基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控系统及其方法与流程

本发明涉及一种生物质锅炉监控系统，更具体地说是涉及一种基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控系统及其方法。

背景技术：

当下，包括生物质能在内的新能源的开发和利用愈来愈得到人们的重视。生物质锅炉即以生物质能为燃料的锅炉，其推广能够在一定程度上改变我国生物质能大部分就地焚烧的现状，同时缓解能源问题，促进新能源更加广泛的应用。但是目前对于生物质锅炉监控系统的研究仍然不够。

近几年以来，移动终端技术和宽带无线接入技术获得了迅猛发展。人们越来越迫切地希望可以通过随身携带的移动终端设备(手机、平板电脑等)随时随地甚至是在移动过程中方便地从互联网获取讯息和服务。移动终端设备的普及以及性能的提升，使得移动监控变得可能。

生物质锅炉作为一种有一定危险性的特种设备，各种事故时有发生，对锅炉运行状态的有效监控就显得非常重要。由于移动设备小巧轻便、适合携带的特点，使用移动设备进行生物质锅炉监控，用户可以充分利用移动终端的方便性、移动性、实时性。用户可以随时随地监控锅炉终端设备，在安全允许的范围内给锅炉终端设备发送控制指令。锅炉监控终端也可以通过无线通信的方式将锅炉报警、维修等信息发送给用户，使得用户能够快速及时参与决策。因而，可以将移动监控用于生物质锅炉的监控中，提高对生物质锅炉监控信息的共享、管理和利用。

根据客户端应用软件的不同，目前常见的移动监控模式主要有以下几类：

(1)浏览器网页监控。浏览器网页监控使用的是b/s结构，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，而客户端主要的软件仅为web浏览器。浏览器通过和服务器数据库进行数据交互，进而实现本来只有专用软件才能够完成的强大功能。浏览器网页监控最大的好处是不用安装任何专用软件，只需能够上网的浏览器，开发和维护均较为便利。但就对锅炉进行移动监控而言，用户的体验不佳，比如：为了获得锅炉实时监控信息，用户需要打开浏览器登录相应网址进行查看，或者登录之后不退出，但是有些用户不一定喜欢经常使用移动终端进行浏览器上网；浏览器网页监控对于主动推送(报警信息等)的支持不够。这些不足之处对于移动终端用户而言大幅度地减弱了监控系统可能带来的便利性；

(2)短信监控。短信监控非常适合移动终端用户的移动化监控体验。锅炉用户使用自己的手机号和锅炉终端监控装置上的手机卡进行短信通信，从而向锅炉监控终端控制器发送相应的短信指令达到监控锅炉的目的。同时锅炉终端也能够向用户手机发送锅炉的相关信息。短信监控的优点是使用网络覆盖面广的gsm，信号覆盖绝大部分地区；弊端是由于gsm网络费用的限制，不适合用于发送大容量讯息。短信监控主要针对的是文本信息，对图片、图表等支持不够，在数据的表现形式上缺乏灵活性；

(3)客户端app监控。客户端app监控使用c/s结构，充分利用服务器和客户端两端硬件环境的优势，将任务分给客户端软件和服务器端来完成，减少了系统通信方面的开销，能够实现监控功能的多样化，在实时性上也有所保证。服务器端程序负责接受客户端程序的服务请求，进行相关的处理，再将处理后的结果返回给客户端程序。客户端软件负责将用户的请求提交给服务器端程序处理，再将返回的结果以某种形式显示在用户的客户端程序上。客户端app监控的缺点是监控软件需要针对不同的操作系统分别进行开发，并且开发过程与特定操作系统的api相关，因而存在不能够跨平台、开发维护成本高等不足。

可见，现有移动监控模式各有优点，但也都存在一些不足，需要作进一步改进。

另一方面，传统的锅炉远程监控搭建服务器的方式有虚拟主机、专属服务器、主机托管等，硬件、软件、人工成本都较大，且系统可扩展性、安全性、容错性不够。paas是云计算的一种服务模式，提供应用开发的运行环境给开发人员，同时通过服务的形式将应用最终部署所需要的软件资源提供给用户，从而让开发者可以专心开发应用的核心业务。相比于传统的服务器架构，在paas上开发应用具有可伸缩性强、成本低、可靠性强等优点。由于使用paas平台部署程序，所需服务器完全虚拟化，不需要在硬件上投资和花费时间，大大缩短了开发流程，因而非常适合新创公司进行产品的开发。锅炉监控系统使用paas平台，可以方便地随着用户使用的锅炉节点数的增加而不断扩展业务，降低初期成本，避免硬件上升级、维护等繁琐问题，提高产品的竞争力。

因而，对于小型生物质锅炉企业而言，可以将paas平台应用到锅炉远程监控系统的设计与实现中。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控系统，满足对生物质锅炉进行现场和远程监控的需要。能够满足用户远程监控锅炉终端设备的需求，又能够帮助厂家监测管理所售锅炉，为用户提供技术支持。本发明所采用的技术方案如下：

基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控系统，系统组成包括锅炉监控终端、无线通信、网上监控系统，其中，网上监控系统包括第三方云应用平台、厂家服务中心、微信公众号服务器和微信客户端；

所述的锅炉监控终端安装在生物质锅炉的控制现场，用于采集锅炉运行信息，并控制锅炉的外部执行机构动作，完成对锅炉的现场监控；

所述的无线通信用于锅炉监控终端和网上监控系统之间进行数据传输，锅炉监控终端将现场采集到的信息传送到网上监控系统，同时网上监控系统也将控制指令通过无线通信发送给锅炉监控终端，实现实时在线的双向通信；

第三方云应用平台包含通信服务器、web服务器和数据库服务器；通信服务器负责对无线通信传输数据的收发处理；web服务器负责响应来自用户的网页请求；数据库服务器存储各个锅炉监控终端的数据，并提供调用；

所述的厂家服务中心采用锅炉厂家综合管理各锅炉监控终端的应用平台；

所述的微信公众平台服务器作为第三方云应用平台和微信客户端之间传递信息的媒介。

作为优选，第三方云应用平台采用paas平台。

作为优选，在微信客户端上，远程监控功能以微信公众号的形式呈现给用户；用户通过微信公众号获取锅炉的运行参数、报警信息、图表显示、历史记录，同时远程控制锅炉的开关机、设定参数阈值。

进一步的，所述微信公众号中图表显示具体包括：

1)多个监控参数实时信息的表格显示；

2)各个监控参数的实时状态更新曲线和历史记录曲线。

作为优选，厂家服务中心获取锅炉的运行信息，实现数据监测、分析、管理。

本发明的另一目的在于提供一种基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控方法，对锅炉的远程监测具体过程如下：

1)生物质锅炉运行的控制目标分为四方面：维持汽包水位在一定范围内、控制出口蒸汽压强跟随负荷变化而变化、保证经济燃烧以及控制炉膛负压稳定；根据生物质锅炉的控制目标，锅炉监控终端需要采集包括汽包水位、蒸汽压强、蒸汽温度、进水流量、炉膛负压、烟气氧含量在内的锅炉运行参数，根据各运行参数阈值，通过调节包括给料机转速、水泵、鼓风机风门、引风机风门在内的执行机构，从而使被控参数满足控制目标要求；

2)锅炉监控终端采集到的锅炉运行参数信息以及报警信息，均通过gprs网络传送到第三方云应用平台；

3)第三方云应用平台的通信服务器接收到gprs信息，将信息存储在数据库服务器中；

4)当用户需要查询锅炉运行参数、历史报警信息、历史记录及相应的图表显示信息时，用户在微信客户端上通过操作关注的公众号发送请求，该请求消息发送至微信公众平台服务器，微信公众平台服务器把收到的请求消息转发给第三方云应用平台的web服务器，第三方云应用平台的web服务器收到请求后，解析消息格式，根据消息内容和服务器上部署的程序逻辑，从数据库服务器中获取相应的数据，得出要返回的消息，封装后送回给微信公众号服务器，微信公众号服务器再将其转发给用户的微信客户端，最终以微信公众号的形式呈现给用户；

5)如果gprs信息为锅炉现场传来的实时报警信息，第三方云应用平台在接收信息的同时，通过web服务器上部署的程序调用微信公众号的模板信息接口，以微信公众平台服务器为媒介，将报警信息推送给关注生物质锅炉监控微信公众号的对应用户；

对于锅炉的远程控制具体过程如下：

1)当用户需要远程开启或者关闭锅炉时，通过操作微信公众号发送请求，该请求消息以微信公众平台服务器为媒介发送至第三方云应用平台，第三方云应用平台通过web服务器接收并处理请求，再通过通信服务器发送gprs信息至锅炉监控终端，从而达到远程控制锅炉的功能；

2)当用户需要远程调节锅炉运行参数的阈值信息时，通过操作微信公众号发送请求，该请求消息以微信公众平台服务器为媒介发送至第三方云应用平台，第三方云应用平台通过web服务器接收并处理请求，将数据库服务器中的阈值信息更新，再通过通信服务器发送相应的gprs信息至锅炉监控终端，锅炉监控终端根据接收到的阈值信息进行相应的设置。

作为优选，锅炉监控终端还通过lcd显示器在现场显示锅炉运行工况、各参数阈值；通过按键供控制人员现场操作管理锅炉。

本发明与现有技术相比具有有益效果：1)利用微信公众平台市场覆盖率广、实时通讯、媒体形式多样、跨平台等特点，使得用户可以随时随地获取锅炉运行参数、报警信息、丰富的图表显示、历史记录等；2)厂家利用厂家服务中心可以监测管理所售锅炉，利用微信公众号为用户提供技术支持；3)整个系统实现了一种以终端监控为主、用户参与、厂家支持的新型锅炉监控模式；4)利用新浪云应用平台虚拟化、可伸缩性强、成本低、可靠性强等特点，大大缩短了开发流程，方便业务扩展，降低初期成本，避免硬件上升级、维护等繁琐问题。

附图说明

图1是锅炉远程监控方法的系统结构框图；

图2是第三方云应用平台结构图；

图3是生物质锅炉远程监控微信公众号功能模块组成图；

图4是公众号菜单效果图；

图5是锅炉绑定界面视图；

图6是必要信息录入界面视图；

图7是个人信息完善界面视图；

图8是实时状态数据显示和曲线显示效果图；其中(a)为实时状态数据效果图，图(b)为实时状态曲线效果图；

图9是历史状态查询效果图；

图10是参数阈值控制界面效果图；

图11是实时报警信息效果图。

具体实施方式

为使本发明描述清楚，下面将结合附图对本发明实施方法做详细说明。

一种基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控系统，系统组成包括锅炉监控终端、无线通信、网上监控系统，其中，网上监控系统包括第三方云应用平台、厂家服务中心、微信公众号服务器和微信客户端；

所述的锅炉监控终端安装在生物质锅炉的控制现场，用于采集锅炉运行信息，并控制锅炉的外部执行机构动作，完成对锅炉的现场监控；

所述的无线通信用于锅炉监控终端和网上监控系统之间进行数据传输，锅炉监控终端将现场采集到的信息传送到网上监控系统，同时网上监控系统也将控制指令通过无线通信发送给锅炉监控终端，实现实时在线的双向通信；

第三方云应用平台包含通信服务器、web服务器和数据库服务器；通信服务器负责对无线通信传输数据的收发处理；web服务器负责响应来自用户的网页请求；数据库服务器存储各个锅炉监控终端的数据，并提供调用；

所述的厂家服务中心采用锅炉厂家综合管理各锅炉监控终端的应用平台；

所述的微信公众平台服务器作为第三方云应用平台和微信客户端之间传递信息的媒介。

基于该系统的一种基于微信和云应用的生物质锅炉远程监控方法，其包括远程监测和远程控制两部分。

对锅炉的远程监测具体过程如下：

1)生物质锅炉运行的控制目标分为四方面：维持汽包水位在一定范围内、控制出口蒸汽压强跟随负荷变化而变化、保证经济燃烧以及控制炉膛负压稳定；根据生物质锅炉的控制目标，锅炉监控终端需要采集包括汽包水位、蒸汽压强、蒸汽温度、进水流量、炉膛负压、烟气氧含量在内的锅炉运行参数，根据各运行参数阈值，通过调节包括给料机转速、水泵、鼓风机风门、引风机风门在内的执行机构，从而使被控参数满足控制目标要求；锅炉监控终端还通过lcd显示器在现场显示锅炉运行工况、各参数阈值；通过按键供控制人员现场操作管理锅炉。

2)锅炉监控终端采集到的锅炉运行参数信息以及报警信息，均通过gprs网络传送到第三方云应用平台；

3)第三方云应用平台的通信服务器接收到gprs信息，将信息存储在数据库服务器中；

4)当用户需要查询锅炉运行参数、历史报警信息、历史记录及相应的图表显示信息时，用户在微信客户端上通过操作关注的公众号发送请求，该请求消息发送至微信公众平台服务器，微信公众平台服务器把收到的请求消息转发给第三方云应用平台的web服务器，第三方云应用平台的web服务器收到请求后，解析消息格式，根据消息内容和服务器上部署的程序逻辑，从数据库服务器中获取相应的数据，得出要返回的消息，封装后送回给微信公众号服务器，微信公众号服务器再将其转发给用户的微信客户端，最终以微信公众号的形式呈现给用户；

5)如果gprs信息为锅炉现场传来的实时报警信息，第三方云应用平台在接收信息的同时，通过web服务器上部署的程序调用微信公众号的模板信息接口，以微信公众平台服务器为媒介，将报警信息推送给关注生物质锅炉监控微信公众号的对应用户；

对于锅炉的远程控制具体过程如下：

1)当用户需要远程开启或者关闭锅炉时，通过操作微信公众号发送请求，该请求消息以微信公众平台服务器为媒介发送至第三方云应用平台，第三方云应用平台通过web服务器接收并处理请求，再通过通信服务器发送gprs信息至锅炉监控终端，从而达到远程控制锅炉的功能；

2)当用户需要远程调节锅炉运行参数的阈值信息时，通过操作微信公众号发送请求，该请求消息以微信公众平台服务器为媒介发送至第三方云应用平台，第三方云应用平台通过web服务器接收并处理请求，将数据库服务器中的阈值信息更新，再通过通信服务器发送相应的gprs信息至锅炉监控终端，锅炉监控终端根据接收到的阈值信息进行相应的设置。

实施例

如图1所示，系统组成包括锅炉监控终端、无线通信、网上监控系统三部分组成。其中网上监控系统包括第三方云应用平台、厂家服务中心、微信公众号服务器和微信客户端。锅炉监控终端与云应用平台进行无线通信；第三方云应用平台可以和厂家监控中心进行交互，也可以以微信公众平台服务器为媒介与微信客户端进行交互，负责通信、数据存储、web请求响应等，是远程监控的核心；微信公众平台以微信公众号的形式将锅炉状态、历史数据、实时报警等信息供给用户查询。另一方面，用户也可以通过微信公众号将控制命令传送给监控终端，可以实现远程开启锅炉、关闭锅炉、调整参数阈值等功能。

如图2所示，第三方云应用平台采用新浪云应用sae，在sae上使用svn仓库布置代码，构建了微信公众号所需的微网站。新浪云应用服务最外层是负载均衡，主要接受来自用户的请求，并将请求发送给应用所在的web服务池。web服务池会负责处理实际的请求。每个web服务池通常是由一组web服务器组成。负载均衡利用round-robin算法在对应应用所处的web服务池里选出一健康的web服务器来处理用户请求。web服务器的任务是解析负载均衡发送来的请求，调用应用代码来处理相应的请求，同时将回复信息送回给负载均衡，最后再由负载均衡将信息传送给用户。

如图3所示，生物质锅炉远程监控微信公众号主要功能模块包括用户中心、查询模块、控制模块、主动推送、消息群发、技术支持、线上销售这七大部分。用户中心负责对微信公众号关注者的管理，可以实现用户注册、绑定锅炉、用户信息管理等任务。查询模块用于微信用户根据自己需求查看锅炉相关信息，主要有实时状态、历史状态、历史报警信息等查询内容。控制模块可以在安全范围内给微信用户一定的远程控制权限，主要包括远程开机、紧急关机、参数阈值设定。主动推送模块主要使用模板消息接口实现了锅炉监控系统有针对性地将重要信息主动发送给对应用户的功能，比如实时报警信息、锅炉使用状况反馈。消息群发模块利用服务号每月4次的主动群发权限，使厂家实现对所有用户进行产品介绍、最新活动宣传、锅炉使用保养小知识的普及等内容的主动推送。技术支持模块为用户提供技术文档的查阅、用户论坛的交流、在线客服等支持服务。线上销售模块结合微信支付、微信小店等功能可以让厂家进行产品的线上销售。

以下结合附图对本发明中的微信公众号作进一步说明。

如图4所示，本发明所设计的微信公众号三个一级菜单分别为“查询”、“设置”、“其他”。“查询”菜单下有“实时状态”、“历史记录”、“报警信息”三个二级菜单，连接相应的第三方服务器网站，为用户提供必要的锅炉运行情况查询服务。与此类似，“设置”菜单下有“个人中心”、“阈值设定”、“紧急停机”、“远程开机”四个二级菜单，为用户提供信息管理和一定权限的远程控制服务。“其他”菜单下有“用户论坛”、“技术文档”、“服务热线”、“微信小店”等，为用户提供技术服务和产品咨询。

如图5所示，为锅炉绑定界面视图。用户关注微信公众账号之后，依次点击“查询”、“个人中心”会来到锅炉绑定界面。用户可以将自己的微信号和购买的锅炉进行绑定，以后可以接收并显示来自对应锅炉终端的数据。若绑定失败，原界面会提示失败原因；若绑定成功，界面跳转到必要信息录入视图。

如图6所示，必要信息录入视图负责用户注册时最基本信息的录入，主要是昵称、安全邮箱、安全密码。用户必要信息录入失败时会用javascript技术局部更新原页面，显示失败原因；录入成功时，会先跳转到注册成功界面，再跳转到个人信息完善界面。

如图7所示，个人信息完善界面主要显示用户的个人信息并提供修改个人信息的途径。用户完成注册之后可以通过“查询”中的二级菜单“个人中心”直接进入个人信息完善界面。个人信息完善视图提供的信息包括昵称、个人资料、安全密码、安全邮箱、锅炉基本信息、买家详细资料等。其中安全密码的重置需要通过安全邮箱进行验证。

如图8所示，“实时状态”子菜单对应的微网站负责处理实时状态数据和实时曲线趋势显示。图8(a)为实时状态数据效果图。当前状态用于显示锅炉此刻的运行情况。通过gprs上传的实时状态可以包括蒸气压强、蒸汽温度、烟气氧含量、汽包水位、进水流量等锅炉状态参数。本示例使用小型电加热蒸汽发生器，上传的数据主要关注蒸汽压强、蒸汽温度、汽包水位，而未显示进水流量、烟气氧量等。客户端的微网站界面利用ajax技术定时向第三方服务器数据库查询最新锅炉数据，并局部动态更新客户端界面。此外，根据最近几次的状态信息，也可以定时更新并绘制实时曲线图。图8(b)即为蒸气压强(其他参数类似)的实时状态曲线效果图。实时状态曲线图使用折线图、柱状图来显示参数状态趋势，并在趋势图的绘制中加入数据区域缩放、数据更新等组件，实现以下基本功能：

1)个性化图表的样式。对于数字量(比如汽包水位)的显示使用柱状图，对于模拟量的显示使用折线图；

2)在图表中加入标题、图例、标注、数据区域缩放等组件，实现用户在移动端的交互，为用户提供“概览数据整体，按需关注数据细节”的基本需求；

3)在图表初始化后可通过jquery等工具定时(间隔时间综合项目需要和服务器性能等综合而定)获取数据，实现了锅炉参数数据的实时动态更新；

4)工具栏中附加提供了数据视图(查看原始数据)、动态类型切换(折线图和柱状图之间的切换)等功能。

如图9所示，为锅炉相应参数(以蒸气压强为例，其他参数类似)的查询效果图。“历史状态”子菜单点击之后会有选择需要查看参数的页面，点击相应选项后进入对应的微网站。系统假设服务器上锅炉运行状态数据保留3个月。微网站提供指定时间段的历史数据查询，并以echarts图表的形式进行展现，用户可灵活地通过时间轴的缩放定位并查看某一特定范围的历史记录曲线。时间段的选择长至3个月，短至1小时。

如图10所示，为“阈值设定”子菜单对应的微网站局部图。现实中，锅炉的长期使用有可能使得锅炉最佳运行状态下的参数取值范围发生变化；另一种情况是用户对蒸汽压强的需求变化，希望获得的蒸汽压强正常运行上下限也应该能够在一定范围内调节。在保证系统安全的前提下，公众平台提供给用户锅炉运行参数范围的调节。

如图11所示，为锅炉预警信息示意图。本发明采用模板消息的形式主动推送锅炉预警信息。当某台锅炉设备出现故障的时候，和该锅炉绑定的所有微信用户均能够及时收到从终端传送过来的锅炉实时报警信息，有利于用户快速做出正确决断。锅炉的预警信息包括预警时间、预警类型、预警等级、预警内容等。

上述具体实施方式以较佳实施例对本发明进行了说明，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。