通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置。包括微控制器、传感器�？�、模拟信号采集�？椤⒖匦藕挪杉？�、UPS电源�？�、电源转换�？�、基本系统模块、数据存储�？�、数据通信�？�、显示报警�？楹屯绱渥爸�。模拟信号采集�？榉直鹩氪衅髂？榧拔⒖刂破飨嗔匦藕挪杉？榉直鹩牍刂乒窦拔⒖刂破飨嗔缭醋荒？�、基本系统�？�、数据存储模块、数据通信模块、显示报警�？榫胛⒖刂破飨嗔�。本实用新型采用微控制器构成PCB电路板方案，具有很强的通用性，适合于各类型、各品牌的工业锅炉，性价比高，有利于市场推广应用，可为锅炉安全与节能监测、锅炉故障和事故调查提供可靠的数据支撑。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及工业锅炉远程监测装置，尤其是涉及一种通用型工业锅炉安全与 节能远程监测数据采集装置。 通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置
【背景技术】
[0002] 当前我国的工业锅炉存在众多不足，例如机械化和自动化程度低、效率低、耗能 高、污染严重，同时，锅炉操作人员普遍素质不高，责任心不强，对压力、温度、水位等动态参 数的监控不严，易产生锅炉事故。从现有的监管手段来看，由于工业锅炉容量小、数量大、布 点分散，难以集中监管，区域范围内的所有工业锅炉的基本信息及安全节能动态监管数据 难以获�。飧娴陌踩嗖旌湍芎募嗖獯匆欢讯�。
[0003] 目前判断锅炉是否节能运行的常规做法是现场能效测试。服务机构根据测试情况 开出诊断书，提出锅炉效能提升改造方案。由于锅炉运行是动态过程，经能效调试改良后的 锅炉在运行一段时间后，又会出现能效比下降的情况。要让锅炉长期保持最佳运行状态，就 必须加强日常运行情况的监测，随时处理和调整运行方式。此外，能效检测工作通常采用 人工现场记录数据，会存在数据记录不连续、不完整等情况，难以有效获取锅炉运行动态数 据。
[0004] 基于物联网技术的锅炉远程监测系统是解决上述问题的一项重要技术方案。通过 安装传感器，或者利用锅炉现有传感器，将工业锅炉的实时状态参数采集、编码、并传送至 远程管理平台，进一步分析计算并评价被测锅炉的安全及能效指标，并以互联网为载体实 时动态发布被监测锅炉的运行情况。
[0005] 在锅炉远程监测物联网系统中，前端的现场数据采集装置要适应各类型、各品牌、 各种环境下的工业锅炉，现有的采集装置有采用外接传感器结合PLC采集的方案，也有通 过与锅炉主控制器通讯而提取锅炉状态参数的方案，前者虽然开发周期短，但装置的生产 成本高，市场推广难度大，而后者常常受限于锅炉制造厂对通讯协议的开放。因此提出一种 适用于各类炉型、各类品牌的通用型工业锅炉运行参数采集装置，以高性价比的方式采集 地区范围内每台锅炉的运行状态，为锅炉物联网系统的建设与推广提供保障。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述【背景技术】的不足，本实用新型的目的是提出一种通用型工业锅炉安 全与节能远程监测数据采集装置，实现工业锅炉的远程状态监测。
[0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 本实用新型包括微控制器、传感器�？�、模拟信号采集�？�、开关信号采集模块、 UPS电源�？�、电源转换�？�、基本系统�？�、数据存储�？椤⑹萃ㄐ拍？�、显示报警�？� 和网络传输装置；模拟信号采集�？榈氖淙胧涑龆朔直鹩氪衅髂？榧拔⒖刂破飨嗔� 关信号采集�？榈氖淙胧涑龆朔直鹩牍刂乒窦拔⒖刂破飨嗔缭醋荒？�、基本系 统�？�、数据存储�？�、数据通信�？�、显示报警�？榫胛⒖刂破飨嗔琔PS电源�？榉� 别与电源转换�？榈氖淙攵思按衅髂？榈牡缭炊讼嗔绱渥爸糜胧萃ㄐ拍？橄� 连。
[0009] 所述传感器�？榘ò沧霸诠膊垦痰牢恢玫难唐露却衅骷把唐趿看� 感器、安装在锅炉蒸汽出口位置的蒸汽压力传感器、安装在锅炉主蒸汽管道上的蒸汽温度 传感器及蒸汽流量传感器、安装在锅炉给水管道上的给水温度传感器、安装在锅炉房内的 环境温度传感器。
[0010] 所述模拟信号采集�？榘糜谧淮衅魇涑龅缧藕诺腎/V变换电路、用于除 去干扰信号的滤波电路和用于隔离放大采集信号的线性光耦隔离电路。
[0011] 所述开关信号采集�？榇庸刂乒衲诘募痰缙�、接触器提取开关信号，所述开 关信号包括锅炉综合报警信号、锅炉超压报警信号、锅炉高水位信号、锅炉低水位信号、锅 炉运行信号、锅炉大火燃烧信号和锅炉小火燃烧信号；所述开关信号经开关信号采集�？� 内部的光耦隔离电路后接入微控制器。
[0012] 所述数据存储�？榘琒D卡接口电路以及用于存储锅炉监测数据的SD卡。
[0013] 所述数据通信�？榘铰贩直鹩糜诹油绱渥爸眉肮骺刂破鞯腞S485 通信接口电路。
[0014] 所述显示报警�？榘琇ED显示电路以及声光报警电路。
[0015] 所述基本系统�？榘д竦缏�、复位电路、以及用于提供时间标识的实时时钟 电路。
[0016] 所述电源转换�？榘糜诓�5V和3. 3V稳定电压的降压稳压电路、滤除供电 电压中干扰毛刺和尖峰的去耦电路、以及用于检测输入电压大小的电压检测电路。
[0017] 所述UPS电源�？榘ù鳸PS功能的开关电源及铅酸蓄电池。
[0018] 与【背景技术】相比，本实用新型具有的有益效果是：
[0019] 1.具有很强的通用性，适合于各类型、各品牌的工业锅炉，无论锅炉主控制器是否 开放通讯协议，均能够可靠采集到锅炉安全与节能监测所需的运行参数，并传送至远程监 测管理平台。
[0020] 2.具有很好经济性，相比现有基于PLC系统的锅炉监测采集装置，本装置采用微 控制器构成PCB电路板方案，成本低，性价比高，更有利于市场推广应用。
[0021] 3.具有较高性能，带光耦隔离的信号采集�？槿繁Ａ讼低嘲踩笕萘康腟D存储 卡、具备续航能力的电源�？槲墓收虾褪鹿实鞑樘峁┛煽康氖葜С�。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0024] 如图1所示，通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置包括：微控制器、 传感器�？�、模拟信号采集�？�、开关信号采集模块、UPS电源�？椤⒌缭醋荒？�、基本系 统�？�、数据存储�？�、数据通信�？�、显示报警�？�、网络传输装置。所述模拟信号采集模 块、开关信号采集�？椤⒌缭醋荒？�、基本系统�？�、数据存储�？�、数据通信�？�、显示 报警�？榫胛⒖刂破飨嗔�
[0025] 微控制器采用高性能、低功耗、具有先进RISC构架的8位AVR嵌入式单片机 ATmegal28L-16AU，其内部具备 128K Flash、4K EEPR0M、4K SRAM、8 路 10 位 ADC、53 个可编 程I/O 口、2个可编程串行USART、1路SPI串行接口、最高工作频率可达16 MHz。
[0026] 传感器�？榘ò沧霸诠膊垦痰牢恢玫难唐露却衅骷把唐趿看衅�、 安装在锅炉蒸汽出口位置的蒸汽压力传感器、安装在锅炉主蒸汽管道上的蒸汽温度传感器 及蒸汽流量传感器、安装在锅炉给水管道上的给水温度传感器、安装在锅炉房内的环境温 度传感器。上述传感器将锅炉运行过程中的物理量转换成4_20mA的电流信号输出。
[0027] 模拟信号采集�？榈氖淙攵擞氪衅髂？橄嗔媚？榘�：基于采样电阻的用 于转换传感器输出电信号的I/V变换电路、用于除去干扰信号的滤波电路、以及基于op07 和HCNR201芯片的用于隔离并放大采集信号的线性光耦隔离电路。该�？榈氖涑龆酥苯咏� 入微控制器的ADC接口。
[0028] 开关信号采集�？榈氖淙胧涑龆朔直鹩牍刂乒窦拔⒖刂破飨嗔媚？榇庸� 炉控制柜内的继电器、接触器提取开关信号，所述开关信号包括：锅炉综合报警信号、锅炉 超压报警信号、锅炉高水位信号、锅炉低水位信号、锅炉运行信号、锅炉大火燃烧信号、锅炉 小火燃烧信号；开关信号经开关信号采集�？槟诓康墓怦罡衾氲缏泛蠼尤胛⒖刂破鞯�10 □。
[0029] 数据存储�？榘琒D卡接口电路以及用于存储锅炉监测数据的SD卡。微控制器 通过SPI接口和SD卡座与SD卡通信，以文件的方式将运算处理后的锅炉状态参数存储于 SD卡中。大容量的SD卡确保能存储最近12小时内的锅炉实时状态参数，为紧急情况或事 故提供真实的数据证据。
[0030] 数据通信�？榘铰稲S485通信接口电路。采用MAX485芯片通过微控制器的 USART接口构成两路RS485通信接口，其中一路用于连接网络传输装置，将采集到的锅炉运 行状态参数接入Internet，送至远程监测管理中心，网络传输装置的选择根据锅炉房内的 网络情况确定，可采用RS485转Eternet或者RS485转GPRS双向数据透明传输装置；另一路 RS485通信接口用于和锅炉主控制器通信，在锅炉制造厂开放主控制器通讯协议的情况下， 直接从锅炉主控制器提取运行参数，此情况下根据直接提取的参数种类可省去开关信号的 采集及部分模拟信号传感器及相应的采集。
[0031] 显示报警�？榘琇ED显示电路以及声光报警电路。LED显示电路用于显示各传 感器的工作状态、开关信号的采集状态、SD卡的插入状态和读取状态、RS485接口的通讯状 态、以及系统电源的工作状态。声光报警电路用于在监测参数超标时向现场司炉人员提供 报警信号，采用报警灯结合蜂鸣器的方式。
[0032] 基本系统|旲块包含晶振电路、复位电路、以及用于提供时间标识的实时时钟电路。 采用16MHZ的外接晶振使微控制器工作于最高性能的16 MIPS下。采用DS1302芯片和备 用电池构成实时时钟电路，为就地存储的锅炉监测参数提供时间标识。
[0033] 电源转换�？榘糜诓�5V和3. 3V稳定电压的降压稳压电路、滤除供电电压 中干扰毛刺和尖峰的去耦电路、以及用于检测输入电压大小的电压检测电路。降压稳压电 路采用LM2576S和LM1117-3. 3芯片构成。电压检测电路采用精密分压电阻将12V直流输 入电压分压后接入微控制器的ADC，当输入电压低于设定值时发出供电不足的报警信号。
[0034] UPS电源�？榘ù鳸PS功能的开关电源及铅酸蓄电池。该�？槲⒖刂破飨低� 及传感器�？樘峁┑缒埽⒕弑感缒芰Γ诠客５绲那榭鱿拢阅芪嗖庾爸锰峁┲� 少2小时的后备电能，为意外发生提供可靠的调查数据。
[0035] 上述【具体实施方式】用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在 本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落 入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征在于：包括微控制器、 传感器�？�、模拟信号采集�？�、开关信号采集模块、UPS电源�？�、电源转换�？�、基本系 统�？�、数据存储�？�、数据通信�？�、显示报警�？楹屯绱渥爸茫荒Ｄ庑藕挪杉？� 的输入输出端分别与传感器�？榧拔⒖刂破飨嗔匦藕挪杉？榈氖淙胧涑龆朔直鹩� 锅炉控制柜及微控制器相连，电源转换�？�、基本系统模块、数据存储�？�、数据通信�？�、 显不报警�？榫胛⒖刂破飨嗔琔PS电源�？榉直鹩氲缭醋荒？榈氖淙攵思按衅髂� 块的电源端相连，网络传输装置与数据通信�？橄嗔�。
2. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特 征在于：所述传感器�？榘ò沧霸诠膊垦痰牢恢玫难唐露却衅骷把唐趿看� 器、安装在锅炉蒸汽出口位置的蒸汽压力传感器、安装在锅炉主蒸汽管道上的蒸汽温度传 感器及蒸汽流量传感器、安装在锅炉给水管道上的给水温度传感器、安装在锅炉房内的环 境温度传感器。
3. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征 在于：所述模拟信号采集�？榘糜谧淮衅魇涑龅缧藕诺腎/V变换电路、用于除去 干扰信号的滤波电路和用于隔离放大采集信号的线性光耦隔离电路。
4. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征 在于：所述开关信号采集�？榇庸刂乒衲诘募痰缙鳌⒔哟テ魈崛】匦藕牛隹匦� 号包括锅炉综合报警信号、锅炉超压报警信号、锅炉高水位信号、锅炉低水位信号、锅炉运 行信号、锅炉大火燃烧信号和锅炉小火燃烧信号；所述开关信号经开关信号采集�？槟诓� 的光耦隔离电路后接入微控制器。
5. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征 在于：所述数据存储�？榘琒D卡接口电路以及用于存储锅炉监测数据的SD卡。
6. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征 在于：所述数据通信模块包含两路分别用于连接网络传输装置及锅炉主控制器的RS485通 信接口电路。
7. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征 在于：所述显示报警模块包含LED显示电路以及声光报警电路。
8. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特 征在于：所述基本系统�？榘д竦缏�、复位电路、以及用于提供时间标识的实时时钟电 路。
9. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特征 在于：所述电源转换�？榘糜诓�5V和3. 3V稳定电压的降压稳压电路、滤除供电电压 中干扰毛刺和尖峰的去耦电路、以及用于检测输入电压大小的电压检测电路。
10. 根据权利要求1所述的通用型工业锅炉安全与节能远程监测数据采集装置，其特 征在于：所述UPS电源�？榘ù鳸PS功能的开关电源及铅酸蓄电池。
【文档编号】G01D21/02GK203881374SQ201420290163
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】马舜, 李顺荣, 赵辉, 刘松国, 熊伟东, 邱征宇 申请人:杭州市特种设备检测研究院
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