智慧用能云互聯(lián)平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究

, ,

(杭州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院，杭州 310051)

0 引言

我國(guó)工業(yè)鍋爐既是耗能大戶，也是污染大戶，燃煤工業(yè)鍋爐污染物排放是重要污染源，年排放煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別占全國(guó)排放總量的33%、27%、9%[1]。我國(guó)工業(yè)窯爐超過16萬座，集中在建材、冶金、化工及陶瓷等行業(yè)，年耗煤量3億噸。窯爐平均熱效率僅為40%，較國(guó)外低10%～30%[2]。且普遍規(guī)模小、裝備陳舊、技術(shù)落后、運(yùn)行管理粗放。燃煤工業(yè)鍋爐及工業(yè)窯爐帶來的能源利用效率低下、環(huán)境污染嚴(yán)重問題已經(jīng)成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的制約因素。因此，在工業(yè)高耗能領(lǐng)域，抓住了燃煤工業(yè)鍋爐和高耗能工業(yè)爐窯，就抓住了工業(yè)節(jié)能減排的牛鼻子。

國(guó)家鼓勵(lì)采用合同能源管理等方式引導(dǎo)企業(yè)、社會(huì)資金加大投入力度，建立以市場(chǎng)為主的長(zhǎng)效機(jī)制實(shí)施鍋爐節(jié)能技術(shù)改造。據(jù)文獻(xiàn)[1]要求，到2018年底，要淘汰落后燃煤鍋爐40萬蒸噸；完成40萬蒸噸燃煤鍋爐的節(jié)能改造；燃煤工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率在2013年的基礎(chǔ)上提高6%，形成年4000萬噸標(biāo)煤的節(jié)能能力；減排100萬噸煙塵、128萬噸二氧化硫、24萬噸氮氧化物。因此，全國(guó)10噸/時(shí)以下燃煤鍋爐改造工程市場(chǎng)巨大。據(jù)文獻(xiàn)[3]，2014年底全國(guó)工業(yè)鍋爐年耗煤量為7.09億噸，10噸/時(shí)以下燃煤鍋爐耗煤量約占25%，到2018年將全部10噸/時(shí)以下的燃煤鍋爐進(jìn)行高效鍋爐替代或節(jié)能改造，假設(shè)原煤價(jià)格500元/噸均價(jià)，改造工程中以每噸煤改造投資800～1000元，燃煤成本約占運(yùn)營(yíng)投入的60%計(jì)。據(jù)測(cè)算，2015～2018年，10噸/時(shí)以下燃煤鍋爐改造工程市場(chǎng)空間約為1418～1773億元，對(duì)應(yīng)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)空間超過1478億元，具體見表1。若包含環(huán)保在內(nèi)的節(jié)能改造，則改造市場(chǎng)前景更加巨大。

表1 燃煤鍋爐改造市場(chǎng)空間測(cè)算表

工業(yè)節(jié)能減排有一個(gè)現(xiàn)實(shí)瓶頸，即耗能設(shè)備量大面廣，用能分散，節(jié)能減排缺乏有效切入點(diǎn)。企業(yè)有意識(shí)和積極性，卻無法發(fā)現(xiàn)、診斷及改進(jìn)，無從入手，而政府部門監(jiān)管也缺乏有效支撐平臺(tái)?；诖耍疚奶岢鲇谩霸破脚_(tái)(工具)+工程技術(shù)中心(核心)”模式，整合分散用能產(chǎn)業(yè)鏈，做綠色智慧能源供應(yīng)商。即：利用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，融“信息互聯(lián)、技術(shù)支撐、綜合服務(wù)”為一體, 建立智慧用能互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)(互聯(lián)網(wǎng)+智慧鍋爐、爐窯)，將分散用能企業(yè)互聯(lián)互通，利用大數(shù)據(jù)整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，并通過工程中心技術(shù)支撐及合同能源托管運(yùn)營(yíng)，使耗能設(shè)備安全、節(jié)能及環(huán)保運(yùn)行。最終形成“互聯(lián)網(wǎng)+智慧鍋爐”——“云平臺(tái)”、“大數(shù)據(jù)”——“技術(shù)支撐”——“合同能源管理”——“鍋爐三位一體運(yùn)行體系”閉環(huán)。此模式既有平臺(tái)，又有工程技術(shù)中心支持，開展實(shí)體項(xiàng)目。

1 互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)構(gòu)架

智慧用能互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶工作界面通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)集傳感檢測(cè)、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程傳輸、平臺(tái)運(yùn)算及診斷處置為一體，通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)耗能設(shè)備安裝各型傳感器或和采集終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)采集、編碼；并通過互聯(lián)網(wǎng)傳送至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)；經(jīng)后臺(tái)軟件數(shù)據(jù)處理、模型運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)耗能設(shè)備24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)；一旦有異?；蛘邎?bào)警，平臺(tái)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過專家遠(yuǎn)程診斷，監(jiān)測(cè)人員以電話、短信等形式，向用戶發(fā)出警示，指導(dǎo)處置；最終，工程技術(shù)中心人員現(xiàn)場(chǎng)通過管理節(jié)能和技改節(jié)能等綜合服務(wù)方式，實(shí)現(xiàn)耗能設(shè)備持續(xù)高效綠色運(yùn)行[4-7]。具體如圖1所示。平臺(tái)由監(jiān)測(cè)對(duì)象、信號(hào)采集層、傳輸網(wǎng)絡(luò)、中心管理層和用戶應(yīng)用層組成。監(jiān)測(cè)對(duì)象包括工業(yè)鍋爐、熱電鍋爐和高耗能工業(yè)爐窯等。

圖1 云平臺(tái)B/S構(gòu)架流程圖

1.2 平臺(tái)功能

平臺(tái)由綜合平臺(tái)、政府平臺(tái)、公眾平臺(tái)、企業(yè)平臺(tái)和碳排放平臺(tái)5個(gè)分支平臺(tái)組成，具備7大功能：1)在線監(jiān)測(cè)，包含實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、GIS監(jiān)測(cè)和Flash監(jiān)測(cè)界面。2)故障診斷和報(bào)警，提供異常狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)采集器運(yùn)行信息等方面報(bào)警、處理和查詢，及時(shí)將信息推送到相關(guān)人員手機(jī)端，也支持Email、短信通知。3)歷史數(shù)據(jù)查詢，提供對(duì)同類型設(shè)備的數(shù)據(jù)對(duì)比和相關(guān)參數(shù)的關(guān)聯(lián)性對(duì)比分析，歷史數(shù)據(jù)可歸檔保存，也可直接打印。4)多級(jí)權(quán)限管理，在每個(gè)權(quán)限區(qū)域下可添加各種受限對(duì)象，使不同使用機(jī)構(gòu)根據(jù)不同權(quán)限，信息分享。5)信息管理，包括用戶信息管、監(jiān)測(cè)裝置在線管理和系統(tǒng)維護(hù)日志和操作日志管理。6)能耗統(tǒng)計(jì)發(fā)布，根據(jù)鍋爐運(yùn)行效率、能耗指標(biāo)等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)轄區(qū)內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行定期統(tǒng)計(jì)公布，可預(yù)留數(shù)據(jù)接口給平臺(tái)外。7)支持手機(jī)、Ipad等移動(dòng)終端服務(wù)。

2 “平臺(tái)+中心”組成

“平臺(tái)+中心”運(yùn)營(yíng)模式由云平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)和工程技術(shù)中心組成，如圖2所示。具體如下：

圖2 “平臺(tái)+中心”運(yùn)營(yíng)模式聯(lián)通用能產(chǎn)業(yè)鏈

1)云平臺(tái)——千里眼。平臺(tái)通過安裝傳感器，采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，解決耗能設(shè)備運(yùn)行效率低難發(fā)現(xiàn)的問題，使耗能設(shè)備長(zhǎng)了千里眼。

2)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)——智慧腦。平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳到平臺(tái)，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，由運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)人員進(jìn)行診斷和處置，解決耗能設(shè)備運(yùn)行效率低難診斷的問題，使耗能設(shè)備長(zhǎng)了智慧腦。團(tuán)隊(duì)人員包括：監(jiān)測(cè)人員、運(yùn)行專家、測(cè)試人員、維護(hù)人員、研發(fā)人員、司爐人員和技改人員等。監(jiān)測(cè)人員負(fù)責(zé)平臺(tái)日常巡查和運(yùn)行管理；專家負(fù)責(zé)耗能設(shè)備異常信息診斷處置和節(jié)能技改的技術(shù)支撐，人員應(yīng)由工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域制造、使用、檢驗(yàn)等單位的專家組成；測(cè)試人員負(fù)責(zé)耗能設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及診斷，為節(jié)能技改提出技術(shù)依據(jù)；維護(hù)人員負(fù)責(zé)平臺(tái)終端系統(tǒng)安裝調(diào)試與軟硬件設(shè)施維護(hù)；研發(fā)人員負(fù)責(zé)技術(shù)創(chuàng)新和平臺(tái)管理創(chuàng)新，不斷改進(jìn)和完善平臺(tái)運(yùn)營(yíng)模式；司爐人員負(fù)責(zé)入網(wǎng)耗能設(shè)備的操作維護(hù)；技改人員負(fù)責(zé)節(jié)能環(huán)保技改項(xiàng)目。

3)工程技術(shù)中心——技術(shù)手。平臺(tái)通過管理節(jié)能和技改節(jié)能，并由工程技術(shù)中心幫扶，解決耗能設(shè)備運(yùn)行效率低難改進(jìn)的問題，使企業(yè)節(jié)能有了技術(shù)手。工程技術(shù)中心能夠整合人財(cái)物力和相關(guān)資質(zhì)等優(yōu)勢(shì)資源，為云平臺(tái)做技術(shù)支撐，為用能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)項(xiàng)目開展綜合服務(wù)，包括診斷評(píng)估、規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程總包、投資建設(shè)、技術(shù)改造、運(yùn)營(yíng)管理、系統(tǒng)集成、技術(shù)研發(fā)及平臺(tái)管理等。

3 聯(lián)通用能產(chǎn)業(yè)鏈

3.1 用能產(chǎn)業(yè)鏈

工業(yè)用能領(lǐng)域上中下游產(chǎn)業(yè)鏈主要分為：1)上游產(chǎn)業(yè)，包括燃料供應(yīng)商和設(shè)備制造商。燃料供應(yīng)商提供固液氣燃料，包括煤炭、生物質(zhì)顆粒、柴油、生物質(zhì)柴油、水煤漿、管道天然氣、液化天然氣等；設(shè)備制造商提供鍋爐、工業(yè)爐窯、輔機(jī)及管網(wǎng)等設(shè)備。2)中游產(chǎn)業(yè)(核心領(lǐng)域)，包括工業(yè)用能單位、熱電公司、供熱公司等，用能設(shè)備包括工業(yè)鍋爐、熱電鍋爐、高耗能工業(yè)爐窯等。3)下游產(chǎn)業(yè)，包括合同能源管理公司、安裝改造維修公司和節(jié)能環(huán)保技術(shù)公司等。

目前工業(yè)用能產(chǎn)業(yè)鏈各節(jié)點(diǎn)短板為市場(chǎng)的碎片化和信息的片面化。雖然在各自領(lǐng)域都有優(yōu)質(zhì)企業(yè)，但市場(chǎng)碎片化，各自為戰(zhàn)，核心領(lǐng)域的用能單位數(shù)量眾多、分散在冶金、建材、石油、電力、化工、煤炭等各領(lǐng)域，參差不齊；工業(yè)用能信息片面，信息不對(duì)稱，耗能設(shè)備用能信息很難獲得，鍋爐等耗能設(shè)備運(yùn)行信息往往掌握在相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)手中。

3.2 聯(lián)通產(chǎn)業(yè)鏈

“平臺(tái)+中心”運(yùn)營(yíng)模式可利用平臺(tái)將分散用能單位有機(jī)鏈接，掌握用能信息、耗能設(shè)備運(yùn)行信息及節(jié)能環(huán)保改造等大數(shù)據(jù)。整合使用領(lǐng)域業(yè)務(wù)空間，形成用能行業(yè)完整的上中下游產(chǎn)業(yè)鏈，具體如圖3所示。

圖3 軟件總體邏輯架構(gòu)

1)對(duì)上游燃料供應(yīng)商。通過平臺(tái)，可了解用戶燃料供應(yīng)信息，通過整合燃料供應(yīng)商，形成行業(yè)聯(lián)盟，并由平臺(tái)統(tǒng)一供應(yīng)，降低燃料供應(yīng)成本。

2)對(duì)設(shè)備制造商。通過平臺(tái)，能夠獲得用能單位更精準(zhǔn)的新設(shè)備需求信息，平臺(tái)也能為需要改造提升用能單位的耗能設(shè)備做選型代理。

3)對(duì)用能單位(核心領(lǐng)域)。平臺(tái)24小時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，整合用能領(lǐng)域，掌握大數(shù)據(jù)。對(duì)正常運(yùn)行設(shè)備，可掌握用能單位燃料供應(yīng)信息、設(shè)備運(yùn)行信息、維保信息及是否需技改等，并按需求提供給燃料供應(yīng)商、設(shè)備制造商、節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)或用能單位；需技改用能單位，由工程技術(shù)中心開展咨詢，做技術(shù)支撐。需能源托管用能單位，可有工程技術(shù)中心開展合同能源管理模式。

4)對(duì)服務(wù)機(jī)構(gòu)。以上項(xiàng)目可依托技術(shù)中心職能或委托外協(xié)節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)。

工程技術(shù)中心研發(fā)人員還可開展新技術(shù)研發(fā)，并將新技術(shù)反饋給平臺(tái)用能單位，形成良性循環(huán)。

4 “平臺(tái)+中心”運(yùn)營(yíng)模式

“平臺(tái)+中心”運(yùn)營(yíng)模式即為監(jiān)測(cè)、巡查、調(diào)度和診斷處置為一體的運(yùn)營(yíng)模式，由平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度人員對(duì)耗能設(shè)備進(jìn)行診斷處置，最終形成平臺(tái)發(fā)現(xiàn)、診斷分析、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、技改落實(shí)、高效運(yùn)行為一體的監(jiān)測(cè)與反饋的閉循環(huán)。運(yùn)營(yíng)模式如圖4所示，具體流程如下：

1)正常巡視工作。監(jiān)測(cè)人員通過平臺(tái)對(duì)受監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行日常巡視，對(duì)于正常運(yùn)行(能效達(dá)標(biāo))的設(shè)備，監(jiān)測(cè)人員通過大數(shù)據(jù)分析，了解用能單位燃料供應(yīng)信息、設(shè)備運(yùn)行信息、維保信息及是否需技改等，定期下載數(shù)據(jù)、歸檔，按需求提供給政府機(jī)構(gòu)、燃料供應(yīng)商、設(shè)備制造商、節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)或用能單位。

2)異常報(bào)警處置。當(dāng)監(jiān)測(cè)人員發(fā)現(xiàn)某臺(tái)設(shè)備異常報(bào)警后，首先判定報(bào)警類型：

對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障報(bào)警，監(jiān)測(cè)人員通知維護(hù)人員進(jìn)行檢修，排除故障，直至報(bào)警解除。

對(duì)于緊急類報(bào)警，如：超壓、低水位等，首先明確用能單位是責(zé)任主體，用能單位司爐人員應(yīng)通過設(shè)備本體報(bào)警系統(tǒng)或用能單位權(quán)限登錄平臺(tái)排查報(bào)警，進(jìn)行處置，消除隱患后方可運(yùn)行。而平臺(tái)監(jiān)測(cè)人員會(huì)通過電話、短信形式提醒用能單位相關(guān)人員，只具有輔助作用，同時(shí)平臺(tái)具有記錄報(bào)警信息(黑匣子)功能，為后續(xù)事故調(diào)查提供依據(jù)。

對(duì)于節(jié)能環(huán)保類報(bào)警，監(jiān)測(cè)人員通過專家?guī)烀麊瓮ㄖ獙＜覍?duì)報(bào)警進(jìn)行診斷。當(dāng)判斷不需到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，專家可遠(yuǎn)程診斷，當(dāng)判斷需到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，通知測(cè)試人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果熱效率確實(shí)偏低后，專家和測(cè)試人員根據(jù)測(cè)試結(jié)果提出診斷指導(dǎo)意見，指導(dǎo)用能單位進(jìn)行節(jié)能整改。若為管理操作不當(dāng)造成熱效率偏低的，可指導(dǎo)司爐人員優(yōu)化運(yùn)行來提高運(yùn)行效率。若為設(shè)備本體問題，專家和測(cè)試人員則進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果有改造價(jià)值的，則建議用能單位進(jìn)行技術(shù)改造，技術(shù)改造可由工程技術(shù)中心技改人員或委托相關(guān)節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)承擔(dān)；評(píng)價(jià)結(jié)果無改造價(jià)值的，監(jiān)測(cè)人員通知用能單位管理人員建議報(bào)廢新建用能設(shè)施。整改完畢，能效達(dá)標(biāo)并能長(zhǎng)期保持節(jié)能運(yùn)行的設(shè)備，專家指導(dǎo)其申報(bào)相關(guān)節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)。

5 項(xiàng)目研究進(jìn)展

項(xiàng)目組運(yùn)用信息傳感和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鍋爐物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)建了鍋爐物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)智慧云平臺(tái)，并建立了日常巡視值班制度和診斷處置機(jī)制[8-10]。

5.1 軟件開發(fā)

1)數(shù)學(xué)模型。開發(fā)基于燃煤/生物質(zhì)等固體燃料和基于燃油/氣等氣液燃料鍋爐熱效率數(shù)學(xué)模型和能效指標(biāo)判定模型，模型采用效率正平衡和反平衡計(jì)算。燃料低位發(fā)熱量及固體燃料的灰分、飛灰含碳量、漏煤含碳量、爐渣含碳量等參數(shù)在線測(cè)量難度大，采用現(xiàn)場(chǎng)采樣，離線分析，結(jié)果輸入到模型中的方法，其余參數(shù)通過傳感器實(shí)時(shí)采集輸入。

2)嵌入式終端軟件。用C語言編寫，模塊化結(jié)構(gòu)，用于嵌入式數(shù)據(jù)采集終端。軟件總體被分解為系統(tǒng)管理、顯示管理、人機(jī)接口、串行通信、開關(guān)量輸入、模擬量輸入和GPRS通信等任務(wù)，運(yùn)行在μC/OS-II操作系統(tǒng)之上。具備參數(shù)檢測(cè)、標(biāo)度變換、能效參數(shù)計(jì)算、自診斷、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)通信、遠(yuǎn)程配置及管理、人機(jī)交互等功能。

圖4 “平臺(tái)+中心”運(yùn)營(yíng)模式流程圖

3)平臺(tái)上位機(jī)軟件。用Java7語言編寫，模塊化設(shè)計(jì)，B/S 結(jié)構(gòu)，能接入及處理海量鍋爐現(xiàn)場(chǎng)采集裝置能力，圖4所示為總體邏輯構(gòu)架。總體邏輯架構(gòu)分為采集層、傳輸層、存儲(chǔ)層、支撐層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層6個(gè)層次。包括綜合平臺(tái)、政府平臺(tái)、企業(yè)平臺(tái)和公眾平臺(tái)四大板塊，具備在線監(jiān)測(cè)、報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、多級(jí)權(quán)限管理、配置管理、數(shù)據(jù)發(fā)布、手機(jī)操作七大功能。在線監(jiān)測(cè)包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、GIS監(jiān)測(cè)和Flash監(jiān)測(cè)界面。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示鍋爐啟停、水位、溫度、壓力、流量、煙溫等運(yùn)行參數(shù)，并以數(shù)據(jù)列表形式展示；GIS監(jiān)測(cè)配備GIS引擎，將實(shí)時(shí)信息直觀地呈現(xiàn)在Web頁面上，還可將鍋爐房可定位至地圖上相應(yīng)位置；Flash監(jiān)測(cè)對(duì)每臺(tái)鍋爐配備流程圖監(jiān)測(cè)，所有運(yùn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)可通過Flash界面展示。

4)專用數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議。以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議作為底層通信承載協(xié)議，規(guī)定了采集終端與云平臺(tái)間注冊(cè)、登錄、心跳、運(yùn)行數(shù)據(jù)上報(bào)及查詢、終端參數(shù)配置及查詢、能效計(jì)算模型參數(shù)配置及查詢等發(fā)送接收的數(shù)據(jù)包格式。采集終端與監(jiān)測(cè)平臺(tái)間通過傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，只要采集終端按此協(xié)議編碼，都能接入云平臺(tái)。此外，還包括采集終端身份識(shí)別碼(終端ID)和鍋爐編碼，終端采集與計(jì)算參數(shù)編碼等，圖5 所示為該協(xié)議通信數(shù)據(jù)包格式。

圖5 通信數(shù)據(jù)包格式

5.2 傳感器選型和裝置研制

1)傳感器選型。根據(jù)鍋爐運(yùn)行工況所必須提取的參數(shù)信號(hào)，選取溫度、壓力、氧量、流量及水質(zhì)等各型傳感器，包括O2傳感器、蒸汽壓力變送器、溫度傳感器、電流傳感器、渦輪給水流量計(jì)等。

2)水質(zhì)硬度在線測(cè)控裝置。由試劑盒、注藥部分、攪拌部分、測(cè)定部分、給排水部分、控制模塊構(gòu)成。能定期自動(dòng)進(jìn)行樣水的采集、攪拌和判斷等一連串測(cè)定動(dòng)作，線測(cè)控采用比色分析法自動(dòng)得出鍋爐給水硬度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并可根據(jù)水質(zhì)硬度報(bào)警信號(hào)，及時(shí)控制水處理設(shè)備進(jìn)行水處理運(yùn)行及再生。

3)燃煤鍋爐斗式和皮帶輸送式稱重計(jì)量裝置。斗式裝置即在鍋爐斗式上煤設(shè)備基礎(chǔ)上改造并增加燃煤稱重部分與煤量計(jì)量控制柜。稱重部分由閘門、氣缸、稱重煤斗、稱重傳感器、固定支架、支撐翻邊構(gòu)成，負(fù)責(zé)將斗煤稱重，并將測(cè)量信號(hào)傳輸給計(jì)量控制柜，進(jìn)行計(jì)量、記錄，并將測(cè)量數(shù)值轉(zhuǎn)換成不同種類信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)耗煤量自動(dòng)稱重與計(jì)量。皮帶輸送式裝置，即拆除原斗式上煤設(shè)備，安裝皮帶輸送式上煤設(shè)備，并增加燃煤稱重裝置與煤量計(jì)量控制柜，從而實(shí)現(xiàn)皮帶輸送進(jìn)煤方式的耗煤量自動(dòng)稱重與計(jì)量。

5.3 采集終端硬件研制

1)通用型數(shù)據(jù)采集終端。采用外接傳感器結(jié)合PLC監(jiān)測(cè)和采集，由采集、供電、PLC、視頻和通訊五組塊組成。采集組塊用于各類信號(hào)采集，供電組塊用于轉(zhuǎn)換電源及對(duì)終端各元器件進(jìn)行供電，PLC組塊用于對(duì)各類信號(hào)進(jìn)行匯總、編碼，視頻組塊用于采集鍋爐房視頻信號(hào)，通訊組塊用于信號(hào)傳輸。

2)嵌入式通用型數(shù)據(jù)采集終端。采用微控制器(ARM)構(gòu)成PCB電路板方案，由微控制器、傳感器模塊、信號(hào)采集模塊、UPS電源模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、基本系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通信模塊、顯示報(bào)警模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置構(gòu)成。帶光耦隔離的信號(hào)采集模塊能確保系統(tǒng)安全，大容量SD存儲(chǔ)卡、具備續(xù)航能力電源模塊能為鍋爐故障和事故調(diào)查提供可靠數(shù)據(jù)支撐。成本低，性價(jià)比高，適合于各類型、各品牌工業(yè)鍋爐。

3)交互型數(shù)據(jù)采集終端。傳統(tǒng)交互型終端在PLC和工控機(jī)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而來，由觸控屏、數(shù)據(jù)采集器(PLC)、工控機(jī)、端子排、總開關(guān)、熔斷器、功率表、交直流轉(zhuǎn)換電源和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸終端組成。便攜交互型終端基于PCB板，由ARM微處理器、LCD觸控屏、采集存儲(chǔ)模塊、電源模塊、GPRS通信模塊等組成，更具輕便和成本優(yōu)勢(shì)。交互型終端具有信號(hào)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、無線傳輸和人機(jī)互動(dòng)功能，適用于多類型鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)交互與司爐工培訓(xùn)。

4)無線型數(shù)據(jù)采集終端。采用Zigbee技術(shù)研制，運(yùn)行信號(hào)可通過無線傳輸(GPRS等方式)匯總到便攜式控制盒，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸從“有線”改進(jìn)成“無線”數(shù)據(jù)連接，并采用多個(gè)傳感器點(diǎn)布置一臺(tái)微型數(shù)據(jù)收發(fā)器，多個(gè)收發(fā)器統(tǒng)一將數(shù)據(jù)“無線”傳輸至便攜式采集通信器，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無線傳輸，無需安裝橋架、敷設(shè)電纜。

5.4 系統(tǒng)應(yīng)用

目前，已有133臺(tái)在用鍋爐接入平臺(tái)，包括60臺(tái)燃油氣鍋爐，69臺(tái)燃煤/生物質(zhì)鍋爐和4臺(tái)熱電鍋爐，并由一家能源公司負(fù)責(zé)日常維護(hù)運(yùn)營(yíng)。平臺(tái)運(yùn)行期間，已協(xié)調(diào)5鍋爐企業(yè)安裝余熱回收裝置，解決排煙溫度過高問題；幫助43家企業(yè)解決生物質(zhì)鍋爐燃燒不均、漏風(fēng)嚴(yán)重、冒黑煙等問題；已成功消除20余次安全隱患，監(jiān)測(cè)到上千次能效超標(biāo)報(bào)警，成功幫助80余家企業(yè)節(jié)能。如通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)到杭州某食品公司二臺(tái)燃?xì)忮仩t的熱效率只有88.01%和88.37%，通過節(jié)能診斷，建議尾部煙道增加節(jié)能器，經(jīng)過節(jié)能技改后，該公司的鍋爐熱效率分別提高到93.25%和93.67%，提高了5%以上，每年可節(jié)約天然氣47000m3，節(jié)約費(fèi)用約20萬元。平臺(tái)大數(shù)據(jù)還為杭州市制定鍋爐產(chǎn)業(yè)政策和淘汰落后產(chǎn)能提供理論依據(jù)，為監(jiān)管部門實(shí)施執(zhí)法提供數(shù)據(jù)支撐。接下來，項(xiàng)目組還將在標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)、10 t/h以上工業(yè)鍋爐和高耗能爐窯數(shù)據(jù)接入覆蓋率、市場(chǎng)推廣上繼續(xù)該項(xiàng)目的推進(jìn)。

6 總結(jié)

本文運(yùn)用信息傳感和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)智慧用能互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，并提出用云平臺(tái)結(jié)合工程技術(shù)中心的運(yùn)營(yíng)模式，整合分散用能產(chǎn)業(yè)鏈，做綠色智慧能源供應(yīng)商。即通過互聯(lián)網(wǎng)+智慧鍋爐、爐窯，將分散用能企業(yè)互聯(lián)互通，利用大數(shù)據(jù)整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，并通過工程中心技術(shù)支撐及合同能源托管運(yùn)營(yíng)，使耗能設(shè)備安全、節(jié)能及環(huán)保運(yùn)行。研究已開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鍋爐物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)建了鍋爐物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)智慧云平臺(tái)，建立了日常巡視值班制度和診斷處置機(jī)制，并成功進(jìn)行了軟件開發(fā)，傳感器選型和裝置研制及采集終端硬件研制等。在應(yīng)用上，已有133臺(tái)在用鍋爐接入平臺(tái)，并取得良好社會(huì)效益和節(jié)能效果。