一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备的制作方法

本发明涉及锅炉监控技术领域，特别是涉及一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备。

背景技术：

当前，我国工业锅炉存在水质超标结垢严重、经济运行监控仪表不齐全、作业人员经济运行管理水平低、燃烧状况差(过量空气系数高)、排烟温度高、运行负荷波动大、冷凝水浪费严重、使用单位不重视节能等影响热效率的诸多因素，造成每年浪费大量的能源。随着国家对节能降耗工作日益重视以及能源价格的持续上涨，提高锅炉能效已经成为降低企业成本的主要措施之一。目前能效测试机构开展的在用锅炉简单能效测试需要测试人员到现场，耗费大量的人力物力，而且只能测出当时状态的锅炉效率，无法测定锅炉运行工况变化后的效率，这与工业锅炉负荷频繁变化的现状不相符。

目前，我国工业锅炉存在水质超标结垢严重、经济运行监控仪表不齐全、作业人员经济运行管理水平低、燃烧状况差(过量空气系数高)、排烟温度高、运行负荷波动大、冷凝水浪费严重、使用单位不重视节能等影响热效率的诸多因素，造成每年浪费大量的能源。随着国家对节能降耗工作日益重视以及能源价格的持续上涨，提高锅炉能效已经成为降低企业成本的主要措施之一。目前能效测试机构开展的在用锅炉简单能效测试需要测试人员到现场，耗费大量的人力物力，而且只能测出当时状态的锅炉效率，无法测定锅炉运行工况变化后的效率，这与工业锅炉负荷频繁变化的现状不相符。运行上传统单纯的依靠人员经验调整锅炉运行效率的模式已经难以满足现实需要。

现有技术的处理方式通常需要测试人员到现场做数据采集和测试，耗费大量的人力物力，而且只能测出当时状态的锅炉效率，无法测定锅炉运行工况变化后的效率，这与工业锅炉负荷频繁变化的现状不相符。运行上传统单纯的依靠人员经验调整锅炉运行效率的模式已经难以满足现实需要。采用人工进行数据采集和测试，导致消耗大量人力成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备，以实现自动采集锅炉数据，节省人力成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备，该设备包括：

温度传感器，用于采集锅炉的给水温度、烟气温度和蒸汽温度；

压力传感器，用于采集锅炉蒸汽压力；

流量传感器，用于采集锅炉的给水流量和蒸汽流量；

水位传感器，用于采集锅炉水位；

烟感传感器，用于采集烟气含氧量；

PH传感器，用于采集锅炉给水PH值；

燃气传感器，用于采集燃料消耗量；

与所述温度传感器、压力传感器、流量传感器、水位传感器、烟感传感器、PH传感器、燃气传感器相连的微控制器MCU，用于对所有传感器采集到的数据进行分析得到锅炉运行热效率。

优选的，所述设备还包括：与所述MCU相连的通讯模块，用于将所述MCU获得的锅炉运行热效率发送至用户监测中心。

优选的，所述设备还包括：

与所述MCU相连的SDRM存储器。

优选的，所述设备还包括：

与所述MCU相连的Flash存储器。

优选的，所述设备还包括：

与所述MCU相连的I/O接口。

优选的，所述设备还包括：

与所述MCU相连的实时时钟模块RTC。

优选的，所述设备还包括：

与所述MCU相连的报警器。

本发明所提供的一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备，包括：温度传感器，用于采集锅炉的给水温度、烟气温度和蒸汽温度；压力传感器，用于采集锅炉蒸汽压力；流量传感器，用于采集锅炉的给水流量和蒸汽流量；水位传感器，用于采集锅炉水位；烟感传感器，用于采集烟气含氧量；PH传感器，用于采集锅炉给水PH值；燃气传感器，用于采集燃料消耗量；与所述温度传感器、压力传感器、流量传感器、水位传感器、烟感传感器、PH传感器、燃气传感器相连的微控制器MCU，用于对所有传感器采集到的数据进行分析得到锅炉运行热效率。可见，该设备通过多种传感器对锅炉进行数据采集，采集到的数据非常全面，基本包括了锅炉的各个参数数据，并且根据数据分析得到锅炉运行热效率，不需要人工去现场做数据采集和测试，实现自动采集锅炉数据，节省人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备的结构示意图；

图2为基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备的具体结构示意图；

图3为基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备远程上传数据示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备，以实现自动采集锅炉数据，节省人力成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备的结构示意图，该设备包括：

温度传感器101，用于采集锅炉的给水温度、烟气温度和蒸汽温度；

压力传感器102，用于采集锅炉蒸汽压力；

流量传感器103，用于采集锅炉的给水流量和蒸汽流量；

水位传感器104，用于采集锅炉水位；

烟感传感器105，用于采集烟气含氧量；

PH传感器106，用于采集锅炉给水PH值；

燃气传感器107，用于采集燃料消耗量；

与所述温度传感器101、压力传感器102、流量传感器103、水位传感器104、烟感传感器105、PH传感器106、燃气传感器107相连的微控制器MCU108，用于对所有传感器采集到的数据进行分析得到锅炉运行热效率。

可见，该设备通过多种传感器对锅炉进行数据采集，采集到的数据非常全面，基本包括了锅炉的各个参数数据，并且根据数据分析得到锅炉运行热效率，不需要人工去现场做数据采集和测试，实现自动采集锅炉数据，节省人力成本。

基于上述设备，具体的，所述设备还包括：与所述MCU相连的通讯模块，用于将所述MCU获得的锅炉运行热效率发送至用户监测中心。通讯模块采用3G网络、4G网络或者5G网络与用户监测中心进行无线通信，传输数据。

进一步的，所述设备还包括：与所述MCU相连的SDRM存储器。

进一步的，所述设备还包括：与所述MCU相连的Flash存储器。

进一步的，所述设备还包括：与所述MCU相连的I/O接口。

进一步的，所述设备还包括：与所述MCU相连的实时时钟模块RTC。

进一步的，所述设备还包括：与所述MCU相连的报警器。

本发明针对目前工业锅炉缺少经济运行监控仪表、作业人员难以根据运行状况调整锅炉经济运行参数的现状，提供一种锅炉多传感复合数据采集设备，实现锅炉安全参数及运行参数的自动采集和传输。涉及的技术有：物联网技术、嵌入式软件、多传感复合数据采集技术。

该设备实现锅炉安全参数及运行参数的自动采集和传输，结合上层应用软件对锅炉进行能效数据统计、分析、预报预警，已成为目前我国锅炉行业非常迫切的需要。

基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备实时采集锅炉的排烟温度、过量空气系数、给水温度与流量、蒸汽温度与流量、燃料消耗量等与锅炉经济运行有关的参数指标，在系统能效计算数学模型的指导下能对锅炉能效状况进行实时分析，计算出锅炉实时运行热效率，使锅炉用户和管理机构能够及时掌握锅炉运行能耗情况、及时调整锅炉运行参数，保证锅炉高效运行。

基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备采集上来的锅炉运行数据，可以共享给政府相关部门、锅炉检测机构、锅炉使用公司、锅炉厂家等，它能为所在单位、机构、公司相关人员提供真实有效的锅炉能耗参数、锅炉定时能效运行状况数据，分析锅炉能效参数指标，保证政府对工业锅炉节能监管职能的实施落到实处，指导企业对锅炉进行经济运行调整，为各使用单位提高工锅炉热效率、降低排放污染、进行经济性操作、保持和稳定节能效果等方面提供技术支持。通过采集的数据计算出锅炉的热效率，使各类管理人员可以全面了解锅炉的经济运行状况，提高锅炉节能运行管理水平。

基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备将采用物联网传感技术实现自动采集锅炉工作过程中的主要安全和能效指标参数，包括锅炉给水温度、给水流量、排烟温度、蒸汽温度与流量、燃料消耗量、排污量、给水pH值、硬度等参数，并通过存储器实时储存。

基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备还将支持复合传感器动态扩展及监测平台对网关的动态扩展，该复合传感器包括温度传感器，流量传感器，燃气传感器等标准传感器的集成，对于不同类型不同性能的锅炉，网关设备可自动识别和增加新的传感器，并避免与原有传感器的数据冲突。

基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备由嵌入式微控制器MCU、存储器(SDRAM、Flash等)、通用设备接口、A/D转换和I/O接口等硬件芯片组成，并且配备键盘及LCD，通过MCU连接了各类传感器，具体结构参考图2。

基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备能够实现多传感复合数据自动采集、交换及数据预处理。并且还具有锅炉复合传感器动态扩展功能，实现锅炉传感器的动态增加、修改、及删除，识别新的传感器，避免与原有传感器的数据冲突，实现锅炉复合传感器动态扩展，解决了目前锅炉传感器不能动态扩展的问题。该设备实现了基于物联网的锅炉能效数据远程在线自动采集、监控以及锅炉热效率的实时计算和管理，解决了目前锅炉能效数据不能远程在线自动采集的问题，也实现了锅炉实时多维信息数据采集、分析、预警，解决了目前锅炉实时数据分析、预警问题。

本发明研究的目的是针对目前工业锅炉缺少经济运行监控仪表、作业人员难以根据运行状况调整锅炉经济运行参数的现状，研究开发一种通过物联网实现工业锅炉在线远程实时监测能效指标和分析锅炉能耗状况的设备。

目前国内工业锅炉自动控制水平低，由于控制柜和燃烧设备等是后配置，导致数据不能真实反映锅炉运行工况，更不能及时根据负荷变化调整。有关工业锅炉安全监控系统的研究较多，也有涉及到安全参数的远程监控研究，主要监控锅炉的温度、压力、流量等。而且这些系统所监测的信号基本上是从锅炉系统的控制板上提取，而不是从锅炉运行动作的执行机构上提取。这也就是说它们只能监控锅炉主控系统发出的指令是否正常，而不能反映这些指令是否被正确执行、锅炉的实际运行是否正常。目前工业锅炉能效监控主要靠锅炉控制系统上单一的指标——排烟温度，但还是有很多锅炉制造厂的产品没有安装仅有的这个监控传感器。国内目前还没有人研究有关的锅炉能效在线能效监控管理方面的技术，即集锅炉能效记录终端与互网有机结合，采用物联网和信息化技术对锅炉经济运行状态进行有效监控和风险预警、实时记录、显示和共享安全、节能参数，通过GPRS和手机短信即时自动实现报警信息发送，完善信息分析共享平台的多功能信息监控系统还没有。

本发明提供的基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备，通过物联网的多传感复合数据采集网关实时采集锅炉的排烟温度、过量空气系数、给水温度与流量、蒸汽温度与流量、燃料消耗量等与锅炉经济运行有关的参数指标，能够在计算数学模型的指导下能对锅炉能效状况进行实时分析，计算出锅炉实时运行热效率，使锅炉用户和管理机构能够及时掌握锅炉运行能耗情况、及时调整锅炉运行参数，保证锅炉高效运行。该设备可以为政府相关部门、检测管理机构实时提供企业锅炉运营安全状态、锅炉运行效能数据；为锅炉企业提高工业锅炉安全监控、提升管理能效、实现节能降耗提供咨询技术服务。该设备应用于各种不同燃料类型、不同结构的工业锅炉能效的自动监测，实现在不同地域和网络环境下实现智能终端的安装和使用。不仅可以满足工业锅炉节能监督管理、运行管理的信息化、实时化的需要，而且对于推动工业锅炉节能降耗、建设节约型社会具有重要意义。

该设备能够进行的标准测定项目包括：1)蒸汽压力；2)送风机出口压力；3)火焰监控；4)烟气温度；5)给水温度；6)蒸汽温度；7)烟气含氧量O2；8)耗电量；9)低水位；10)锅炉报警；11)软水硬度监视；12)燃气泄漏报警。

该设备能够进行的选择测定项目包括：1)空烧监视；2)送风温度；3)散热量；4)燃料流量；5)给水流量；6)蒸汽流量；7)高水位；8)气体泄漏9)燃料压力；；10)烟气CO含量；11)烟气SO x含量；12)烟气NO x含量；13)给水pH；14)浓缩管理用传感器；15)锅炉排污。

该设备实现自动采集锅炉工作过程中的主要安全和能效指标参数，并应用于锅炉能效参数远程在线采集管理和热效率实时监控，并且，该设备与多个监测中心进行远程数据交互，提供锅炉运行的实时监测、历史数据的统计、分析及节能减排的智能决策等。该设备将采用物联网传感技术实现自动采集锅炉工作过程中的主要安全和能效指标参数，包括锅炉给水温度、给水流量、排烟温度、蒸汽温度与流量、燃料消耗量、排污量、给水pH值、硬度等参数，并通过存储器实时储存。并且该设备还将支持复合传感器动态扩展及监测平台对网关的动态扩展，该复合传感器包括温度传感器，流量传感器，燃气传感器等标准传感器的集成，对于不同类型不同性能的锅炉，网关设备可自动识别和增加新的传感器，并避免与原有传感器的数据冲突。

针对基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备还具有数据库服务器和应用服务器。采集设备通过无线或有线的方式将锅炉运行状态参数传输到记录终端，记录终端记录下锅炉的能效参数如锅炉水位，排烟温度，过量空气系数、给水温度与流量、蒸汽温度与流量、燃料消耗量等，对异常的状态如水位异常，排烟温度异常等自动识别并报警，通过GPS无线通讯网络将记录数据和故障信息储存到数据库服务器中，利用磁盘阵列将庞大的在线数据储存起来，以便于进行数据统计和分析。应用服务器并能对锅炉能效状况进行分析，计算出锅炉实时运行热效率，使锅炉用户和管理机构能够及时掌握锅炉运行能耗情况，及时智能调整锅炉经济运行参数。参见图3，基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备将采集到的数据和分析得到的结果提供无线网络或者有线网络远程传输至各类部门、平台、用户，进行实时监控。

本发明解决复合传感器动态扩展及监测平台对网关的动态扩展,完成数据的汇集、交换及数据预处理，解决锅炉能效参数采集与在线远程监控、物联网技术、接口通讯技术、等问题。能够实时采集、计算锅炉的排烟温度、过量空气系数、给水温度与流量、蒸汽温度与流量、燃料消耗量等与锅炉经济运行有关的参数指标，并能对锅炉能效状况进行分析，计算出锅炉实时运行热效率，使锅炉用户和管理机构能够及时掌握锅炉运行能耗情况，及时调整锅炉经济运行参数，保证锅炉高效运行，提高工业锅炉管理效率，实现节能降耗。

该设备的使用对象包括以下几类：

1、锅炉的使用单位、企业；

锅炉的使用对象可以通过物联网的数据采集终端直接诶了解锅炉的运行情况，及时调整锅炉的运行。或者通过中心平台，结合平台的能效模型提供的能效评估报告，使用更进一步的信息，实现锅炉的安全管理和节能减排；

2、监管和维保单位；

锅炉的定期检验部门或者维护保养单位，也可以通过该平台充分了解锅炉的日常运行情况，解决以往只能从现场检测去评判的局限性。实现检验检测和维护保养的常态化。

3、政府部门；

政府部门也可以通过该平台充分了解锅炉的安全、能效状态，对安全监管决策的出台、法律法规的制定、事故应急救援都起到非常大的作用。

该设备的主要技术指标包括：1、工作电压和频率：～220V 50Hz；2、采集数据接口：USB或COM或网络RJ45；3、数据采集速率：不小于16组/秒；4、储存容量常规记录：不少于2年；5、故障储存记录：不少于1000次；6、断电后记录数据保存时间：大于5年；7、视频采集分辨率：不低于320x240。

工业锅炉节能降耗是国家节能降耗工作中一项重要内容。本发明的设备既可应用于锅炉使用单位、企业集团管理机构，也可应用于政府锅炉监督管理机构和能效检验机构，它能为所在机构相关人员提供真实有效的锅炉能耗参数、锅炉定时能效运行状况数据，分析锅炉能效参数指标，保证政府对工业锅炉节能监管职能的实施落到实处，指导企业对锅炉进行经济运行调整，为各使用单位提高工锅炉热效率、降低排放污染、进行经济性操作、保持和稳定节能效果等方面提供技术支持。而且，还可以通过采集的数据计算出锅炉的热效率，使各类管理人员可以全面了解锅炉的经济运行状况，通过这个管理系统提高锅炉节能运行管理水平。本发明将对全国约60万台工业锅炉节能降耗管理和经济性评价产生重要的影响，真正实现锅炉管理节能，提高锅炉的运行热效率。锅炉热效率的提高，降低了锅炉的运行成本，减少了燃料消耗和污染物排放，这对于建设节约型社会具有重要意义。本发明的设备不会对环境产生任何影响，在锅炉上推广应用也不会受到锅炉结构型式的影响，系统安装、使用不会对锅炉安全产生任何影响。通过数据采集锅炉各点能耗参数并计算锅炉能效，评价锅炉经济运行状况等级，极大地减少了锅炉运行人员和管理人员的工作强度和管理强度，实现了锅炉能效的实时自动化管理和系统化管理，彻底改变传统的只注重锅炉安全性而忽略锅炉经济性的管理方式。

以上对本发明所提供的一种基于物联网的锅炉多传感复合数据采集设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。