一种基于工业物联网的锅炉监控系统及方法与流程

2021-02-26 21:02:56|

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本发明属于锅炉监控
技术领域：
，尤其涉及一种基于工业物联网的锅炉监控系统及方法。
背景技术：
：目前，最接近的现有技术：锅炉无线远程监控系统是使用物联网技术，通过无线数据传输，把锅炉的实时运行信息传送数据中心平台，通过数据可以实时查看每台锅炉的运行状态。如果发生故障或者产生报警则进行及时处理。我国目前有几十万的大小锅炉在运行，广泛的应用在电力、供热、洗浴等行业。在使用过程中由于操作人员的疏忽，经常引发锅炉的使用事故。目前有公司已研发出工业物联网检测终端，由mcu、总线单元、无线数传模块(单模/双模可选)、eth接口、can总线接口、485接口及开关量接口、模拟量接口构成。终端创造性地设计了多接口可选模式，以适应不同的监测场景，可以兼顾多种类型的传感器(模拟量、数字量)。目前在国内，没有完全相同的产品，市场上应用的多是厂商根据实际情况定制的产品，可移植性差，不能大面积推广。综上所述，现有技术存在的问题是：目前市场上应用的多是厂商根据实际情况定制的工业物联网检测终端，可移植性差，不能大面积推广。解决上述技术问题的难度：如何改进工业物联网检测终端的结构，提高可移植性及实用性，便于大面积推广。解决上述技术问题的意义：解决上述技术问题，可以实现将锅炉的各种参数采集到监测终端，通过无线/有线的方式传到后台服务器进行分析处理，可以避免锅炉的使用事故，降低操作者的劳动量，提高劳动者的安全系数。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于工业物联网的锅炉监控系统。本发明是这样实现的，一种基于工业物联网的锅炉监控系统，所述基于工业物联网的锅炉监控系统设置有：锅炉专用机顶盒；锅炉专用机顶盒通过导线接入检测传感器，检测传感器固定在锅炉上，通过无线/有线的方式连接监控系统服务中心，监控系统服务中心通过导线连接打印机。进一步，锅炉专用机顶盒中心设置有mcu，mcu通过导线连接eth接口、can接口、485接口、modbus接口、模拟量接口、数字量接口、无线通信模块。进一步，监控系统服务中心设置有业务服务器和管理台，业务服务器包括应用模块、服务模块、支撑模块、平台模块；管理台包括应用模块；功能模块；平台模块。进一步，业务服务器中的应用模块包括实时数据采集、设备远程控制、设备分布监控、统计图表；服务模块包括命令控制、文件服务、报表、实时状态处理、实时事件处理、实时告警处理；支撑模块包括消息队列、搜索引擎、推动、工作流；平台模块包括操作系统，存储、网络。进一步，管理台中的应用模块包括配制、监控；功能模块包括ioc、aop、orm；平台模块包括jvm、数据库。综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过检测传感器检测锅炉的各项参数，锅炉专用机顶盒通过接口收集参数并通过无线/有线的方式将参数数据传输到系统服务中心，结构简单，兼容性强，可移植性好，可以大面积推广。附图说明图1是本发明实施例提供的基于工业物联网的锅炉监控系统结构示意图；图2是本发明实施例提供的锅炉专用机顶盒结构示意图；图3是本发明实施例提供的监控系统服务中心结构示意图；图4是本发明实施例提供的监控系统服务中心典型组网方案结构示意图。图中：1、锅炉；2、检测传感器；3、锅炉专用机顶盒；4、监控系统服务中心；5、打印机；6、无线通信模块；7、mcu；8、eth接口；9、can接口；10、485接口；11、modbus接口；12、模拟量接口；13、数字量接口。具体实施方式为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于工业物联网的锅炉监控系统，下面结合附图对本发明的技术方案作详细的描述。实施例1：如图1所示，锅炉专用机顶盒3通过导线接入检测传感器2，检测传感器2固定在锅炉1上，通过无线/有线的方式连接监控系统服务中心4，监控系统服务中心通过导线连接打印机5。在本实施例中，锅炉1具备以下功能特点：高速并行采集12路模拟传感量测试范围为4～20ma电流型数据；参数值保留小数点2位；模拟量输入与采集器调理电路采用耐压/耐流隔离，保护后级电路稳定；采集数据具备本地存储功能，允许存储24小时数据；精度达到工业5级；高速高压并行8路开关量输出端口开关量电路输入220v交流信号；开关量电平为0/1；1路采集rs232通行端口，支持及时控协议；1路rs232通行端口，用于参数配置；1路rs485工业通信总线接口，支持modbus协议、profibus协议；支持433mhz无线传输，可达到短距离数据交换；数据传输通道提供gprs，支持双服务器通信功能，保证网络传输的可靠性；数据储存sd卡，可最多保存一天的历史数据；多种状态指示灯；提供综合采集器服务器平台，并提供单点测试工具软件。工作温度范围-30℃～70℃。在本实施例中，监控系统服务中心4典型组网方案如图4所示，具体说明如下：适配器：获取数据，整理加工后上传给系统；接入服务器：接收适配器连接，在适配器和系统之间传递信息。支持适配器个数以”千”为单位；调度分发服务器：将接收待处理的数据，根据业务服务器的负荷调度到合适的业务服务器处理；实时业务处理集群：大数据系统，提供历史数据的分析和挖掘能力；实时数据存储集群：大数据系统，提供历史数据的分析和挖掘能力；配置管理服务器：供系统管理员使用，实现配置参数和操作权限的管理。本发明通过检测传感器2检测锅炉1的各项参数，锅炉专用机顶盒3通过接口收集参数并通过无线/有线的方式将参数数据传输到系统服务中心4。实施例2：如图2所示，在实施例1的基础上，锅炉专用机顶盒3中心设置有mcu7，mcu7通过导线连接eth接口8、can接口9、485接口10、modbus接口11、模拟量接口12、数字量接口13、无线通信模块6。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3可以兼容不同的模拟量、开关量等参数数据接口。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3的设计要求：能提供安全的通道，注册连接通过验证机顶盒设备号和手机号，数据通信防止被篡改，要求对数据进行加密；采集卡的配置软件能对采集频率、上传频率、服务器ip、端口、阈值等进行配置，服务器能够对采样卡的参数进行修改(如上传频率、服务器时钟)；能够对超出阈值的数据进行紧急报警；为了保证数据可靠传输，与服务器通信采用确认机制；预留短信通道，包含配置、主动报警功能；采集数据本地保存一天内未发送成功数据，待网络空闲(逐条发送60条，间隔29秒发送一组)或设备重启后，优先完成数据上传发送，(锅炉燃烧器分工作和待机两个状态，待机状态时可视为为网络空闲时段)，待机状态：启动信号(在及时控系统中，燃烧器状态字节大于0)无效，待机状态：1分钟(固定)发一条正常数据，再每间隔29s发一组60条(逐条)存储本地的丢失包。异常数据5s发一次；工作状态：5分钟逐条发60条，不足5分钟的未发数据，当丢失数据存储；传输方式：udp/tcp传输方式可通过上位机软件配置。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3在出厂前通过串口与终端配套的上位机软件进行现场配置。配置参数：采样频率、上传频率、服务器ip或域名、端口、udp/tcp传输方式、阈值、短信号码(业主，可预设3个号码)、机顶盒编号和gprs卡号。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3的注册过程：在开机启动后，主动向服务器发送一条数据包，该数据包中包含终端的设备号、gprs卡号、设备号。服务器收到该数据后，给终端回复一条数据包，数据包中包含：服务器同步时间，终端通过此数据包来同步时间以及确定通道是否建立。注册过程：即未建立起连接通道，每隔5s发一次，5次不成功，隔1小时重新启动注册过程初装/恢复出厂设置：未注册成功之前，不采集数据。注册一次后：设备重启后，再次发起注册过程。每次发送一组60帧数据全部丢失后，也需要重新启动注册过程，但需要同时采集数据。注册成功后，指示灯显示(红/绿)。网络指示灯(绿单色)，电源指示灯(红单色)。注：每次上电后，都需要注册一次。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3的正常数据通信：设备出厂默认，按照采集频率(每5s)采集一次数据，按照上传频率(每5分钟)到逐条上传(60条)数据，服务器每接收一条数据后，对该条数据进行回复。对于本次没有收到回复的数据，将其存入本地flash。特殊情况：当无网络服务时，每5分钟将采集的60条数据存入flash中，flash中只存储一天的上传失败的测量值。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3报警数据通信：机顶盒采集数据值超过设定的阈值时，此条数据在下一个采集频率(每5s)时立即上传，并设定高优先级；同时向业主发送一条短信(在整个报警阶段只在报警开始时向业主发送一条短信)。当报警消除后，采集一条正常数据并上传告知服务器报警状态消除，同时向业主发送一条短信。(5分钟内数据转换不报警)注：报警值如上传不成功，当成上传失败数据处理。当报警产生时，如果在报警时刻之前还有数据(不足60条数据)没有上传，则系统自动将这部分数据存入本地flash中，当成上传失败数据处理，服务器对报警数据确认。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3上传失败数据处理：设备在重新开机后，通过之前建立的通道初始化过程中，将flash中的所有数据进行上传；上传时间间隔为29秒。与待机时间间隔冲突时，优先发待机时正常的数据包；利用空闲时间上传：空闲时间按照1分钟采集一次数据，并按照29秒上传flash中的数据。这期间所有数据只重传一次。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3对数据的加密方式；加密算法选用tea算法。加密只对数据字段加密。在本实施例中，锅炉专用机顶盒3的数据帧格式：1)上行通用数据帧格式起始字节为:0x55aa版本:一个字节自定义，版本02。数据类型：区分不同的帧类型，为2字节。上传数据类型0x50xx数据包优先级：0x00：工作状态0x01：空闲状态0x02：报警状态机顶盒编码格式：区分不同的锅炉。数据长度:数据字段内容的长度n。数据：不同的数据类型，对应不同的数据字段。数据校验：收到的数据(除起始，结束与本身校验字节)crc16(xmodem)校验。结束字节：0x7e7f。机顶盒编码格式(8字节)省份代号(2个字节)：ascii码(如：cq)序列号(6位阿拉伯数字)：上行数据类型字段：数据类型字段备注终端配置上行0x5001注册信息上行0x5002正常数据通信上行0x5003报警数据通信上行0x5004上传失败数据上行0x5005下行通用数据帧类型起始版本数据类型数据长度数据校验结束字节2字节1字节2字节2字节n字节2字节2字节起始字节为:0x55aa版本:一个字节自定义，版本02。数据类型：区分不同的帧类型，为2字节。下行数据类型为0xd0xx。数据长度:数据字段内容的长度n。数据：不同的数据类型，对应不同的数据字段。数据校验：收到的数据(除起始，结束与本身校验字节)crc16(xmode)校验。结束字节：0x7e7f。下行数据类型数据类型字段备注终端配置下行0xd001注册信息下行0xd002正常数据通信下行0xd003报警数据通信下行0xd004失败数据下行0xd005重新注册下行0xd006终端配置帧格式-----数据段在线配置参数：服务器时间、上传频率(范围：1min～5min)、采样频率、阀值。(如若丢包，即未得到机顶盒确认，服务器端自定义重发机制)下行配置数据字段格式：(数据类型0xd001)操作指令服务器时间操作指令上传频率操作指令阈值1字节4字节1字节6字节1字节61字节操作指令：0x00：表示不需要配置该参数0x01：表示需要该参数。服务器时间：字段名称数据类型数据长度说明utc时钟long型4字节服务器当前时间上传频率:字段名称数据长度说明数据采集时间2字节默认5s,范围5s～1min空闲上传时间2字节默认值1min，范围1min～5min历史上传时间2字节默认29s阈值:上行配置数据帧字段格式：(数据类型0x5001)确认配置：服务器时间确认配置：上传频率确认配置：阈值1字节1字节1字节确认配置：0x00：表示配置不成功0x01：表示配置成功注册信息帧格式-----数据段注册过程：在终端开机启动后，主动向服务器发送一条数据包，该数据包中包含终端的设备号、gprs卡号、锅炉类型。服务器收到该数据后，给终端回复一条数据包，数据包中包含：服务器同步时间，终端通过此数据包来同步时间以及确定通道是否建立。如超时未建立起连接通道，重发直至连接建立。终端复位后，重新注册。上行注册请求帧数据字段格式：(数据类型0x5002)字段长度(字节)说明手机号码16字节不足16字节补0锅炉类型1字节蒸汽锅炉：0x00压力锅炉：0x01如：+861359512938700通过匹配一帧数据中的手机号码和机顶盒编码注册该机顶盒。下行确认注册请求帧数据字段格式：(数据类型0xd002)字段长度(字节)说明服务器当前时间4字节用来配置终端当前时间确认信息1字节注册成功：0x01；注册失败：0x00正常数据通信帧格式-----数据段正常数据通信：设备出厂默认，终端每5s采集一次数据，每5分钟到打包上传60条数据，服务器每接收一条数据后，对该条数据进行回复。对于本次没有收到回复的数据，将其存入本地flash。特殊情况：当无网络服务时，每5分钟将采集的60条数据存入flash中，flash中只存储一天的上传失败的数据。上行正常数据通信帧字段格式：(数据类型0x5003)锅炉数据上传帧的中一条采集数据的数据字段格式(及时控+采集数据)数据字段格式：注：接上及时控后，所有开关状态以及时控为准。未接及时控设备或机顶盒采集通道时，默认发送全‘0’数据。下行正常数据通信帧字段格式：(数据类型0xd003)报警数据通信帧格式-----数据段报警数据通信：终端采集数据值超过设定的阈值时，此条数据在下一个5s时立即上传，并设定高优先级；同时向业主发送一条短信(在整个报警阶段只在报警开始时向业主发送一条短信)。当报警消除后，采集一条正常数据并上传告知服务器报警状态消除，同时向业主发送一条短信。注：报警值如上传不成功，当成上传失败数据处理。当报警产生时，如果在报警时刻之前还有数据(不足60条数据)没有上传，则系统自动将这部分数据存入本地flash中，当成上传失败数据处理。上行报警数据通信帧字段格式：(数据类型0x5004)数据格式与正常通信格式一致，只是发送间隔为5秒/每次。下行确认报警数据通信帧数据字段格式：(数据类型0xd004)上传失败数据帧格式-----数据段上传失败数据处理：设备在重新开机后，通过之前建立的通道初始化过程中，将flash中的所有数据进行上传；利用空闲时间上传：空闲时间，按照1min中采集，并上传flash中的数据。上传失败数据帧字段格式：(数据类型0x5005)锅炉数据上传帧的中一条采集数据的数据字段格式及时控+采集数据数据字段格式：注：接上及时控后，所有开关状态以及时控为准。失败数据上传频率(29秒)：逐条数据帧数据。本发明设置的锅炉专用机顶盒3可以接入多个不同的传感器，采集到各种参数，并通过无线通信模块6将采集的数据进行传输。实施例3：如图3所示，在实施例1的基础上，监控系统服务中心4设置有业务服务器和管理台，业务服务器包括应用模块、服务模块、支撑模块、平台模块；管理台包括应用模块；功能模块；平台模块。实施例4：如图3所示，在实施例3的基础上，业务服务器中的应用模块包括实时数据采集、设备远程控制、设备分布监控、统计图表；服务模块包括命令控制、文件服务、报表、实时状态处理、实时事件处理、实时告警处理；支撑模块包括消息队列、搜索引擎、推动、工作流；平台模块包括操作系统，存储、网络。实施例5：如图3所示，在实施例3的基础上，管理台中的应用模块包括配制、监控；功能模块包括ioc、aop、orm；平台模块包括jvm、数据库。本发明在使用时，首先通过检测传感器2检测锅炉1的各项参数，锅炉专用机顶盒3通过接口收集参数并通过无线/有线的方式将参数数据传输到系统服务中心4。以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。当前第1页1 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