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聯系我們 由于工業鍋爐結構較為復雜，因此在鍋爐正常運行過程中，需要進行實時監測的數據較多，且數據受鍋爐負荷影響較大，呈非線性變化，給鍋爐運行數據監測工作帶來了難度。從目前情況來看，我國鍋爐監測系統與發達國家相比還有一定的技術差距，例如數據信息較為分散、記錄處理不及時、人機交互不友善等，增加了工作人員的工作量，不僅影響了鍋爐運行效率，且容易發生運行事故。為克服上述技術缺陷，本文提出了通用型鍋爐安全與節能遠程監測數據的采集裝置，以期能夠提升工業鍋爐的遠程監測水平。
1、工業鍋爐遠程數據采集系統概述
工業鍋爐遠程數據采集方式可分為兩種——有線傳輸和無線傳輸。由于工業鍋爐作業環境大多數位于偏遠區域，且地理分布較廣，若選擇有線傳輸的方式會增加施工量和施工成本，不利于數據采集的統一集中管理。
因此，本次研究中，對鍋爐監測參數的遠程傳輸采用無線傳輸的方式，即GPRS無線服務，該項技術既能提高資源的利用率和傳輸速度，又可節省傳輸費用。本次研究所需采集的鍋爐實時運行數據信息包括給水流量、蒸汽機蒸汽流量、溫度、煙氣含氧量、壓力等數值。對鍋爐監測參數進行采集時，主要以在現場運行的數據采集器指令為依據，采集器每隔5min自動對數據進行采集，然后將模擬信號轉換為數字信號，將設置在鍋爐各元件部位的所有節點數據進行整合后進行校對與核對，將其加密后經總線傳輸至采集系統模塊，zui后經模塊將數據輸入監測中心的終端計算機，根據監測中心對接收到的數
據予以深度處理，達到對工業鍋爐運行狀態的實時監測，并保障鍋爐運行的穩定與安全。
2、遠程數據采集系統總體架構分析
2.1 設計與架構
工業鍋爐屬結構復雜的大型特種設備，一旦運行出現故障將導為嚴重的經濟損失。本次研究的遠程數據監測采集裝置以先進實用、安全穩定的原則為理念，在鍋爐無人值守的狀態下仍可保證照常運行，這種裝置在原有鍋爐和新安裝的鍋爐中均能通用，監測時只需在鍋爐重要元件部位加裝傳感器等必要裝備即可使用。但在加裝過程中需對傳感器安裝的可行性、數據傳輸的準確性、傳輸方式的穩定性有充分考慮。若采用將數據采集模塊直接并入到儀表信號端的接線方式，雖然可對實時運行數據進行采集，但所采集到的數據信號強度會相應衰減，因此這種接線法實用性較低。經實地調查，本
次研究所采用的接線法為信號分配法，配置一入兩出隔離器，將信號分為兩路：一路傳輸給現場儀表；一路連接到數據采集器。通過串行通信線將數據傳送至GPRS模塊，再以無線通信技術將數據傳輸到監測中心。
2.2 監測現狀
目前，我國工業鍋爐設備存在許多弊端，例如自動化、機械化程度較低，且能耗大、對大氣造成嚴重污染，同時鍋爐技術人員操作水平和綜合素質良莠不齊，缺乏積極的責任心，對爐內壓力、溫度、水位等非線性動態參數缺乏嚴格監控，極易導致安全事故。從現有的監測平臺或手段來分析，受限于工業鍋爐數量、容量、分布散點等因素影響，導致區域內所有工業鍋爐基本運行信息和安全節能信息數據得不到全面監測和獲取，無疑增加了安全監察和能耗測定等工作的難度。
衡量鍋爐是否達到國家要求的節能運行標準，常規檢測方法為現場能效測試，由測試人員根據結果開出評定書，并提出改進效能的方案。由于鍋爐運行過程符合非線性動態特征，大部分鍋爐在采取整改方案后，經過一段時間的運行又會出現能效降低的現象。此外，在能效測試過程中通常以人工現場記錄的方式為主，可能會存在漏記、錯記等狀況，影響鍋爐動態參數的準確性和有效性。因此要讓鍋爐長期保持能效運行，必須加強日常安全與節能數據監測，并按周期對運行方式進行調整。
3、遠程數據采集系統硬件技術方案
以互聯網技術為主導的遠程監測系統是解決鍋爐監測數據失真的關鍵方案，通過在鍋爐運行現場安裝傳感器，將運行狀態參數傳送至遠程管理平臺后可進行深入分析計算，并對鍋爐安全性能以及能效指標進行有效評價，以互聯網平臺為載體，發布鍋爐的實時動態運行情況。本次研究所采用的硬件技術方案包括以下元件：開關信號采集裝置、模擬信號采集裝置、UPS電源裝置、網絡傳輸裝置、存儲裝置、通信裝置、電源轉換裝置、報警裝置、PLC微控制器、傳感器。接線方式為：開關信號采集裝置的輸出端與輸入端分別連接鍋爐PLC微控制器和控制柜；模擬信號采集裝置的輸出端與輸入端分別連接傳感器和PLC微控制器，電源轉換裝置、存儲裝置、通信裝置、報警裝置均連接到PLC微控制器；UPS電源裝置分別與電源轉換裝置的輸入端和傳感器電源連接；通信裝置與網絡傳輸裝置互連。
3.1 元件細分類別
3.1.1 在鍋爐現場環境中，傳感器又包括位于爐
尾煙道口的煙氣測溫傳感器、測氧傳感器，位于出汽口的蒸汽測壓傳感器，位于蒸汽管道上的蒸汽測溫傳感器和流量傳感器，位于給水管道上的水溫傳感器以及鍋爐房內的室內溫度傳感器。
3.1.2 模擬信號采集裝置包括I/V轉換電路、防干擾信號的濾波電路以及線性光耦隔離電路。
3.1.3 開關信號包括綜合報警信號、超水位報警信號、水位不足報警信號、運行信號、大火和小火燃燒信號、壓力負荷信號，通過開關信號采集裝置從鍋爐控制系統內的接觸器和繼電器提取相關的開關信號。
3.1.4 存儲裝置包括存儲鍋爐實時監測數據的內存卡（SD卡或TF卡）以及接口電路。
3.1.5 通信裝置包括連接網絡的傳輸裝置和主控器通信接口電路。
3.1.6 報警裝置包括報警電路和LED顯示電路。
3.1.7 電源轉換裝置包括降壓穩壓電路、去耦電路、電壓檢測線路。
3.2 數據采集裝置選型
按照設計標準，對各方面進行綜合考慮后，本次研究決定選用DAM3059數據采集裝置，該裝置有8路模擬信號輸入，輸入信號既可以是電壓信號，也可以是電流信號，通信接口設為RS-485，在輸入、電源、通信等方面均做了完善的保護措施，保證裝置能正常穩定地運行。
該裝置有體積小、便于安裝調試的優勢，能有效滿足現場信號實時采集的需求，并可與監測中心通信，保障鍋爐系統運行安全。
3.3 無線通信裝置
由于鍋爐設備分布地點較為分散，采用有線通信有一定的局限性，GPRS無線通信具有建設周期短、維護簡單的優點，對鍋爐系統的安全與節能要求進行分析后，本次研究選用CM3160EP GPRS DTU作為系統數據通信模塊，通過GPRS網絡實現無線遠程數據傳輸。該裝置可提供RS-485、USB、TTL等接口，能直接連接到客戶端串口或USB，且支持雙數據備份，具備傳輸穩定、鏈路通暢、終端*在線的優勢。
3.4 設備控制
3.4.1 D/A轉換。主要用于將數字信號轉換為模擬信號，實現外部變頻器的控制，系統所采用數模轉換器實現轉換，變頻器控制的電流信號輸出通常以4～20mA為準，輸出通道電壓信號以MAX521為準，采用電流變送器AD694構建電流信號輸出通道，輸出0～10mA和4～20mA的量程電流。
3.4.2 A/D轉換。壓力和水位傳感器均采用接觸式傳感器，由于導電性受水和金屬的接觸影響，鍋爐長期使用會存在諸多水垢，降低傳感器導電性能，水位與電極接觸時，電壓波動幅度較大，在對水位進行測量時將開關量信息作為判斷電極導通情況的標準并非*，因此通過A/D轉換器可將電極電壓模擬量轉換為數字量，以數字量大小對電極導通狀態進行判斷。水位和壓力變送傳感器所傳送的模擬信號為4～20mA，數字信號則由單片機接收，因此需要通過I/V轉換將電流信號轉換為電壓信號（1～5V），再轉換為數字信號（A/D轉換），采樣數據采集系統則以12位串行轉換器構成，0～4.095轉換值對應0～5V的電壓模擬量。
4、監測中心設計
4.1 鍋爐安全運行控制
監測中心控制臺屬于系統上位機程序，一方面，可通過RS485串行通信，接收下位機傳送的數據（包括溫度、壓力值、水位狀態等），并將其保存在控制臺數據庫中，以LED顯示屏顯示；另一方面，可對數據采集通道進行設置，例如變送器極*程以及上下限位的報警設置，與下位機通信，對鍋爐運行的安全性進行有效控制。
4.2 網絡客戶端遠程監控
本地客戶端對上位機進行實時訪問可通過局域網進行，訪問界面與控制臺界面類似，監控人員通過網絡對GPRS數據接收服務器進行訪問，準確了解鍋爐運行信息，由GPRS發送的鍋爐監測數據可通過遠程服務器進行多點處理，通常情況下可處理10個或更多的設備信息數據，且客戶端能提供地圖功能（GIS），能有效提升鍋爐使用單位的多點監測能力。
蒸汽流量計
