專利名稱：一種火電廠高溫水分無線傳感器網絡監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線傳感器網絡監測技術領域，特別涉及一種火電廠高溫水分無線傳感器網絡監測系統。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發展，電力需求持續增加。截至2010年底，全國電力裝機容量已達9.62億千瓦，居世界第二位，其中火電為7.07億千瓦，占全國總裝機容量的73%，火電發電量約占全部發電量的80%以上，消耗燃煤16億噸。以燃煤為基礎的火電廠所產生的煙氣、煙塵等污染物是大氣污染的重要來源。為了控制火電廠對環境的污染，國家先后出臺了一系列政策法規,下達多項扶植政策鼓勵電力環保產業的發展。GB13223-1996《火電廠大氣污染物排放標準》要求1997年I月I日起環境影響報告書待審查批準的新、擴、改建火電廠必須在煙囪或煙道上安裝固定的煙氣排放連續監測系統(ContinuousEmissionMonitoring System,CEMS)以準確地監測污染物的排放總量、排放狀況，控制和掌握煙氣凈化裝置(除塵器、脫硫設備)的工作和運行情況。2005年5月10日，國家發改委發布《關于加快火電廠煙氣脫硫產業化發展的若干意見》，國家繼續支持一批煙氣脫硫關鍵技術與設備本土化示范項目，提高煙氣脫硫項目工藝技術裝備水平和設備本土化水平率，煙氣脫硫行業在此背景下快速發展，煙氣脫硫的快速發展對相關檢測技術和遠程監控技術提出了迫切需求。固定污染源煙氣連續監測系統(CEMS)包括顆粒物(煙塵)監測系統、氣態污染物(S02、NOx等)監測系統、煙氣參數監測系統及數據采集處理系統，其中，煙氣參數監測系統主要包括:煙氣溫度、流量、壓力、水分含量以及含氧量等參數的監測。測量煙氣中水分含量的目的是要計算出標準狀態下的干煙氣流量，從而準確計算煙氣污染物排放總量。高溫煙氣水分監測設備通常體積龐大，要求工作環境條件良好，現行采用工作人員攜帶設備對煙氣進行抽檢，而高溫煙氣通常處于幾十米或者更高的煙道或煙 處，工作環境惡劣，工人檢測工作量大、繁瑣而不安全，且傳統的集中式檢測設備只能檢測單點。采用有線(如現場總線)的方式使自動實現檢測信息的收集成為了可能，但在煙道外布線時，受高溫煙氣監測處高溫、腐蝕、雷擊等惡劣環境的影響可能導致現場總線工作不穩定或出現故障，使該支路上的連接監測系統無法順利運行。
發明內容:本實用新型的目的在于提供一種火電廠高溫水分無線傳感器網絡監測系統，將無線傳感器網絡應用于火電廠高溫水分的在線監測，自動、連續、可靠的監測高溫煙氣水分含量和煙道、煙囪周圍的溫度、濕度、酸性氣體以及煙道、煙囪的傾斜、振動、沉降狀態，工作人員通過互聯網可以遠程查看各個火電廠的監測數據及控制傳感器網絡的運行參數，實現了火電廠高溫水分監測的網絡化、智能化。本實用新型采用如下技術方案:一種火電廠高溫水分無線傳感器網絡監測系統，其特征在于:設有基站節點、路由節點和終端節點組成的無線帶狀拓撲結構傳感器監測網絡以及本地監測中心和遠程監測中心，其中:基站節點包括無線微處理器、無線通信模塊、電源模塊和外部接口，外部接口包含串口和現場總線接口，無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給基站節點供電；終端節點共設有3個，設置在煙道及煙囪上，分別位于煙道中的脫硫脫硝設備之前、脫硫脫硝設備之后以及煙 排口處，每個終端節點均包括無線微處理器、無線通信模塊、含有溫度、濕度、酸性氣體、振動、沉降和傾斜傳感器的傳感器模塊、電源模塊和外部接口，外部接口包括串口及傳感器擴展接口，傳感器模塊中各傳感器的輸出連接無線微處理器，無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給終端節點供電；每個終端節點處還設有高溫水分傳感器，高溫水分傳感器通過串口與終端節點雙向連接但兩者之間通信隔離，外部直流電源給高溫水分傳感器直接供電，通過電源隔離給電源模塊供電；路由節點呈帶狀分布在終端節點與基站節點之間，其中，煙囪排口處終端節點和脫硫脫硝設備后的終端節點之間沿著煙道呈帶狀分布路由節點，基站節點和脫硫脫硝設備前的終端節點之間也呈帶狀分布著路由節點，每個路由節點包括無線微處理器、無線通信模塊、含有溫度、濕度、酸性氣體、振動、沉降和傾斜傳感器的傳感器模塊、電源模塊和外部接口，外部接口包括串口及傳感器擴展接口，傳感器模塊中各傳感器的輸出連接無線微處理器，無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給路由節點供電；本地監測中心包括上位機及數據庫服務器，數據庫服務器用于存儲傳感器監測網絡采集的數據以及對傳感器監測網絡的控制信息，基站節點與上位機之間采用串口或現場總線的方式通信；遠程監測中心包括Web服務器和數據庫服務器，數據庫服務器存儲包括用戶信息、火電廠信息、新聞和文檔信息，通過網絡實現遠程監測以及對傳感器監測網絡的遠程參數調控。本實用新型的顯著優點和有益效果:(I)利用傳感器網絡分布式、自組織的特點，只需要分布放置有限個傳感器節點而無需電纜連接，降低了對電纜的要求，單個或少量傳感器節點的失效不會影響系統的數據傳輸，可以保證煙氣排放在線監測的連續性、可靠性和智能化。除了火電廠內的監測中心需要在線監測煙氣污染物排放，相關部門也需要對各火電廠的煙氣排放進行在線監測。將無線傳感器網絡與遠程監測相結合可以滿足對煙氣排放遠程監控技術提出的需求。(2)通過無線傳感器網絡監測火電廠的高溫煙氣水分，改變當前人工監測中單點監測、操作不安全的現狀；改善了現場總線受環境影響出現的不穩定或故障的現象，用無線代替有線降低了監測方式中對電纜的要求，單個或少量傳感器節點的失效不會影響系統的數據傳輸，可以保證煙氣排放在線監測的連續性、可靠性和智能化。(3)除了監測高溫水分，系統還可以監測煙道、煙囪周圍的溫度、濕度、酸性氣體含量基于煙道、煙 的傾斜、振動、傾斜狀態，工作人員可以根據需求選擇監測的傳感量，提高了系統的可擴展性。[0015](4)將無線傳感器網絡與B/S結構結合用于高溫水分監測，工作人員可以通過登錄網絡瀏覽器網頁監測各火電廠高溫煙氣水分含量以及煙道、煙囪周圍的環境參數和煙道、煙囪的狀態參數，各傳感量的測量結果可以通過圖表的方式顯示，也可以采用不同顏色對不同監測點的不同監測結果區別顯示，增加了顯示友好度。另外，相關部門可以直接在網頁上發布最新消息和警告信息。
圖1是本實用新型系統的結構圖；圖2是本實用新型系統的無線帶狀拓撲結構傳感器監測網絡結構圖；圖3是本實用新型系統的基站節點結構框圖；圖4是本實用新型系統的終端節點結構框圖；圖5是本實用新型系統的路由節點結構框圖；圖6是本實用新型系統的傳感器網絡監測流程圖；圖7是本實用新型系統的遠程監測流程圖；圖8是本實用新型系統的遠程控制傳感器網絡參數流程圖。
具體實施方式
如圖1，本實用新型系統包括以下幾個部分:基站節點6、路由節點5和置于煙道及煙囪2上的終端節點4組成的傳感器監測網絡1、本地監測中心7和遠程監測中心10、客戶終端13。傳感器監測網絡I采用圖2所示的無線帶狀拓撲結構。煙道及煙囪2上設置三個高溫水分監測點，其中位于脫硫脫硝設備3之前的監測點用于監測脫硫脫硝前煙氣中的高溫水分含量，位于脫硫脫硝設備3之后的監測點用于監測脫硫脫硝之后煙氣中的高溫水分含量，位于煙囪排口處的監測點用于監測排放的煙氣中的高溫水分含量。在高溫水分監測點處分別設置終端節點4，終端節點4和高溫水分傳感器通過串口連接。路由節點5呈長帶狀分布在終端節點4與基站節點6之間，終端節點4通過多跳的方式將數據傳輸至基站節點6。本地監測7中心包括上位機8及數據庫服務器9，基站節點6與本地監測中心的上位機8之間采用串口或現場總線的方式通信。上位機實時顯示基站節點上傳的數據并將數據存儲在數據庫9中，數據庫9用于存儲傳感器網絡采集的數據以及對傳感器網絡的控制信息。遠程監測中心10包括Web服務器11和數據庫服務器12，遠程監測中心的數據庫服務器12存儲用戶信息、火電廠信息、新聞和文檔信息。如圖3，基站節點6包括無線微處理器、無線通信模塊、電源模塊和外部接口部分，其中的外部接口包括串口和現場總線接口。基站節點可以通過串口與上位機8連接，也可以接入現場總線，通過總線實現與上位機8之間的信息傳輸。無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給基站節點供電。如圖4，終端節點4包括無線微處理器、無線通信模塊、傳感器模塊、電源模塊和外部接口，如圖4所示。其中的傳感器模塊的傳感量包括溫度、濕度、酸性氣體、振動、沉降和傾斜。傳感器監測網絡I組網完成之后，各傳感量均在工作狀態中。隨后，工作人員可以控制傳感器監測網絡啟用的傳感量，根據需要選擇其中的部分傳感器處于工作狀態，另一部分處于非工作狀態。外部接口模塊包括串口、傳感器擴展接口，其中高溫水分傳感器通過串口與終端節點連接，終端節點和高溫水分傳感器之間進行了通信隔離，傳感器拓展接口用于擴展更多的傳感器模塊。電源模塊實現對節點的能量供應。外部直流源給高溫水分傳感器和終端節點供電。終端節點的電源模塊與直流源之間進行電源隔離。路由節點5的結構框圖如圖5所示，與終端節點4的硬件結構相似，不同的地方在于:路由節點不連接高溫水分傳感器，不監測高溫水分含量；路由節點直接采用電池供電。基站節點6、路由節點5、終端節點4、本地監測中心7、遠程監測中心10以及客戶終端13中的硬件均為現有技術。運用本實用新型系統進行監測的實施例如圖6所示:步驟1，本地監測中心和遠程監測中心啟動；步驟2，啟動擔任網絡協調器的基站節點，基站節點建立網絡并開始等待其它傳感器加入它組建的網絡中； 步驟3，按照與基站節點的距離由近及遠依次啟動其它的傳感器節點，每個節點間啟動的時間間隔在一秒以上，這些節點在啟動后自動加入基站節點建立的網絡中，并獲得通信范圍內其它節點的短地址，此后，節點之間通過短地址傳輸數據；步驟4，整個傳感器網絡組網完成后，各節點自動讀取各傳感量的數據，終端節點按照預先設定的數據包格式將各傳感量采集的數據放在一個數據包中，選擇一條鏈路采用多跳的方式上傳數據至基站節點，該鏈路中的路由節點將采集的各傳感量數據按照預定的包格式加在接收到的上傳數據包中，形成一個新數據包傳輸給下一跳節點，不在該鏈路上的其它路由節點也將選擇一條鏈路通過多跳的方式將數據包傳輸給基站節點；步驟5，基站節點接收到傳感器節點上傳的數據包后，通過串口或現場總線將數據傳輸給本地監測中心，本地監測中心接收到數據之后，將數據存儲在本地的數據庫服務器中；步驟6，本地監測中心接收到數據后將各傳感量數據與預設的閾值比較，如果采集到的數據超過了設定的閾值，將在上位機界面中顯示報警信息，同時向Web服務器發送報
S I R ，步驟7，工作人員通過上位機界面或通過網頁監測高溫水分及其它傳感量。在步驟4中，終端節點根據需求選擇合適的通信鏈路，如實時鏈路質量最好的路徑、節點能量消耗均衡的鏈路、可靠性高的鏈路等。本系統遠程監測采用B/S (Browser/Server，瀏覽器/服務器)結構，工作人員在客戶端13上登錄網絡瀏覽器的網頁完成傳感器監測網絡實時數據查詢、實時數據對比、歷史數據查詢、歷史數據對比、數據統計分析、遠程參數控制以及信息及新聞發布、查看相關技術文檔、用戶信息修改、收藏夾等功能。通過網絡遠程監測高溫水分及其它傳感量的具體實施例如圖7、8所示:1，登陸網頁后，工作人員選擇實時監測或歷史數據查詢、選擇監測的火電廠、監測的傳感量，然后向Web服務器發送請求；2，Web服務器遠程連接待監測火電廠的數據庫，根據用戶發送的請求查詢數據；3，Web服務器將查詢結果傳送給瀏覽器，在網頁中顯示結果。工作人員在客戶端13上可以進行遠程參數控制，控制命令包括:傳感器網絡的休眠時間、傳感器節點啟用的傳感量、傳感量的采樣時間間隔、高溫水分傳感器的各個參數，具體步驟是:步驟1，登錄監測界面后，工作人員通過選擇控制命令，頁面上會顯示該命令當前的參數，用戶可以輸入新的控制參數，然后向Web服務器發送控制請求；步驟2，Web服務器收到控制請求后，遠程連接相應火電廠的數據庫，將控制命令插入數據庫中；步驟3，火電廠的監測中心在檢測到數據庫有新的控制命令時，查詢出最新的控制命令，然后按照預先規定的包格式組成一個控制包；步驟4，火電廠的監測中心通過串口或現場總線將控制包發送給基站節點；基站節點將控制包發送至其它的傳感器節點；步驟5，傳感器節點在接收到控制包后進行拆包，如果該節點為被控節點，則按控制命令修改參數，并向基站節點返回確認包，基站節點上傳確認包至本地監測中心，本地監測中心接收到確認包后，根據確認包的數據向數據庫插入控制結果。除了遠程參數控制，工作人員也可以在上位機8上進行參數控制。在上位機界面上選擇控制命令、輸入控制參數，隨后的步驟與遠程控制的步驟4之后相同。工作人員在輸入控制命令后，可以在網頁或本地監控中心的上位機界面上發送查看控制結果的請求，然后Web服務器或上位機將在數據庫中查詢最新控制結果并顯示。工作人員在本地監測中心上位機8的界面或客戶端13的網頁界面中查看火電廠高溫煙氣水分含量以及煙道、煙囪周圍的環境參數和煙道、煙囪的狀態參數，各傳感量的測量結果可以通過圖表顯示監測數據，也可以采用不同顏色對不同監測點的不同監測結果區別顯示，增加顯示友好度。另外，上級結構可以直接在網頁上發布最新消息和警告信息。本實用新型傳感器監測網絡可以監測煙道、煙囪周圍的溫度、濕度、酸性氣體含量以及煙道、煙 的振動、傾斜、沉降狀態，終端節點和路由節點均包含以上傳感量。
權利要求1.一種火電廠高溫水分無線傳感器網絡監測系統，其特征在于:設有基站節點、路由節點和終端節點組成的無線帶狀拓撲結構傳感器監測網絡以及本地監測中心和遠程監測中心，其中: 基站節點包括無線微處理器、無線通信模塊、電源模塊和外部接口，外部接口包含串口和現場總線接口，無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給基站節點供電； 終端節點共設有3個，設置在煙道及煙 上，分別位于煙道中的脫硫脫硝設備之前、脫硫脫硝設備之后以及煙 排口處，每個終端節點均包括無線微處理器、無線通信模塊、含有溫度、濕度、酸性氣體、振動、沉降和傾斜傳感器的傳感器模塊、電源模塊和外部接口，外部接口包括串口及傳感器擴展接口，傳感器模塊中各傳感器的輸出連接無線微處理器，無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給終端節點供電；每個終端節點處還設有高溫水分傳感器，高溫水分傳感器通過串口與終端節點雙向連接但兩者之間通信隔離，外部直流電源給高溫水分傳感器直接供電，通過電源隔離給電源模塊供電； 路由節點呈帶狀分布在終端節點與基站節點之間，其中，煙 排口處終端節點和脫硫脫硝設備后的終端節點之間沿著煙道呈帶狀分布路由節點，基站節點和脫硫脫硝設備前的終端節點之間也呈帶狀分布著路由節點，每個路由節點包括無線微處理器、無線通信模塊、含有溫度、濕度、酸性氣體、振動、沉降和傾斜傳感器的傳感器模塊、電源模塊和外部接口，外部接口包括串口及傳感器擴展接口，傳感器模塊中各傳感器的輸出連接無線微處理器，無線微處理器分別與無線通信模塊及外部接口雙向連接，電源模塊給路由節點供電； 本地監測中心包括上位機及數據庫服務器，數據庫服務器用于存儲傳感器監測網絡采集的數據以及對傳感器監測網絡的控制信息，基站節點與上位機之間采用串口或現場總線的方式通信； 遠程監測中心包括Web服務器和數據庫服務器，數據庫服務器存儲包括用戶信息、火電廠信息、新聞和文檔信息，通過網絡實現遠程監測以及對傳感器監測網絡的遠程參數調控。
專利摘要一種火電廠高溫水分無線傳感器網絡監測系統，設有基站節點、路由節點和終端節點組成的傳感器監測網絡以及本地監測中心和遠程監測中心，路由節點分布在終端節點與基站節點之間，傳感器監測網絡采用無線帶狀多跳拓撲結構。終端節點和路由節點均設有溫度、濕度、酸性氣體、振動、沉降和傾斜傳感器的傳感器模塊，終端節點還設有高溫水分傳感器。基站節點、路由節點及終端節點均設有無線微處理器無線通信模塊及外部接口，本地監測中心包括上位機及數據庫服務器，基站節點與上位機之間采用串口或現場總線的方式通信，遠程監測中心包括Web服務器和數據庫服務器，提供遠程監測及參數控制，實現了火電廠高溫水分監測的網絡化、智能化。
文檔編號G01D21/02GK203037289SQ201220720158
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者李建清, 杜莉, 劉德允, 吳劍鋒, 毛志鵬, 徐高志, 李小敏, 陳清, 陳瑩 申請人:東南大學, 南京埃森環境技術有限公司