、4K EEPR0M、4K SRAM、8 路 10 位 ADC、53 個可編 程I/O 口、2個可編程串行USART、1路SPI串行接口、最高工作頻率可達16 MHz。
[0026] 傳感器模塊包括安裝在鍋爐尾部煙道位置的煙氣溫度傳感器及煙氣氧量傳感器、 安裝在鍋爐蒸汽出口位置的蒸汽壓力傳感器、安裝在鍋爐主蒸汽管道上的蒸汽溫度傳感器 及蒸汽流量傳感器、安裝在鍋爐給水管道上的給水溫度傳感器、安裝在鍋爐房內(nèi)的環(huán)境溫 度傳感器。上述傳感器將鍋爐運行過程中的物理量轉(zhuǎn)換成4_20mA的電流信號輸出。
[0027] 模擬信號采集模塊的輸入端與傳感器模塊相連，該模塊包含：基于采樣電阻的用 于轉(zhuǎn)換傳感器輸出電信號的I/V變換電路、用于除去干擾信號的濾波電路、以及基于op07 和HCNR201芯片的用于隔離并放大采集信號的線性光耦隔離電路。該模塊的輸出端直接接 入微控制器的ADC接口。
[0028] 開關(guān)信號采集模塊的輸入輸出端分別與鍋爐控制柜及微控制器相連，該模塊從鍋 爐控制柜內(nèi)的繼電器、接觸器提取開關(guān)信號，所述開關(guān)信號包括：鍋爐綜合報警信號、鍋爐 超壓報警信號、鍋爐高水位信號、鍋爐低水位信號、鍋爐運行信號、鍋爐大火燃燒信號、鍋爐 小火燃燒信號；開關(guān)信號經(jīng)開關(guān)信號采集模塊內(nèi)部的光耦隔離電路后接入微控制器的10 □。
[0029] 數(shù)據(jù)存儲模塊包含SD卡接口電路以及用于存儲鍋爐監(jiān)測數(shù)據(jù)的SD卡。微控制器 通過SPI接口和SD卡座與SD卡通信，以文件的方式將運算處理后的鍋爐狀態(tài)參數(shù)存儲于 SD卡中。大容量的SD卡確保能存儲最近12小時內(nèi)的鍋爐實時狀態(tài)參數(shù)，為緊急情況或事 故提供真實的數(shù)據(jù)證據(jù)。
[0030] 數(shù)據(jù)通信模塊包含兩路RS485通信接口電路。采用MAX485芯片通過微控制器的 USART接口構(gòu)成兩路RS485通信接口，其中一路用于連接網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，將采集到的鍋爐運 行狀態(tài)參數(shù)接入Internet，送至遠(yuǎn)程監(jiān)測管理中心，網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置的選擇根據(jù)鍋爐房內(nèi)的 網(wǎng)絡(luò)情況確定，可采用RS485轉(zhuǎn)Eternet或者RS485轉(zhuǎn)GPRS雙向數(shù)據(jù)透明傳輸裝置；另一路 RS485通信接口用于和鍋爐主控制器通信，在鍋爐制造廠開放主控制器通訊協(xié)議的情況下， 直接從鍋爐主控制器提取運行參數(shù)，此情況下根據(jù)直接提取的參數(shù)種類可省去開關(guān)信號的 采集及部分模擬信號傳感器及相應(yīng)的采集。
[0031] 顯示報警模塊包含LED顯示電路以及聲光報警電路。LED顯示電路用于顯示各傳 感器的工作狀態(tài)、開關(guān)信號的采集狀態(tài)、SD卡的插入狀態(tài)和讀取狀態(tài)、RS485接口的通訊狀 態(tài)、以及系統(tǒng)電源的工作狀態(tài)。聲光報警電路用于在監(jiān)測參數(shù)超標(biāo)時向現(xiàn)場司爐人員提供 報警信號，采用報警燈結(jié)合蜂鳴器的方式。
[0032] 基本系統(tǒng)|旲塊包含晶振電路、復(fù)位電路、以及用于提供時間標(biāo)識的實時時鐘電路。 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芯片和備 用電池構(gòu)成實時時鐘電路，為就地存儲的鍋爐監(jiān)測參數(shù)提供時間標(biāo)識。
[0033] 電源轉(zhuǎn)換模塊包含用于產(chǎn)生5V和3. 3V穩(wěn)定電壓的降壓穩(wěn)壓電路、濾除供電電壓 中干擾毛刺和尖峰的去耦電路、以及用于檢測輸入電壓大小的電壓檢測電路。降壓穩(wěn)壓電 路采用LM2576S和LM1117-3. 3芯片構(gòu)成。電壓檢測電路采用精密分壓電阻將12V直流輸 入電壓分壓后接入微控制器的ADC，當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定值時發(fā)出供電不足的報警信號。
[0034] UPS電源模塊包括帶UPS功能的開關(guān)電源及鉛酸蓄電池。該模塊為微控制器系統(tǒng) 及傳感器模塊提供電能，并具備續(xù)電能力，在鍋爐房停電的情況下，仍能為監(jiān)測裝置提供至 少2小時的后備電能，為意外發(fā)生提供可靠的調(diào)查數(shù)據(jù)。
[0035] 上述【具體實施方式】用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在 本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落 入本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于：包括微控制器、 傳感器模塊、模擬信號采集模塊、開關(guān)信號采集模塊、UPS電源模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系 統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、顯示報警模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置；模擬信號采集模塊 的輸入輸出端分別與傳感器模塊及微控制器相連，開關(guān)信號采集模塊的輸入輸出端分別與 鍋爐控制柜及微控制器相連，電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、 顯不報警模塊均與微控制器相連，UPS電源模塊分別與電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端及傳感器模 塊的電源端相連，網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置與數(shù)據(jù)通信模塊相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特 征在于：所述傳感器模塊包括安裝在鍋爐尾部煙道位置的煙氣溫度傳感器及煙氣氧量傳感 器、安裝在鍋爐蒸汽出口位置的蒸汽壓力傳感器、安裝在鍋爐主蒸汽管道上的蒸汽溫度傳 感器及蒸汽流量傳感器、安裝在鍋爐給水管道上的給水溫度傳感器、安裝在鍋爐房內(nèi)的環(huán) 境溫度傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征 在于：所述模擬信號采集模塊包含用于轉(zhuǎn)換傳感器輸出電信號的I/V變換電路、用于除去 干擾信號的濾波電路和用于隔離放大采集信號的線性光耦隔離電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征 在于：所述開關(guān)信號采集模塊從鍋爐控制柜內(nèi)的繼電器、接觸器提取開關(guān)信號，所述開關(guān)信 號包括鍋爐綜合報警信號、鍋爐超壓報警信號、鍋爐高水位信號、鍋爐低水位信號、鍋爐運 行信號、鍋爐大火燃燒信號和鍋爐小火燃燒信號；所述開關(guān)信號經(jīng)開關(guān)信號采集模塊內(nèi)部 的光耦隔離電路后接入微控制器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征 在于：所述數(shù)據(jù)存儲模塊包含SD卡接口電路以及用于存儲鍋爐監(jiān)測數(shù)據(jù)的SD卡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征 在于：所述數(shù)據(jù)通信模塊包含兩路分別用于連接網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置及鍋爐主控制器的RS485通 信接口電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征 在于：所述顯示報警模塊包含LED顯示電路以及聲光報警電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特 征在于：所述基本系統(tǒng)模塊包含晶振電路、復(fù)位電路、以及用于提供時間標(biāo)識的實時時鐘電 路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特征 在于：所述電源轉(zhuǎn)換模塊包含用于產(chǎn)生5V和3. 3V穩(wěn)定電壓的降壓穩(wěn)壓電路、濾除供電電壓 中干擾毛刺和尖峰的去耦電路、以及用于檢測輸入電壓大小的電壓檢測電路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，其特 征在于：所述UPS電源模塊包括帶UPS功能的開關(guān)電源及鉛酸蓄電池。
【文檔編號】G01D21/02GK203881374SQ201420290163
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】馬舜, 李順榮, 趙輝, 劉松國, 熊偉東, 邱征宇 申請人:杭州市特種設(shè)備檢測研究院