一种冷却塔塔群智能远程监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种冷却塔塔群智能远程监测系统，包括单塔控制器、信号传输系统和远程控制终端，单塔控制器包括温度采集模块和风机控制模块，温度采集模块将采集的冷却塔进出水温度通过信号传输系统发送给远程控制终端，远程控制终端对所有冷却塔的数据进行分析并根据分析结果发送控制指令给相应的单塔控制器，风机控制模块执行远程控制终端的相应指令。本实用新型利用ZigBee网络解决有线传感网络成本高，传输速度慢、传输信道噪声大的问题，实现了冷却塔的智能化监测。
【专利说明】
一种冷却塔塔群智能远程监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及物联网应用领域，尤其涉及一种冷却塔塔群智能远程监测系统。
【背景技术】
[0002]冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。在冷却塔的工作过程中，需要设定一个上限温度阈值，当冷却塔内的温度超过这个设定的上限阈值时，冷却塔风扇才开始工作;而当温度降低至下限阈值温度时，冷却塔风扇停止工作，从而达到节能的效果。
[0003]冷却塔风扇的启停以及开启风扇的台数一般采用手动控制，需要有操作人员根据冷却水入口的温度来决定是否开启风扇以及开启风扇的台数。对于冷却塔温度的监测，利用传感器搭建的有线传感网络检测，由于造价高、传输速度慢、传输信道噪声大等缺点，无法实现对冷却塔进行智能化的检测。因此，设计一种冷却塔塔群智能远程监测系统，解决传统传感器监测存在的问题显得尤为重要。
[0004]随着计算机控制技术的飞速发展，传统的有线传感器网络已经逐渐不能满足工业生产的需要，而基于ZigBee的无线传感器网络的出现为新的工业传感器网络提供了一个新的思路。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee网络具有低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全等优点。
【发明内容】
[0005]根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种冷却塔塔群智能远程监测系统，利用ZigBee网络解决有线传感网络成本高，传输速度慢、传输信道噪声大的问题，实现智能化监测的目的。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种冷却塔塔群智能远程监控系统，其特征在于，包括单塔控制器、信号传输系统和远程控制终端，单塔控制器包括温度采集模块和风机控制模块，温度采集模块将采集的冷却塔进出水温度通过信号传输系统发送给远程控制终端，远程控制终端对所有冷却塔的数据进行分析并根据分析结果发送控制指令给相应的单塔控制器，风机控制模块执行远程控制终端的相应指令。
[0007]所述温度采集模块包括DS18B20数字温度传感器和AT89S51处理器，DS18B20数字温度传感器将采集的数据通过AT89S51处理器发送给远程控制终端，温度采集模块至少每5秒完成一次对每个终端节点的轮询检测。所述风机控制模块包括三相稳压器和变频器，三相交流电经过三相稳压电源后接变频器，变频机连接冷却塔降温风机，远程控制终端通过调节变频器的输出频率控制风机的运行功率。所述信号传输系统为ZigBee无线传感器网络，ZigBee无线传感器网络包括终端节点、路由器和协调器，终端节点与单塔控制器连接，每个终端节点和路由器分别对应一个ID，将单塔控制器的数据通过协调器上传至远程控制终端。所述监控系统还包括加速度传感器、信号调理器和数据采集卡，信号调理器对加速传感器的电压信号进行信号放大，滤波后进入数据采集卡，数据采集卡将模拟电压信号进行数字量化转换成数字信号，通过信号传输系统将数据发送给远程监控终端。所述加速度传感器为三向压电式加速度传感器，可采集x，y和z三路振动加速度信号，并将加速度信号转换成三个方向的速度和位移。所述压电式加速度传感器采用朗斯压电式加速度传感器。所述远程控制终端还包括显示模块，所述显示模块采用IXD显示器。
[0008]本实用新型有益效果是:利用ZigBee无线传感网络，实现对每个塔群的数据采集，采集到的数据实时地显示在远程终端的上位机中。从工业检测过程中对多测点、移动性及便捷性等方面的要求来看，设计的冷却塔塔群智能远程监测系统能够有效解决有线网络的布线难题和成本问题，具有十分广阔的应用前景。温度采集电路主要由控制核心AT89S51单片机和数字温度传感器DS18B20组成，自动完成数据的采集，并可通过LCD实时地显示出来。本实用新型系统克服传统的有线传感器网络不能满足工业生产的需要，可以有效满足工业检测过程中对多测点、移动性及便捷性等方面的要求，并且能够有效解决有线网络的布线难题和成本问题，具有十分广阔的应用前景。
【附图说明】
[0009]下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0010]图1是本实用新型【具体实施方式】的系统框图；
[0011 ]图2是本实用新型的【具体实施方式】的温度采集流程图；
[0012]图3是本实用新型的【具体实施方式】的ZigBee无线传感器网络框图；
[0013]图4是本实用新型的【具体实施方式】的温度控制Proteus仿真图。
【具体实施方式】
[0014]下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的【具体实施方式】如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0015]本实用新型的主要思路是:通过ZigBee无线传感网络将每个单塔的温度、振动等运行数据发送给远程控制终端，远程控制终端通过对数据进行分析，判断冷却塔的运行状态，在通过无线网络向单个冷却塔发送控制指令，调节冷却塔的运行状态，使冷却塔的出水温度在一个合理范围内。本实用新型提供的冷却塔塔群智能远程监控系统包括单塔控制器、信号传输系统和远程控制终端。其中，单塔控制器控制单台冷却塔的逻辑运行，包括数据的采集、风机及水栗的变频控制等;远程控制终端是整个塔群的核心控制单元，负责所有冷却塔的数据分析和调度指令的发布，将调度指令通过信号传输系统传送给单塔控制器，并接收来自每个冷却塔的状态反馈。
[0016]单塔控制器，对于塔群中的每台冷却塔，都安装一个单塔控制器对其进行单独控制，实现对冷却塔的进出水温度、风机的振动数据采集，以及变频器的调节等。单塔控制器包括温度采集模块、振动采集模块和风机控制模块。
[0017]本实用新型的信号传输系统采用ZigBee无线传感器网络，如图3所示，整个传感网络由终端节点(ZE)、路由器(ZR)和协调器(ZC)模块构成，每个终端节点和路由器分别对应一个ID，负责将一个冷却塔的温度和风机的电机震动情况等数据通过协调器(ZC)上传至远程控制终端，协调器节点与多个终端节点通信，使系统同时监测多个区域，通过协调器节点来控制检测区域。当被检测区域的障碍物较多或者协调器节点距离终端节点较远时，可以通过增加路由器(ZR)节点来增强网络的稳定性。当没有数据请求时，终端节点只进行低功耗的信道扫描。
[0018]终端节点与单塔控制器连接，通过终端节点将单塔控制器连接到无线传感网络中，通过终端节点向远程控制终端发送冷却塔的运行数据，并接收远程控制终端发送过来的调度指令，实现单塔的运行控制。
[0019]采用温度传感器对冷却塔塔群的进出水温度进行实时监测，选择合适的温度传感器测量范围和测量精度，温度传感器间隔较短时间完成一次对终端节点的轮询检测。采集到的数据通过组建的ZigBee无线传感器网络上传至远程控制终端，由远程控制终端的上位机对采集到的数据进行分析与处理，实时地显示在远程控制终端的上位机中，从而完成对冷却塔塔群的智能远程监测。
[0020]本实用新型的温度采集程序流程图如图2所示，整个系统采用DS18B20和AT89S51构成的温度测量装置，本设计中的每个DS18B20只需对一点进行温度的测量，故不需要读温度传感器的ROM中的编码，也不需要匹配R0M，只需要跳过R0M，直接向温度芯片发温度变换命令。对冷却塔塔群的温度进行实时监测，控制温度测量范围在(TC?100°C之间，测量精度为±1°(:，并且至少每5秒完成一次对每个终端节点的轮询检测。所述的温度采集电路模块，采用DS18B20数字温度传感器。DS18B20数字温度传感器可以很容易直接读取被测温度值、并自动进行A/D转换，采用DS18B20和AT89S51构成的温度测量装置，它可以直接输出温度的数字信号，也可直接与计算机连接。
[0021]振动采集模块包括压电式加速度传感器、信号调理器和数据采集卡，采用压电式加速度传感器采集冷却塔风机的振动加速度信号，将其转换成电压信号后送入信号调理器，信号调理器对电压信号进行信号放大，滤波等后进入数据采集卡，数据采集卡将模拟电压信号进行数字量化转换成数字信号，通过无线传感网络将数据发送给远程监控终端。本实用新型的压电式加速度传感器采集x，y和z三路振动加速度信号，并将加速度信号转换成三个方向的速度和位移。
[0022]由于冷却塔的振动信号特点，一般在IKhz以下，在振动速度和位移上变化较小，在加速度上变化显著，因此选用朗斯压电式加速度传感器对冷却塔的信号进行直接测量。振动信号速度和位移是通过对加速度信号进行积分、双积分变换得到，一个三相传感器包括三个方向的振动信号，需要选用一个具有至少三个通道的信号调理器，本实用新型选用LC02系列信号调理器，该系列调理机据有8个通道，可以输入两个三相传感器的数据。
[0023]风机控制模块包括三相稳压器和变频器，380V三相交流电经过三相稳压电源后接变频器，变频机连接冷却塔降温风机，通过控制变频器的输出频率，进一步控制风机的输出功率，实现节能降温。三相稳压电源能有效地抑制电网各种噪声和尖峰电压，主电路由正弦能量分配器和大功率的滤波器并联构成，当输入电压变化或负载变化时，分配器以半个周期的正弦波电流形式将能量按需要精确地输入到电感器，用以调整输出电压的升降，所以电感器的输出是相对零线受良好调整的正弦波。因正弦能量分配器对输入电压的变化和输出负载的变化都能灵敏的反应，所以它的反应速度相当快。采用SJW-60KVA三相稳压电源以实现冷却塔在频率60Hz运行时，输出电压可稳定在440V。
[0024]本实用新型采集到的温度数据通过组建的ZigBee无线传感器网络上传至远程终端，由远程终端的上位机对采集到的数据进行分析与处理，设计系统需要显示的只有温度采集电路采集到的温度数据，采用体积小、功耗低、显示操作简单的液晶显示屏来显示采集到的温度数据，从而完成对冷却塔塔群的智能远程监测。
[0025]本实用新型在实际的使用过程中，远程监控模块通过温度传感器实时监测冷却塔的进出水温度，并设置出水温度的正常范围，当冷却塔内的温度超过这个设定的上限阈值时，冷却塔风扇才开始工作;而当温度降低至下限阈值温度时，冷却塔风扇停止工作，从而达到节能的效果。这一个过程通过调节风机的变频器来实现。另外，在风机电机上设置三向的压电式加速度传感器，对风机电机的振动进行实时监控，由振动信号是否超标来判定冷却塔质量状况，并根据超标振动数据分析出冷却塔故障类型。
[0026]上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1.一种冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，包括单塔控制器、信号传输系统和远程控制终端，单塔控制器包括温度采集模块和风机控制模块，温度采集模块将采集的冷却塔进出水温度通过信号传输系统发送给远程控制终端，远程控制终端对所有冷却塔的数据进行分析并根据分析结果发送控制指令给相应的单塔控制器，风机控制模块执行远程控制终端的相应指令。2.根据权利要求1所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述温度采集模块包括DS18B20数字温度传感器和AT89S51处理器，DS18B20数字温度传感器将采集的数据通过AT89S51处理器发送给远程控制终端，温度采集模块至少每5秒完成一次对每个终端节点的轮询检测。3.根据权利要求1所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述风机控制模块包括三相稳压器和变频器，三相交流电经过三相稳压电源后接变频器，变频机连接冷却塔降温风机，远程控制终端通过调节变频器的输出频率控制风机的运行功率。4.根据权利要求1所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述信号传输系统为ZigBee无线传感器网络，ZigBee无线传感器网络包括终端节点、路由器和协调器，终端节点与单塔控制器连接，每个终端节点和路由器分别对应一个ID，将单塔控制器的数据通过协调器上传至远程控制终端。5.根据权利要求1所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述冷却塔塔群智能远程监测系统还包括加速度传感器、信号调理器和数据采集卡，信号调理器对加速传感器的电压信号进行信号放大，滤波后进入数据采集卡，数据采集卡将模拟电压信号进行数字量化转换成数字信号，通过信号传输系统将数据发送给远程控制终端。6.根据权利要求5所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述加速度传感器为三向压电式加速度传感器，可采集X，y和z三路振动加速度信号，并将加速度信号转换成三个方向的速度和位移。7.根据权利要求6所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述压电式加速度传感器采用朗斯压电式加速度传感器。8.根据权利要求1所述的冷却塔塔群智能远程监测系统，其特征在于，所述远程控制终端还包括显示模块，所述显示模块采用IXD显示器。
【文档编号】F28F27/00GK205482548SQ201620088060
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】方露, 何慧云, 顾龙, 刘洋, 晏志超, 韩超
【申请人】安徽工程大学