CN203037289U - 一种火电厂高温水分无线传感器网络监测*** - Google Patents

Abstract

一种火电厂高温水分无线传感器网络监测***，设有基站节点、路由节点和终端节点组成的传感器监测网络以及本地监测中心和远程监测中心，路由节点分布在终端节点与基站节点之间，传感器监测网络采用无线带状多跳拓扑结构。终端节点和路由节点均设有温度、湿度、酸性气体、振动、沉降和倾斜传感器的传感器模块，终端节点还设有高温水分传感器。基站节点、路由节点及终端节点均设有无线微处理器无线通信模块及外部接口，本地监测中心包括上位机及数据库服务器，基站节点与上位机之间采用串口或现场总线的方式通信，远程监测中心包括Web服务器和数据库服务器，提供远程监测及参数控制，实现了火电厂高温水分监测的网络化、智能化。

Description

一种火电厂高温水分无线传感器网络监测***

技术领域

本实用新型涉及无线传感器网络监测技术领域，特别涉及一种火电厂高温水分无线传感器网络监测***。

背景技术

随着我国经济的快速发展，电力需求持续增加。截至2010年底，全国电力装机容量已达9.62亿千瓦，居世界第二位，其中火电为7.07亿千瓦，占全国总装机容量的73%，火电发电量约占全部发电量的80%以上，消耗燃煤16亿吨。以燃煤为基础的火电厂所产生的烟气、烟尘等污染物是大气污染的重要来源。为了控制火电厂对环境的污染，国家先后出台了一系列政策法规，下达多项扶植政策鼓励电力环保产业的发展。GB13223-1996《火电厂大气污染物排放标准》要求1997年1月1日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂必须在烟囱或烟道上安装固定的烟气排放连续监测***（ContinuousEmission Monitoring System，CEMS）以准确地监测污染物的排放总量、排放状况，控制和掌握烟气净化装置（除尘器、脱硫设备）的工作和运行情况。2005年5月10日，国家***发布《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》，国家继续支持一批烟气脱硫关键技术与设备本土化示范项目，提高烟气脱硫项目工艺技术装备水平和设备本土化水平率，烟气脱硫行业在此背景下快速发展，烟气脱硫的快速发展对相关检测技术和远程监控技术提出了迫切需求。

固定污染源烟气连续监测***（CEMS）包括颗粒物（烟尘）监测***、气态污染物（SO₂、NO_X等）监测***、烟气参数监测***及数据采集处理***，其中，烟气参数监测***主要包括：烟气温度、流量、压力、水分含量以及含氧量等参数的监测。测量烟气中水分含量的目的是要计算出标准状态下的干烟气流量，从而准确计算烟气污染物排放总量。高温烟气水分监测设备通常体积庞大，要求工作环境条件良好，现行采用工作人员携带设备对烟气进行抽检，而高温烟气通常处于几十米或者更高的烟道或烟囱处，工作环境恶劣，工人检测工作量大、繁琐而不安全，且传统的集中式检测设备只能检测单点。采用有线（如现场总线）的方式使自动实现检测信息的收集成为了可能，但在烟道外布线时，受高温烟气监测处高温、腐蚀、雷击等恶劣环境的影响可能导致现场总线工作不稳定或出现故障，使该支路上的连接监测***无法顺利运行。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种火电厂高温水分无线传感器网络监测***，将无线传感器网络应用于火电厂高温水分的在线监测，自动、连续、可靠的监测高温烟气水分含量和烟道、烟囱周围的温度、湿度、酸性气体以及烟道、烟囱的倾斜、振动、沉降状态，工作人员通过互联网可以远程查看各个火电厂的监测数据及控制传感器网络的运行参数，实现了火电厂高温水分监测的网络化、智能化。

本实用新型采用如下技术方案：一种火电厂高温水分无线传感器网络监测***，其特征在于：设有基站节点、路由节点和终端节点组成的无线带状拓扑结构传感器监测网络以及本地监测中心和远程监测中心，其中：

基站节点包括无线微处理器、无线通信模块、电源模块和外部接口，外部接口包含串口和现场总线接口，无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给基站节点供电；

终端节点共设有3个，设置在烟道及烟囱上，分别位于烟道中的脱硫脱硝设备之前、脱硫脱硝设备之后以及烟囱排口处，每个终端节点均包括无线微处理器、无线通信模块、含有温度、湿度、酸性气体、振动、沉降和倾斜传感器的传感器模块、电源模块和外部接口，外部接口包括串口及传感器扩展接口，传感器模块中各传感器的输出连接无线微处理器，无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给终端节点供电；每个终端节点处还设有高温水分传感器，高温水分传感器通过串口与终端节点双向连接但两者之间通信隔离，外部直流电源给高温水分传感器直接供电，通过电源隔离给电源模块供电；

路由节点呈带状分布在终端节点与基站节点之间，其中，烟囱排口处终端节点和脱硫脱硝设备后的终端节点之间沿着烟道呈带状分布路由节点，基站节点和脱硫脱硝设备前的终端节点之间也呈带状分布着路由节点，每个路由节点包括无线微处理器、无线通信模块、含有温度、湿度、酸性气体、振动、沉降和倾斜传感器的传感器模块、电源模块和外部接口，外部接口包括串口及传感器扩展接口，传感器模块中各传感器的输出连接无线微处理器，无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给路由节点供电；

本地监测中心包括上位机及数据库服务器，数据库服务器用于存储传感器监测网络采集的数据以及对传感器监测网络的控制信息，基站节点与上位机之间采用串口或现场总线的方式通信；

远程监测中心包括Web服务器和数据库服务器，数据库服务器存储包括用户信息、火电厂信息、新闻和文档信息，通过网络实现远程监测以及对传感器监测网络的远程参数调控。

本实用新型的显著优点和有益效果：

（1）利用传感器网络分布式、自组织的特点，只需要分布放置有限个传感器节点而无需电缆连接，降低了对电缆的要求，单个或少量传感器节点的失效不会影响***的数据传输，可以保证烟气排放在线监测的连续性、可靠性和智能化。除了火电厂内的监测中心需要在线监测烟气污染物排放，相关部门也需要对各火电厂的烟气排放进行在线监测。将无线传感器网络与远程监测相结合可以满足对烟气排放远程监控技术提出的需求。

（2）通过无线传感器网络监测火电厂的高温烟气水分，改变当前人工监测中单点监测、操作不安全的现状；改善了现场总线受环境影响出现的不稳定或故障的现象，用无线代替有线降低了监测方式中对电缆的要求，单个或少量传感器节点的失效不会影响***的数据传输，可以保证烟气排放在线监测的连续性、可靠性和智能化。

（3）除了监测高温水分，***还可以监测烟道、烟囱周围的温度、湿度、酸性气体含量基于烟道、烟囱的倾斜、振动、倾斜状态，工作人员可以根据需求选择监测的传感量，提高了***的可扩展性。

（4）将无线传感器网络与B/S结构结合用于高温水分监测，工作人员可以通过登录网络浏览器网页监测各火电厂高温烟气水分含量以及烟道、烟囱周围的环境参数和烟道、烟囱的状态参数，各传感量的测量结果可以通过图表的方式显示，也可以采用不同颜色对不同监测点的不同监测结果区别显示，增加了显示友好度。另外，相关部门可以直接在网页上发布最新消息和警告信息。

附图说明

图1是本实用新型***的结构图；

图2是本实用新型***的无线带状拓扑结构传感器监测网络结构图；

图3是本实用新型***的基站节点结构框图；

图4是本实用新型***的终端节点结构框图；

图5是本实用新型***的路由节点结构框图；

图6是本实用新型***的传感器网络监测流程图；

图7是本实用新型***的远程监测流程图；

图8是本实用新型***的远程控制传感器网络参数流程图。

具体实施方式

如图1，本实用新型***包括以下几个部分：基站节点6、路由节点5和置于烟道及烟囱2上的终端节点4组成的传感器监测网络1、本地监测中心7和远程监测中心10、客户终端13。传感器监测网络1采用图2所示的无线带状拓扑结构。烟道及烟囱2上设置三个高温水分监测点，其中位于脱硫脱硝设备3之前的监测点用于监测脱硫脱硝前烟气中的高温水分含量，位于脱硫脱硝设备3之后的监测点用于监测脱硫脱硝之后烟气中的高温水分含量，位于烟囱排口处的监测点用于监测排放的烟气中的高温水分含量。在高温水分监测点处分别设置终端节点4，终端节点4和高温水分传感器通过串口连接。路由节点5呈长带状分布在终端节点4与基站节点6之间，终端节点4通过多跳的方式将数据传输至基站节点6。本地监测7中心包括上位机8及数据库服务器9，基站节点6与本地监测中心的上位机8之间采用串口或现场总线的方式通信。上位机实时显示基站节点上传的数据并将数据存储在数据库9中，数据库9用于存储传感器网络采集的数据以及对传感器网络的控制信息。远程监测中心10包括Web服务器11和数据库服务器12，远程监测中心的数据库服务器12存储用户信息、火电厂信息、新闻和文档信息。

如图3，基站节点6包括无线微处理器、无线通信模块、电源模块和外部接口部分，其中的外部接口包括串口和现场总线接口。基站节点可以通过串口与上位机8连接，也可以接入现场总线，通过总线实现与上位机8之间的信息传输。无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给基站节点供电。

如图4，终端节点4包括无线微处理器、无线通信模块、传感器模块、电源模块和外部接口，如图4所示。其中的传感器模块的传感量包括温度、湿度、酸性气体、振动、沉降和倾斜。传感器监测网络1组网完成之后，各传感量均在工作状态中。随后，工作人员可以控制传感器监测网络启用的传感量，根据需要选择其中的部分传感器处于工作状态，另一部分处于非工作状态。外部接口模块包括串口、传感器扩展接口，其中高温水分传感器通过串口与终端节点连接，终端节点和高温水分传感器之间进行了通信隔离，传感器拓展接口用于扩展更多的传感器模块。电源模块实现对节点的能量供应。外部直流源给高温水分传感器和终端节点供电。终端节点的电源模块与直流源之间进行电源隔离。路由节点5的结构框图如图5所示，与终端节点4的硬件结构相似，不同的地方在于：路由节点不连接高温水分传感器，不监测高温水分含量；路由节点直接采用电池供电。

基站节点6、路由节点5、终端节点4、本地监测中心7、远程监测中心10以及客户终端13中的硬件均为现有技术。

运用本实用新型***进行监测的实施例如图6所示：

步骤1，本地监测中心和远程监测中心启动；

步骤2，启动担任网络协调器的基站节点，基站节点建立网络并开始等待其它传感器加入它组建的网络中；

步骤3，按照与基站节点的距离由近及远依次启动其它的传感器节点，每个节点间启动的时间间隔在一秒以上，这些节点在启动后自动加入基站节点建立的网络中，并获得通信范围内其它节点的短地址，此后，节点之间通过短地址传输数据；

步骤4，整个传感器网络组网完成后，各节点自动读取各传感量的数据，终端节点按照预先设定的数据包格式将各传感量采集的数据放在一个数据包中，选择一条链路采用多跳的方式上传数据至基站节点，该链路中的路由节点将采集的各传感量数据按照预定的包格式加在接收到的上传数据包中，形成一个新数据包传输给下一跳节点，不在该链路上的其它路由节点也将选择一条链路通过多跳的方式将数据包传输给基站节点；

步骤5，基站节点接收到传感器节点上传的数据包后，通过串口或现场总线将数据传输给本地监测中心，本地监测中心接收到数据之后，将数据存储在本地的数据库服务器中；

步骤6，本地监测中心接收到数据后将各传感量数据与预设的阈值比较，如果采集到的数据超过了设定的阈值，将在上位机界面中显示报警信息，同时向Web服务器发送报警信息；

步骤7，工作人员通过上位机界面或通过网页监测高温水分及其它传感量。

在步骤4中，终端节点根据需求选择合适的通信链路，如实时链路质量最好的路径、节点能量消耗均衡的链路、可靠性高的链路等。

本***远程监测采用B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）结构，工作人员在客户端13上登录网络浏览器的网页完成传感器监测网络实时数据查询、实时数据对比、历史数据查询、历史数据对比、数据统计分析、远程参数控制以及信息及新闻发布、查看相关技术文档、用户信息修改、收藏夹等功能。

通过网络远程监测高温水分及其它传感量的具体实施例如图7、8所示：

1，登陆网页后，工作人员选择实时监测或历史数据查询、选择监测的火电厂、监测的传感量，然后向Web服务器发送请求；

2，Web服务器远程连接待监测火电厂的数据库，根据用户发送的请求查询数据；

3，Web服务器将查询结果传送给浏览器，在网页中显示结果。

工作人员在客户端13上可以进行远程参数控制，控制命令包括：传感器网络的休眠时间、传感器节点启用的传感量、传感量的采样时间间隔、高温水分传感器的各个参数，具体步骤是：

步骤1，登录监测界面后，工作人员通过选择控制命令，页面上会显示该命令当前的参数，用户可以输入新的控制参数，然后向Web服务器发送控制请求；

步骤2，Web服务器收到控制请求后，远程连接相应火电厂的数据库，将控制命令***数据库中；

步骤3，火电厂的监测中心在检测到数据库有新的控制命令时，查询出最新的控制命令，然后按照预先规定的包格式组成一个控制包；

步骤4，火电厂的监测中心通过串口或现场总线将控制包发送给基站节点；基站节点将控制包发送至其它的传感器节点；

步骤5，传感器节点在接收到控制包后进行拆包，如果该节点为被控节点，则按控制命令修改参数，并向基站节点返回确认包，基站节点上传确认包至本地监测中心，本地监测中心接收到确认包后，根据确认包的数据向数据库***控制结果。

除了远程参数控制，工作人员也可以在上位机8上进行参数控制。在上位机界面上选择控制命令、输入控制参数，随后的步骤与远程控制的步骤4之后相同。工作人员在输入控制命令后，可以在网页或本地监控中心的上位机界面上发送查看控制结果的请求，然后Web服务器或上位机将在数据库中查询最新控制结果并显示。

工作人员在本地监测中心上位机8的界面或客户端13的网页界面中查看火电厂高温烟气水分含量以及烟道、烟囱周围的环境参数和烟道、烟囱的状态参数，各传感量的测量结果可以通过图表显示监测数据，也可以采用不同颜色对不同监测点的不同监测结果区别显示，增加显示友好度。另外，上级结构可以直接在网页上发布最新消息和警告信息。

本实用新型传感器监测网络可以监测烟道、烟囱周围的温度、湿度、酸性气体含量以及烟道、烟囱的振动、倾斜、沉降状态，终端节点和路由节点均包含以上传感量。

Claims (1)

1.一种火电厂高温水分无线传感器网络监测***，其特征在于：设有基站节点、路由节点和终端节点组成的无线带状拓扑结构传感器监测网络以及本地监测中心和远程监测中心，其中：

基站节点包括无线微处理器、无线通信模块、电源模块和外部接口，外部接口包含串口和现场总线接口，无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给基站节点供电；

终端节点共设有3个，设置在烟道及烟囱上，分别位于烟道中的脱硫脱硝设备之前、脱硫脱硝设备之后以及烟囱排口处，每个终端节点均包括无线微处理器、无线通信模块、含有温度、湿度、酸性气体、振动、沉降和倾斜传感器的传感器模块、电源模块和外部接口，外部接口包括串口及传感器扩展接口，传感器模块中各传感器的输出连接无线微处理器，无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给终端节点供电；每个终端节点处还设有高温水分传感器，高温水分传感器通过串口与终端节点双向连接但两者之间通信隔离，外部直流电源给高温水分传感器直接供电，通过电源隔离给电源模块供电；

路由节点呈带状分布在终端节点与基站节点之间，其中，烟囱排口处终端节点和脱硫脱硝设备后的终端节点之间沿着烟道呈带状分布路由节点，基站节点和脱硫脱硝设备前的终端节点之间也呈带状分布着路由节点，每个路由节点包括无线微处理器、无线通信模块、含有温度、湿度、酸性气体、振动、沉降和倾斜传感器的传感器模块、电源模块和外部接口，外部接口包括串口及传感器扩展接口，传感器模块中各传感器的输出连接无线微处理器，无线微处理器分别与无线通信模块及外部接口双向连接，电源模块给路由节点供电；

本地监测中心包括上位机及数据库服务器，数据库服务器用于存储传感器监测网络采集的数据以及对传感器监测网络的控制信息，基站节点与上位机之间采用串口或现场总线的方式通信；

远程监测中心包括Web服务器和数据库服务器，数据库服务器存储包括用户信息、火电厂信息、新闻和文档信息，通过网络实现远程监测以及对传感器监测网络的远程参数调控。

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