解析工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)

解 艷

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西寶雞 721013）

鍋爐的主要消耗能源是燃煤，是提供熱能的關(guān)鍵性設(shè)備，也是造成煤煙大氣污染的重要源頭，在國(guó)民生產(chǎn)中發(fā)揮著主要作用，尤其是在能源消耗中占據(jù)了較高比重?，F(xiàn)階段，鍋爐運(yùn)行最突出的缺點(diǎn)是能耗較大、污染比較嚴(yán)重、數(shù)量處于多位置分散狀態(tài)，而且嚴(yán)重缺乏相應(yīng)的監(jiān)管手段，因此完善工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)具有一定的局限性。首先，在自行燃油燃?xì)忮仩t運(yùn)行維護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，但是燃煤工業(yè)鍋爐的開發(fā)并不成熟，而我國(guó)工業(yè)鍋爐主要是以燃煤為主。所以，急需進(jìn)一步開發(fā)面向各種工業(yè)鍋爐生產(chǎn)，并以燃煤為主的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。其次，尚未有覆蓋熱水鍋爐與有機(jī)熱載體鍋爐，并沒將熱電鍋爐融入遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中去。再次，還未全面涵蓋地方政府監(jiān)督管理層面，即鍋爐的基本信息與總體運(yùn)行參數(shù)等等。最后，我國(guó)目前工業(yè)鍋爐在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只是單純引入了一定技術(shù)，然而卻并未專門針對(duì)既有鍋爐監(jiān)測(cè)與管理特性進(jìn)一步深化吸收與集成創(chuàng)新。所以，深入探究工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。

工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集終端的CPU主要利用的是高性能、低成本、低能耗的嵌入式芯片。而且芯片中融合了復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)、調(diào)壓器、RC振蕩器等等，具備簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)便易用特性，比較適用于工業(yè)鍋爐等各種環(huán)境比較復(fù)雜和惡劣的條件。電源電路直接為系統(tǒng)的各個(gè)硬件提供了所需的電源，并把外部輸入的電源轉(zhuǎn)化成了電子電路運(yùn)轉(zhuǎn)電源，可以有效保障電源的穩(wěn)定性，而且抗干擾能力較強(qiáng)。串行通信回路能夠與串行設(shè)備對(duì)外銜接，從既有控制系統(tǒng)中獲取設(shè)備相關(guān)參數(shù)，也可以用來(lái)連接所擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集單元。開關(guān)量輸入回路測(cè)量能夠及時(shí)測(cè)量相關(guān)信號(hào)并采取一定的隔離措施，而模擬量輸入回路可以全方位測(cè)量各式各樣的模擬量。GPRS通信回路能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程GPRS通信，并就指定協(xié)議傳輸設(shè)備狀態(tài)與相關(guān)參數(shù)值到遠(yuǎn)程管理平臺(tái)上去。

圖1 硬件系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要利用μC/OS-II操作系統(tǒng)，以此作為任務(wù)處理與進(jìn)程控制的重要基礎(chǔ)，進(jìn)一步合作完成全部的工作。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)

顯示管理與人機(jī)接口任務(wù)主要就是刷新本地顯示界面，并監(jiān)測(cè)處理觸摸屏，實(shí)時(shí)監(jiān)控指示燈與按鈕操作。系統(tǒng)管理的任務(wù)主要就是對(duì)存儲(chǔ)管理、定時(shí)控制、任務(wù)切換等各種基礎(chǔ)性操作進(jìn)行負(fù)責(zé)管理。串行通信的任務(wù)主要就是完成和外部拓展單元等之間的數(shù)據(jù)通信處理、發(fā)送、接收與分析處理等等，能夠同時(shí)和一體化顯示器、監(jiān)控系統(tǒng)等之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。開關(guān)量輸入的主要任務(wù)是對(duì)各回路開關(guān)量動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)施預(yù)制操作。模擬量輸入的主要任務(wù)是測(cè)量溫度、壓力、含氧量等等。GPRS通信的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)間的通信銜接，以此發(fā)送和接收數(shù)據(jù)控制命令等[2-4]。

3 工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)

3.1 技術(shù)特點(diǎn)

其一，在于對(duì)工業(yè)鍋爐運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而并非是控制。其二，上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件在用戶訪問數(shù)量上并未明確限制，主要就是通過簡(jiǎn)單化設(shè)置便可以增加用戶。其三，因?yàn)檠b置具有較強(qiáng)的目的性與針對(duì)性，在研究開發(fā)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比相對(duì)更高。其四，可以有效解決在使用工業(yè)鍋爐普遍無(wú)運(yùn)行參數(shù)儀表系統(tǒng)，相關(guān)工作人員難以充分掌控鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，而且難以調(diào)整的問題，從而構(gòu)成人機(jī)相互彌補(bǔ)的良好關(guān)系，全面提高工業(yè)鍋爐操作管理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)鍋爐的動(dòng)態(tài)化監(jiān)督管理。其五，既能夠大大降低工業(yè)鍋爐安全事故發(fā)生幾率，又能夠有效提高工業(yè)鍋爐的運(yùn)行效率與水平，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)[5]。

3.2 信號(hào)采集

對(duì)于工業(yè)鍋爐信號(hào)采集主要包含三大部分，即變量信號(hào)（軟水硬度、蒸汽壓力與溫度、給水溫度、排煙氧量與溫度等）、狀態(tài)信號(hào)（運(yùn)行信號(hào)、電流電壓、高低水位、整體預(yù)警等），以及就信號(hào)參數(shù)所獲取的在線運(yùn)算信息（根據(jù)排煙氧量所獲得的空氣過量系數(shù)、熱效率與耗電功率等）。

3.3 熱效率計(jì)算

工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的熱效率計(jì)算主要測(cè)試參數(shù)有排煙溫度、排煙過量空氣系數(shù)、一氧化碳含量、入爐冷空氣溫度、可燃物含量等。就工業(yè)鍋爐而言，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用的參數(shù)為排煙溫度、排煙過量空氣系數(shù)、一氧化碳含量、入爐冷空氣溫度，主要依據(jù)以下反平衡公式，可以獲得工業(yè)鍋爐的熱效率。

但是除了以上四項(xiàng)參數(shù)，其他在線檢測(cè)難度都很大，主要是現(xiàn)場(chǎng)采集樣品，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)分析的離線測(cè)量，為了保證全面實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，可以采取兩種方式。首先，工業(yè)鍋爐煤質(zhì)工業(yè)分析與灰渣含碳量在線監(jiān)測(cè)，即就煤質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型修正加以獲取，并通過與現(xiàn)場(chǎng)能效比較分析，加以調(diào)整。其次，定期到工業(yè)鍋爐房中收集煤樣和灰渣進(jìn)行離線研究分析，并將結(jié)果及時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)中去[6-7]。

3.4 監(jiān)管中心

工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)管中心，可以滿足更加多元化的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能需求，其配置監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，主要是為了構(gòu)建集監(jiān)測(cè)、節(jié)能、管理于一體的信息化管理平臺(tái)，以此優(yōu)化功能。其一，有利于將分散的數(shù)據(jù)信息集中化，構(gòu)建大區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的遠(yuǎn)程在線監(jiān)督管理。其二，有利于對(duì)鍋爐運(yùn)行管理加強(qiáng)規(guī)范，著重監(jiān)督煙氣排放，以提高工業(yè)鍋爐的運(yùn)行效率與節(jié)能環(huán)保效果。其三，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用平臺(tái)整合技術(shù)，接收在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于平臺(tái)加以顯示與分析，從而實(shí)現(xiàn)在線高效能源管理[8]。

4 工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

配置完善的GIS，與工業(yè)鍋爐分布數(shù)據(jù)涂層，通過配置信息與模型信息，在Web頁(yè)面上直觀形象地展示所獲取的實(shí)時(shí)信息。工業(yè)鍋爐監(jiān)測(cè)主要利用兩種形式，即表格形式的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)流程圖監(jiān)測(cè)。

4.2 效率分析

針對(duì)工業(yè)鍋爐能耗與效率做詳細(xì)分析，主要數(shù)據(jù)為供出熱量的消耗、燃煤能耗等，對(duì)其進(jìn)行比例分析，通過圖表進(jìn)行展示。切實(shí)結(jié)合工業(yè)鍋爐能耗數(shù)據(jù)與出熱量，對(duì)其運(yùn)行效率進(jìn)行在線分析。

4.3 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢功能主要包括三大功能，即歷史查詢、報(bào)表查詢、日志管理。歷史查詢可以就實(shí)際需求，合理選擇時(shí)間段進(jìn)行參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)查詢，并查看其中變化。報(bào)表查詢則應(yīng)就具體需求制作報(bào)表。而日志管理則使管理人員可以據(jù)此了解登錄平臺(tái)的具體人員，以及是否進(jìn)行了相關(guān)操作。

4.4 異常報(bào)警

異常報(bào)警針對(duì)的是排煙指標(biāo)超限與工業(yè)鍋爐運(yùn)行兩部分。報(bào)警信息能夠通過多樣方式發(fā)送給負(fù)責(zé)人，確保其能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并快速查看詳細(xì)信息，給出有效建議。

4.5 節(jié)能技術(shù)展示

就實(shí)際需求，設(shè)置動(dòng)態(tài)展示模塊，以此展示工業(yè)鍋爐行業(yè)最新技術(shù)動(dòng)態(tài)與先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成果等相關(guān)信息，并根據(jù)監(jiān)測(cè)信息為企業(yè)制定與之相適應(yīng)的節(jié)能技術(shù)[9]。

5 工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施效果

5.1 基于數(shù)據(jù)分實(shí)行技術(shù)節(jié)能改造

通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)工業(yè)鍋爐的運(yùn)行狀況不容樂觀，詳細(xì)分析其原因，在難以通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的方式提高運(yùn)行效率的狀況下，可以進(jìn)行技術(shù)改造。就排煙溫度較高的狀況，可以在工業(yè)鍋爐尾部受熱面上安裝節(jié)能器、煤分層裝置，或利用變頻控制技術(shù)等等，以有效提高工業(yè)鍋爐燃燒效率。

5.2 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

利用點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)界面的方式，針對(duì)不同工業(yè)鍋爐控制其開啟與關(guān)閉，還能夠隨時(shí)切換大小火。可以瞬時(shí)間監(jiān)測(cè)工業(yè)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的天然氣和水等流量信息，并基于信號(hào)自動(dòng)傳輸給主控機(jī)。可以自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)壓力、液位、溫度等各種數(shù)據(jù)信息，利用工業(yè)鍋爐圖形的方式實(shí)時(shí)顯現(xiàn)。

5.3 有助于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行云數(shù)據(jù)信息的共享

構(gòu)建工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)中心，可以全方位監(jiān)測(cè)各種類型的工業(yè)鍋爐，還可以構(gòu)成融合安全運(yùn)行、在線能耗診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)督管理等為一體的工業(yè)鍋爐監(jiān)測(cè)管理體系，實(shí)現(xiàn)相關(guān)機(jī)構(gòu)與部門各層面的信息共享，為工業(yè)鍋爐安全節(jié)能政策制定提供有力依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真正的安全節(jié)能動(dòng)態(tài)化監(jiān)督管理。

5.4 有助于提高決策的科學(xué)合理性

構(gòu)建完善的現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，可以快速熟練掌控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并為企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全可持續(xù)生產(chǎn)與優(yōu)化管理奠定一定的數(shù)據(jù)支持，以此有效緩解決策的盲目性和不穩(wěn)定性。

5.5 提高工作效率的同時(shí)降低成本

通過構(gòu)建工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠有效節(jié)省大量人力資源成本。就初步預(yù)算來(lái)講，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行之后，能夠即使縮減巡查員工大約6位，所節(jié)約成本數(shù)量較大。在節(jié)省成本的基礎(chǔ)上，還能夠提升工作效率，保證數(shù)據(jù)信息監(jiān)控的準(zhǔn)確性與頻率。一般來(lái)說，利用人力統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性相對(duì)較低，利用時(shí)間周期也比較長(zhǎng)，所以很容易出現(xiàn)安全性問題。但是，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控并保存數(shù)據(jù)的目標(biāo)，還可以詳細(xì)收集記錄長(zhǎng)時(shí)期的數(shù)據(jù)信息。因此，工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中投入使用，能夠起到較好的安全生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控作用[9-10]。

6 結(jié)論

綜上所述，通過充分合理利用傳感器于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，不僅可以大大降低工業(yè)鍋爐存在的安全問題，還能夠全面提高鍋爐節(jié)能管理整體水平。工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有其自身的獨(dú)特性，因此在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域備受歡迎。這一系統(tǒng)既能夠提高工業(yè)鍋爐的運(yùn)行效率與運(yùn)行管理水平，獲得良好的節(jié)能效果，又能夠基于數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化節(jié)能改造，從而大大提高工業(yè)鍋爐燃燒效率。同時(shí)，還可以通過充分發(fā)揮系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，確保數(shù)據(jù)信息的精確度與可靠性，進(jìn)而有助于工業(yè)鍋爐實(shí)現(xiàn)運(yùn)行云數(shù)據(jù)共享。