解析工業鍋爐遠程在線監測系統技術

解 艷

（寶雞職業技術學院，陜西寶雞 721013）

鍋爐的主要消耗能源是燃煤，是提供熱能的關鍵性設備，也是造成煤煙大氣污染的重要源頭，在國民生產中發揮著主要作用，尤其是在能源消耗中占據了較高比重。現階段，鍋爐運行最突出的缺點是能耗較大、污染比較嚴重、數量處于多位置分散狀態，而且嚴重缺乏相應的監管手段，因此完善工業鍋爐遠程在線監測系統的設計與應用具有十分重要的現實意義[1]。

1 工業鍋爐遠程監測技術現狀

工業鍋爐遠程監測技術具有一定的局限性。首先，在自行燃油燃氣鍋爐運行維護的基礎上進行開發，但是燃煤工業鍋爐的開發并不成熟，而我國工業鍋爐主要是以燃煤為主。所以，急需進一步開發面向各種工業鍋爐生產，并以燃煤為主的遠程在線監測技術。其次，尚未有覆蓋熱水鍋爐與有機熱載體鍋爐，并沒將熱電鍋爐融入遠程在線監測系統中去。再次，還未全面涵蓋地方政府監督管理層面，即鍋爐的基本信息與總體運行參數等等。最后，我國目前工業鍋爐在線監測系統只是單純引入了一定技術，然而卻并未專門針對既有鍋爐監測與管理特性進一步深化吸收與集成創新。所以，深入探究工業鍋爐遠程在線監測系統技術具有十分重要的現實意義。

2 工業鍋爐遠程在線監測系統數據采集終端設計

2.1 硬件系統設計

硬件系統結構具體如圖1所示。

工業鍋爐遠程在線監測數據采集終端的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位電路、低電壓檢測、調壓器、RC振蕩器等等，具備簡單結構，簡便易用特性，比較適用于工業鍋爐等各種環境比較復雜和惡劣的條件。電源電路直接為系統的各個硬件提供了所需的電源，并把外部輸入的電源轉化成了電子電路運轉電源，可以有效保障電源的穩定性，而且抗干擾能力較強。串行通信回路能夠與串行設備對外銜接，從既有控制系統中獲取設備相關參數，也可以用來連接所擴展的數據采集單元。開關量輸入回路測量能夠及時測量相關信號并采取一定的隔離措施，而模擬量輸入回路可以全方位測量各式各樣的模擬量。GPRS通信回路能夠實現遠程GPRS通信，并就指定協議傳輸設備狀態與相關參數值到遠程管理平臺上去。

圖1 硬件系統總結構

2.2 軟件系統設計

軟件系統主要利用μC/OS-II操作系統，以此作為任務處理與進程控制的重要基礎，進一步合作完成全部的工作。軟件系統結構具體如圖2所示。

圖2 軟件系統總結構

顯示管理與人機接口任務主要就是刷新本地顯示界面，并監測處理觸摸屏，實時監控指示燈與按鈕操作。系統管理的任務主要就是對存儲管理、定時控制、任務切換等各種基礎性操作進行負責管理。串行通信的任務主要就是完成和外部拓展單元等之間的數據通信處理、發送、接收與分析處理等等，能夠同時和一體化顯示器、監控系統等之間進行數據交換。開關量輸入的主要任務是對各回路開關量動作狀態進行實時監控，并實施預制操作。模擬量輸入的主要任務是測量溫度、壓力、含氧量等等。GPRS通信的主要任務是實現遠程數據間的通信銜接，以此發送和接收數據控制命令等[2-4]。

3 工業鍋爐遠程在線監測系統技術開發

3.1 技術特點

其一，在于對工業鍋爐運行狀況進行監測，而并非是控制。其二，上位機監測軟件在用戶訪問數量上并未明確限制，主要就是通過簡單化設置便可以增加用戶。其三，因為裝置具有較強的目的性與針對性，在研究開發時，整個系統的性價比相對更高。其四，可以有效解決在使用工業鍋爐普遍無運行參數儀表系統，相關工作人員難以充分掌控鍋爐運行狀態，而且難以調整的問題，從而構成人機相互彌補的良好關系，全面提高工業鍋爐操作管理水平，實現對工業鍋爐的動態化監督管理。其五，既能夠大大降低工業鍋爐安全事故發生幾率，又能夠有效提高工業鍋爐的運行效率與水平，以此實現節能減排目標[5]。

3.2 信號采集

對于工業鍋爐信號采集主要包含三大部分，即變量信號（軟水硬度、蒸汽壓力與溫度、給水溫度、排煙氧量與溫度等）、狀態信號（運行信號、電流電壓、高低水位、整體預警等），以及就信號參數所獲取的在線運算信息（根據排煙氧量所獲得的空氣過量系數、熱效率與耗電功率等）。

3.3 熱效率計算

工業鍋爐遠程在線監測系統的熱效率計算主要測試參數有排煙溫度、排煙過量空氣系數、一氧化碳含量、入爐冷空氣溫度、可燃物含量等。就工業鍋爐而言，遠程在線監測系統主要采用的參數為排煙溫度、排煙過量空氣系數、一氧化碳含量、入爐冷空氣溫度，主要依據以下反平衡公式，可以獲得工業鍋爐的熱效率。

但是除了以上四項參數，其他在線檢測難度都很大，主要是現場采集樣品，然后在實驗室內進行詳細分析的離線測量，為了保證全面實現在線測量，可以采取兩種方式。首先，工業鍋爐煤質工業分析與灰渣含碳量在線監測，即就煤質測試數據結果與數學模型修正加以獲取，并通過與現場能效比較分析，加以調整。其次，定期到工業鍋爐房中收集煤樣和灰渣進行離線研究分析，并將結果及時傳輸到遠程在線監測分析系統中去[6-7]。

3.4 監管中心

工業鍋爐遠程在線監測系統的監管中心，可以滿足更加多元化的遠程監控功能需求，其配置監測軟件平臺，主要是為了構建集監測、節能、管理于一體的信息化管理平臺，以此優化功能。其一，有利于將分散的數據信息集中化，構建大區域數據庫，實現統一的遠程在線監督管理。其二，有利于對鍋爐運行管理加強規范，著重監督煙氣排放，以提高工業鍋爐的運行效率與節能環保效果。其三，在線監測系統利用平臺整合技術，接收在線監測數據，并基于平臺加以顯示與分析，從而實現在線高效能源管理[8]。

4 工業鍋爐遠程在線監測系統功能

4.1 實時監測

配置完善的GIS，與工業鍋爐分布數據涂層，通過配置信息與模型信息，在Web頁面上直觀形象地展示所獲取的實時信息。工業鍋爐監測主要利用兩種形式，即表格形式的數據監測與動態流程圖監測。

4.2 效率分析

針對工業鍋爐能耗與效率做詳細分析，主要數據為供出熱量的消耗、燃煤能耗等，對其進行比例分析，通過圖表進行展示。切實結合工業鍋爐能耗數據與出熱量，對其運行效率進行在線分析。

4.3 數據查詢

數據查詢功能主要包括三大功能，即歷史查詢、報表查詢、日志管理。歷史查詢可以就實際需求，合理選擇時間段進行參數與歷史數據查詢，并查看其中變化。報表查詢則應就具體需求制作報表。而日志管理則使管理人員可以據此了解登錄平臺的具體人員，以及是否進行了相關操作。

4.4 異常報警

異常報警針對的是排煙指標超限與工業鍋爐運行兩部分。報警信息能夠通過多樣方式發送給負責人，確保其能夠及時發現異常，并快速查看詳細信息，給出有效建議。

4.5 節能技術展示

就實際需求，設置動態展示模塊，以此展示工業鍋爐行業最新技術動態與先進科學技術成果等相關信息，并根據監測信息為企業制定與之相適應的節能技術[9]。

5 工業鍋爐遠程在線監控系統實施效果

5.1 基于數據分實行技術節能改造

通過監測發現工業鍋爐的運行狀況不容樂觀，詳細分析其原因，在難以通過調整運行參數的方式提高運行效率的狀況下，可以進行技術改造。就排煙溫度較高的狀況，可以在工業鍋爐尾部受熱面上安裝節能器、煤分層裝置，或利用變頻控制技術等等，以有效提高工業鍋爐燃燒效率。

5.2 基于計算機技術遠程實時監測數據

利用點擊計算機界面的方式，針對不同工業鍋爐控制其開啟與關閉，還能夠隨時切換大小火。可以瞬時間監測工業鍋爐現場的天然氣和水等流量信息，并基于信號自動傳輸給主控機。可以自動采集現場壓力、液位、溫度等各種數據信息，利用工業鍋爐圖形的方式實時顯現。

5.3 有助于實現運行云數據信息的共享

構建工業鍋爐遠程在線監測中心，可以全方位監測各種類型的工業鍋爐，還可以構成融合安全運行、在線能耗診斷、遠程監督管理等為一體的工業鍋爐監測管理體系，實現相關機構與部門各層面的信息共享，為工業鍋爐安全節能政策制定提供有力依據，進而實現真正的安全節能動態化監督管理。

5.4 有助于提高決策的科學合理性

構建完善的現代化企業生產信息管理系統，可以快速熟練掌控實時數據信息，并為企業實現安全可持續生產與優化管理奠定一定的數據支持，以此有效緩解決策的盲目性和不穩定性。

5.5 提高工作效率的同時降低成本

通過構建工業鍋爐遠程在線監測系統，能夠有效節省大量人力資源成本。就初步預算來講，遠程在線監測系統的正常運行之后，能夠即使縮減巡查員工大約6位，所節約成本數量較大。在節省成本的基礎上，還能夠提升工作效率，保證數據信息監控的準確性與頻率。一般來說，利用人力統計分析數據，準確性相對較低，利用時間周期也比較長，所以很容易出現安全性問題。但是，遠程在線監測系統的構建，能夠實現實時監控并保存數據的目標，還可以詳細收集記錄長時期的數據信息。因此，工業鍋爐遠程在線監測系統在工業現場運行中投入使用，能夠起到較好的安全生產與現場監控作用[9-10]。

6 結論

綜上所述，通過充分合理利用傳感器于網絡技術，進行工業鍋爐遠程在線監測系統設計與實踐，不僅可以大大降低工業鍋爐存在的安全問題，還能夠全面提高鍋爐節能管理整體水平。工業鍋爐遠程在線監測系統具有其自身的獨特性，因此在各個相關領域備受歡迎。這一系統既能夠提高工業鍋爐的運行效率與運行管理水平，獲得良好的節能效果，又能夠基于數據分析，進一步實現優化節能改造，從而大大提高工業鍋爐燃燒效率。同時，還可以通過充分發揮系統的在線實時監測功能，確保數據信息的精確度與可靠性，進而有助于工業鍋爐實現運行云數據共享。