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浅谈通用型工业锅炉远程监测数据采集装置
点击次数:629 发布时间:2016-04-20

  由于工业锅炉结构较为复杂,因此在锅炉正常运行过程中,需要进行实时监测的数据较多,且数据受锅炉负荷影响较大,呈非线性变化,给锅炉运行数据监测工作带来了难度。从目前情况来看,我国锅炉监测系统与发达国家相比还有一定的技术差距,例如数据信息较为分散、记录处理不及时、人机交互不友善等,增加了工作人员的工作量,不仅影响了锅炉运行效率,且容易发生运行事故。为克服上述技术缺陷,本文提出了通用型锅炉安全与节能远程监测数据的采集装置,以期能够提升工业锅炉的远程监测水平。
1、工业锅炉远程数据采集系统概述
工业锅炉远程数据采集方式可分为两种——有线传输和无线传输。由于工业锅炉作业环境大多数位于偏远区域,且地理分布较广,若选择有线传输的方式会增加施工量和施工成本,不利于数据采集的统一集中管理。
因此,本次研究中,对锅炉监测参数的远程传输采用无线传输的方式,即GPRS无线服务,该项技术既能提高资源的利用率和传输速度,又可节省传输费用。本次研究所需采集的锅炉实时运行数据信息包括给水流量、蒸汽机蒸汽流量、温度、烟气含氧量、压力等数值。对锅炉监测参数进行采集时,主要以在现场运行的数据采集器指令为依据,采集器每隔5min自动对数据进行采集,然后将模拟信号转换为数字信号,将设置在锅炉各元件部位的所有节点数据进行整合后进行校对与核对,将其加密后经总线传输至采集系统模块,zui后经模块将数据输入监测中心的终端计算机,根据监测中心对接收到的数
据予以深度处理,达到对工业锅炉运行状态的实时监测,并保障锅炉运行的稳定与安全。
2、远程数据采集系统总体架构分析
2.1 设计与架构
  工业锅炉属结构复杂的大型特种设备,一旦运行出现故障将导为严重的经济损失。本次研究的远程数据监测采集装置以先进实用、安全稳定的原则为理念,在锅炉无人值守的状态下仍可保证照常运行,这种装置在原有锅炉和新安装的锅炉中均能通用,监测时只需在锅炉重要元件部位加装传感器等必要装备即可使用。但在加装过程中需对传感器安装的可行性、数据传输的准确性、传输方式的稳定性有充分考虑。若采用将数据采集模块直接并入到仪表信号端的接线方式,虽然可对实时运行数据进行采集,但所采集到的数据信号强度会相应衰减,因此这种接线法实用性较低。经实地调查,本
次研究所采用的接线法为信号分配法,配置一入两出隔离器,将信号分为两路:一路传输给现场仪表;一路连接到数据采集器。通过串行通信线将数据传送至GPRS模块,再以无线通信技术将数据传输到监测中心。
2.2 监测现状
目前,我国工业锅炉设备存在许多弊端,例如自动化、机械化程度较低,且能耗大、对大气造成严重污染,同时锅炉技术人员操作水平和综合素质良莠不齐,缺乏积极的责任心,对炉内压力、温度、水位等非线性动态参数缺乏严格监控,极易导致安全事故。从现有的监测平台或手段来分析,受限于工业锅炉数量、容量、分布散点等因素影响,导致区域内所有工业锅炉基本运行信息和安全节能信息数据得不到全面监测和获取,无疑增加了安全监察和能耗测定等工作的难度。
衡量锅炉是否达到国家要求的节能运行标准,常规检测方法为现场能效测试,由测试人员根据结果开出评定书,并提出改进效能的方案。由于锅炉运行过程符合非线性动态特征,大部分锅炉在采取整改方案后,经过一段时间的运行又会出现能效降低的现象。此外,在能效测试过程中通常以人工现场记录的方式为主,可能会存在漏记、错记等状况,影响锅炉动态参数的准确性和有效性。因此要让锅炉长期保持zui理想能效运行,必须加强日常安全与节能数据监测,并按周期对运行方式进行调整。
3、远程数据采集系统硬件技术方案
  以互联网技术为主导的远程监测系统是解决锅炉监测数据失真的关键方案,通过在锅炉运行现场安装传感器,将运行状态参数传送至远程管理平台后可进行深入分析计算,并对锅炉安全性能以及能效指标进行有效评价,以互联网平台为载体,发布锅炉的实时动态运行情况。本次研究所采用的硬件技术方案包括以下元件:开关信号采集装置、模拟信号采集装置、UPS电源装置、网络传输装置、存储装置、通信装置、电源转换装置、报警装置、PLC微控制器、传感器。接线方式为:开关信号采集装置的输出端与输入端分别连接锅炉PLC微控制器和控制柜;模拟信号采集装置的输出端与输入端分别连接传感器和PLC微控制器,电源转换装置、存储装置、通信装置、报警装置均连接到PLC微控制器;UPS电源装置分别与电源转换装置的输入端和传感器电源连接;通信装置与网络传输装置互连。
3.1 元件细分类别
3.1.1 在锅炉现场环境中,传感器又包括位于炉
尾烟道口的烟气测温传感器、测氧传感器,位于出汽口的蒸汽测压传感器,位于蒸汽管道上的蒸汽测温传感器和流量传感器,位于给水管道上的水温传感器以及锅炉房内的室内温度传感器。
3.1.2 模拟信号采集装置包括I/V转换电路、防干扰信号的滤波电路以及线性光耦隔离电路。
3.1.3 开关信号包括综合报警信号、超水位报警信号、水位不足报警信号、运行信号、大火和小火燃烧信号、压力负荷信号,通过开关信号采集装置从锅炉控制系统内的接触器和继电器提取相关的开关信号。
3.1.4 存储装置包括存储锅炉实时监测数据的内存卡(SD卡或TF卡)以及接口电路。
3.1.5 通信装置包括连接网络的传输装置和主控器通信接口电路。
3.1.6 报警装置包括报警电路和LED显示电路。
3.1.7 电源转换装置包括降压稳压电路、去耦电路、电压检测线路。
3.2 数据采集装置选型
按照设计标准,对各方面进行综合考虑后,本次研究决定选用DAM3059数据采集装置,该装置有8路模拟信号输入,输入信号既可以是电压信号,也可以是电流信号,通信接口设为RS-485,在输入、电源、通信等方面均做了完善的保护措施,保证装置能正常稳定地运行。
该装置有体积小、便于安装调试的优势,能有效满足现场信号实时采集的需求,并可与监测中心通信,保障锅炉系统运行安全。
3.3 无线通信装置
由于锅炉设备分布地点较为分散,采用有线通信有一定的局限性,GPRS无线通信具有建设周期短、维护简单的优点,对锅炉系统的安全与节能要求进行分析后,本次研究选用CM3160EP GPRS DTU作为系统数据通信模块,通过GPRS网络实现无线远程数据传输。该装置可提供RS-485、USB、TTL等接口,能直接连接到客户端串口或USB,且支持双数据备份,具备传输稳定、链路通畅、终端*在线的优势。
3.4 设备控制
3.4.1 D/A转换。主要用于将数字信号转换为模拟信号,实现外部变频器的控制,系统所采用数模转换器实现转换,变频器控制的电流信号输出通常以4~20mA为准,输出通道电压信号以MAX521为准,采用电流变送器AD694构建电流信号输出通道,输出0~10mA和4~20mA的量程电流。
3.4.2 A/D转换。压力和水位传感器均采用接触式传感器,由于导电性受水和金属的接触影响,锅炉长期使用会存在诸多水垢,降低传感器导电性能,水位与电极接触时,电压波动幅度较大,在对水位进行测量时将开关量信息作为判断电极导通情况的标准并非完全,因此通过A/D转换器可将电极电压模拟量转换为数字量,以数字量大小对电极导通状态进行判断。水位和压力变送传感器所传送的模拟信号为4~20mA,数字信号则由单片机接收,因此需要通过I/V转换将电流信号转换为电压信号(1~5V),再转换为数字信号(A/D转换),采样数据采集系统则以12位串行转换器构成,0~4.095转换值对应0~5V的电压模拟量。
4、监测中心设计
4.1 锅炉安全运行控制
监测中心控制台属于系统上位机程序,一方面,可通过RS485串行通信,接收下位机传送的数据(包括温度、压力值、水位状态等),并将其保存在控制台数据库中,以LED显示屏显示;另一方面,可对数据采集通道进行设置,例如变送器极限量程以及上下限位的报警设置,与下位机通信,对锅炉运行的安全性进行有效控制。
4.2 网络客户端远程监控
本地客户端对上位机进行实时访问可通过局域网进行,访问界面与控制台界面类似,监控人员通过网络对GPRS数据接收服务器进行访问,准确了解锅炉运行信息,由GPRS发送的锅炉监测数据可通过远程服务器进行多点处理,通常情况下可处理10个或更多的设备信息数据,且客户端能提供地图功能(GIS),能有效提升锅炉使用单位的多点监测能力。

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