安全远程监测范文

安全远程监测范文（精选10篇）

安全远程监测 第1篇

关键词：煤矿,安全监测,远程监测,实时数据库

0 引言

随着煤矿企业的不断发展, 煤矿安全信息远程监测系统也变得越来越复杂, 因此, 对数据的实时性、完整性和正确性, 尤其是对实时数据响应的快速性有了更高的要求。

本文介绍一种基于实时数据库的煤矿安全信息远程监测系统的设计。该系统将实时数据管理作为整个远程监测系统中数据处理、组织和管理的核心, 采用实时数据库和关系数据库相结合的策略, 管理实时数据和历史数据, 建立具有快速存取、数据独立、数据库可扩充并灵活支持扩展应用等特点的煤矿安全信息远程监测系统。该系统通过实时数据引擎与煤矿监测监控系统集成, 采集、处理和存储现场监测信息, 实现信息的查询、统计、分析等功能, 为客户模块提供信息和服务;通过实时数据库和历史数据库分别存储各监测点的实时数据和历史数据, 同时利用系统实时数据引擎特有的断点续传功能, 实现由于网络中断造成的历史数据断点的自动补充, 从而保证了数据传输的实时性、完整性和正确性。

1 系统设计

1.1 系统总体设计

煤矿安全信息远程监测系统采用B/S模式体系结构, 并采用开放、标准的技术整合现场监测信息, 紧密结合空间信息与属性信息, 实现了数据采集、处理、存储、查询、统计、分析等功能, 可及时、可靠地发布安全生产信息, 为正确决策奠定基础。煤矿安全信息远程监测系统的总体结构如图1所示。

Web服务器为浏览器用户提供Web服务, Web Service服务器为Web服务器提供数据计算或数据库访问服务, Web服务器可根据系统设置, 均衡各个Web Service服务器的工作量。如有需要, 数据库服务器为Web Service服务器提供数据库服务。通过调整Web Service服务器的数量, 可以满足Web系统的不同的实时性要求。

1.2 实时数据引擎设计

实时数据引擎主要由安全信息监控主机伴侣和远程监测数据引擎2个部分组成, 如图2所示。

(1) 安全信息监控主机伴侣:

读取监控主机抛出的2个规范的实时监测数据文本文件, 对其中相关信息进行处理后保存在本地历史数据库;同时将2个实时监测数据上传至远程安全信息系统服务器, 可提供FTP和Socket两种上传方式。另外, 当安全信息监控主机伴侣接收到由远程安全信息系统服务器端远程监测数据引擎发出的补充历史数据申请时, 自动从历史数据库中提取相关数据, 补充服务器缺少的历史数据。

(2) 远程监测数据引擎:

对安全信息监控主机伴侣通过FTP或Socket方式上传至远程安全信息系统服务器的实时监测数据进行采集、处理后, 一方面将数据存入服务器数据库中, 另一方面将数据放入实时监测数据库中, 以便于Web显示;同时该引擎能够自动检查服务器数据库是否完整, 如果数据不完整则向安全信息监控主机伴侣发出补充历史数据申请, 以补充服务器缺少的历史数据。

1.3 数据传输程序设计

安全信息监控主机伴侣读取实时监测数据文件后, 根据用户的设置以FTP或Socket方式向远程安全信息系统服务器传输实时数据, 同时将数据存入本地历史数据库中。远程安全信息系统服务器上的远程监测数据引擎接收到实时数据后, 将数据提供给实时监测数据库, 即存入实时监测数据交换区域中, 同时将数据自动存储在服务器监测数据库 (关系数据库SQL Server 2000) 中。数据传输程序流程如图3所示。

2 实时数据库的设计与实现

实时数据库应用于对数据刷新和处理要求时限性很强的系统, 其事务和数据与一般数据库的事务和数据相比, 一个最大的不同是实时数据库具有时态约束[3]。系统的正确性不仅依赖于事务的逻辑结果, 而且依赖于该逻辑结果所产生的时间。实时数据库不是数据库和实时系统的简单结合, 它需要在数据模型、体系结构、事务处理模式、数据存储方式等诸多方面重新进行研究和开发[4]。

实时数据库的高性能要求以内存数据库做底层支持, 因此内存缓冲区的管理也就显得更为重要。整个实时数据库分为内存数据库和关系数据库2个部分, 内存数据库的存储方式采用顺序结构加索引的方式, 通过保持一定容量的内存, 在内存中存放数据, 对于超过一定时间的数据从内存中更新或清除到关系数据库中, 这样可以利用关系数据库对历史数据进行存储和管理。

2.1 内存数据库结构设计

内存数据库是整个实时数据库的核心部分, 根据面向对象的设计思想和数据库的功能要求, 可以划分出内存数据库的结构, 如图4所示。内存数据库的实现大体可以分为存储管理、查询处理和事务管理3个部分。用户可以通过查询响应和事务处理来对内存数据库进行操作。

内存数据库的设计是为了防止数据因为同时发送而造成数据接收时的冲突, 解决数据收发的速率匹配问题, 防止从监控程序接收的数据直接发送至Web页面而带来的延时及数据丢失问题。

2.2 实时数据库结构数组的实现

实时数据库在共享内存中以结构数组的形式存储数据。数据结构代码如下所示:

#define VARBUFFER 10000

typedef union tagDATA{

int iValue; double dValue;bool bValue;char cValue[10];

}DATA;

typedef struct Variable_Record{

int ID; //变量ID号

char name[30]; //变量名

char remark[50]; //变量描述

char unit[10]; //变量单位

bool bCount; //变量是否为常数标志

bool hWarnEnable, lWarnEnable; //高、低限报警是否允许标志

DATA hWarnValue, lWarnValue; //高、低限报警值

UINT type; //变量类型

DATA data; //变量初值

}*pTagDatabase, TagDatabase[VARBUFFER];

其中, 变量值、变量高限值和变量低限值使用了联合类型, 这样可根据变量的类型来保存不同类型的变量值。

2.3 实时数据库接口实现

实时数据库接口是系统提供给用户的一个开放的接口规范, 允许应用程序利用该接口直接访问数据库, 这就为用户开发算法模块提供了方便快捷的途径。系统运行时, 运行程序负责启动动态链接库, 这样其它应用程序就可以通过接口函数操作实时数据库。表1为实时数据库的主要接口函数表。

3 结语

基于实时数据库的煤矿安全信息远程监测系统具有数据传输实时、完整、正确, 数据处理和存取快速, 数据独立, 数据库可扩充并灵活支持扩展应用等特点, 使管理层通过该系统可快速、及时、准确地获取生产数据, 提高了决策科学性。该系统具有良好的推广前景。

参考文献

[1]胡武, 毕建权, 陈仲官.计算机监控软件中实时数据库系统的研制[J].测控技术, 2000, 19 (2) :21~23.

[2]叶建位, 苏宏业.实时数据库系统关键技术及实现[J].计算机应用研究, 2005 (3) :45~47.

[3]国志宏, 王宏安, 王强.实时数据库缓冲区管理算法的设计和实现[J].计算机应用研究, 2005 (2) :121~124.

[4]刘云生, 卢炎生, 王道忠.实时数据库系统 (RTDBS) 及其特征[J].华中理工大学学报, 1994, 22 (6) :66~70.

[5]张志檩.实时数据库原理及应用[M].北京:中国石化出版社, 2001.

山体滑坡远程监测装置 第2篇

获奖者：贾启东 北京汇文中学高二年级

贾启东关注到山体滑坡，是通过电视新闻。“近几年来山体滑坡等地质灾害层出不穷，目前国内相关的检测设备比较老旧，主流检测方法是根据雨情数据，派专业人员对可能发生滑坡的地区实行24小时轮流监测。所以我想到设计这套装置，希望将来完善后，可以实实在在发挥点作用，减少点损失。”

装置利用温度、湿度传感器监测山体长期的气象条件；利用宽频带加速度计监测瞬时的山体断裂或山石滚落；利用磁场传感器监测地磁变化，全部数据通过无线数传模块汇集至主处理设备上，并可最终发送至远程监控中心。

装置完成后，贾启东带着它前往福建宁德以及北京门头沟的山区进行实地测试，均可检测到山体附近的温度、湿度、山石滚落的震动以及磁场变化。“目前装置并不成熟，无法真正实现预警功能。我会坚持自己的研究，希望通过日后的完善，可以使装置检测到真正的二维波形图，并将其与远程计算机相结合，比对专家数据库参数，真正实现预警。”贾启东说，这是自己第一次除学习之外，为一件事情付出如此多的心血和时间，最忙的两天甚至只上了半天课，不过收获亦是无法用语言来描述的。

课余时间，贾启东还喜欢DIY拼装自行车以及摄影，最拿手的就是拆卸安装单反相机。在参赛指导老师、北京汇文中学高级教师许勇进看来，性格内敛的贾启东是个有想法也有恒心的学生。“在学校日常的通用技术课上，对于给出的命题，比如PVC材料的结构设计，他也总能体现出出色的想象力与动手能力。将脑海中的概念转化为现实，是一件幸福的事，也是他参赛的最大动力。”

北京城区12种行道树树叶固碳能力比较研究

获奖者：陈梓睿 北京师范大学附属实验中学初三年级

陈梓睿进行的研究，以北京城区道路两旁的12种常见落叶乔木行道树落叶为对象，通过在精密仪器中的燃烧处理以及后期计算分析，最终确定出各种行道树树叶的固碳能力。结果表明毛泡桐、白蜡与椿树的落叶总贮碳量相对较多，银杏、白玉兰与火炬树则相对较少。

“城市绿化应多采用毛泡桐、白蜡等树种，提高对二氧化碳的固化能力，降低温室效应。”陈梓睿说，低碳是一个热点话题，也是自己的兴趣所在，为采集适合的落叶样本，她在家长的陪同下跑遍了大半个北京城。参赛指导老师、北京教学植物园特级教师高付元回忆说，为搜集资料与寻找实验仪器，陈梓睿还走访了北京理工大学、中国农业大学、园林绿化局等部门，几经周折终于在农业大学的草叶研究中心找到了支持燃烧实验的精密仪器。“她是一个遇事非常认真、善于发散型思维的学生，同时爱好书法与国学，对于实验过程中出现的任何意外问题，都要刨根问底。”

安全远程监测 第3篇

1 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测

在建筑工程项目的建设过程中, 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测主要是利用物联网自身的特点, 通过一定数量的传感器获得大型建筑安全特征的相关参数, 并且利用信息技术、网络技术实现数据的自动采集与传输, 在专业软件和方面的辅助下, 完成对大型建筑安全状况评估的一种方法。在对大型建筑进行安全评估后, 还需要通过多种终端将有价值的信息发送给客户, 从而实现大型建筑工程项目实时、在线监控的发展目标。在基于物联网技术的大型建筑安全远程监测环节中, 必须在专业技术人员的指导下进行, 以有效的监测工作中出现不必要的错误问题。

2 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测内容和方法

在基于物联网技术的大型建筑安全远程监测工作中, 结合大型建筑工程项目的建设标准, 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测内容和方法研究, 是有效确保大型建筑工程项目建设安全、质量过关的重要策略之一。在大型建筑工程项目的监测水平, 在一定程度上有利于防止建筑工程存在严重的安全隐患问题。因而, 结合物联网技术的特点以及大型建筑工程监测工作的现状, 进行基于物联网技术的大型建筑安全远程监测内容和方法探究, 是非常关键的一项工作。

2.1 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测内容

2.1.1 沉降观测

进行大型建筑的沉降观测, 主要是观测大型建筑物及其建筑基础在垂直方向上的变形情况, 通过监测的参数进行分析, 确保大型建筑的安全参数符合建筑施工标准。

2.1.2 水平位移观测

在大型建筑工程项目的水平位移观测环节, 主要是利用相关的监测仪器对建筑物在水平面内的变形情况进行分析。其主要表现为在不同时期平面坐标或者距离的变化。通常情况下, 建筑物水平位移的观测, 是测定建筑物在平面位置上随时间变化而发生变化的移动量。

2.1.3 倾斜位移观测

对大型建筑工程项目进行倾斜位移观测的环节, 主要是由于建筑物在实际的建设过程中, 通常都会受到地基不平的影响, 导致其自身发生不均匀沉降或者一定的位移。建筑物发生倾斜位移的情况, 一般包括以不均匀的水平位移为主和以不均匀的沉降为主两种情况。在利用物联网技术进行监测检查的过程中, 需要全面的考虑这两个类型。

2.1.4 裂缝观测

在大型建筑工程项目的裂缝观测环节中, 主要是监测由于建筑物基础发生的不均匀沉、温度的变化以及外界各种荷载的作用, 是否会导致建筑物内部存在超过建筑施工规定的允许限度, 导致建筑的结构存在发生裂缝的可能性。通过物联网技术, 尽量降低发生建筑裂缝的可能性。

2.1.5 扰度观测

在大型机建筑工程的扰度观测中, 主要是利用物联网技术及相关设备、软件对建筑物垂直面上的各个不同的高程点相对与底点不同的水平位移数据进行分析, 监测是否存在超过建筑施工标准的参数。

2.2 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测方法

基于物联网技术的大型建筑安全远程监测方法研究, 是有效促进建筑工程质量发展的重要策略之一。基于物联网技术的大型建筑安全远程监测方法主要有平面测量法、空间测量技术法、专门测量方法等。其中, 平面测量方法主要包括使用精密水准测量、三角高程测量、距离测量以及集合水准测量等方式。平面测量法是基于物联网技术的大型建筑安全远程监测方法中, 最为直接的一种测量方法;而空间测量技术法主要是通过发挥全球定位系统、卫星激光测距、合成孔径雷达干涉等方法进行重要参数监测的一种方法, 相对于其他监测方法而言, 空间测量技术法的实现手段效率较高;专门测量方法的应用, 需要在各种准直测量、倾斜仪测量、传感器技术提供数据的基础上, 才能发挥一定的作用。基于物联网技术的大型建筑安全远程监测中专门方法的应用, 对于提高大型建筑的安全性非常有利。

2.3 我国大型建筑安全远程监测系统的运用现状分析

2.3.1 主要运用的监测技术方法

我国目前成熟且被广泛运用的远程监测系统的技术方法, 主要是平面测量方法。其方法的使用需要发挥精密水准测量、三角高程测量、距离测量等设备的作用。

2.3.2 安全远程监测系统设计中的重要因素分析

建筑型企业在推广运用远程监测系统时应该考虑施工场地的地质条件、设备安装是否符合施工标准, 其次设备的经济价值与经济效益也需要充分的考虑。施工设备的成本, 对于建筑工程整体的施工成本也具有一定的影响。因此, 建筑型企业在推广运用远程监测系统的过程中, 通过物联网技术对建筑工程的质量进行实时的监督, 并重视物联网技术的应用与特点研究, 是非常关键的问题之一。基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统结构图如下:

基于物联网技术的安全远程监测系统在应用过程中, 技术人员需要时刻关注数据采集中心的发展状态。数据采集中心的正常运行关系着数据的读取、数据预处理、数据预警以及数据存储等指标是否能够真实、准确。安全远程监测系统设计中的重要因素, 主要包括设备、现场条件、数据采集以及网络技术的综合处理。在进行安全远程监测系统设计中, 必须充分考虑系统运行的影响因素, 以避免基于物联网技术的安全远程监测系统不能正常工作。

3 结语

综上所述, 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计工作, 对于确保建筑工程项目结构的安全、可靠性非常重要。建筑企业在建筑工程项目的建设中, 利用先进的物联网技术对大型建筑安全的质量进行进一步的监控管理, 可以有效的提高建筑安全监控的水平。同时, 也可以促使工作人员及时的检测、维护以及进行安全预防工作, 进一步提高建筑工程的质量。因此, 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计的发展, 有利于构筑安全的建筑生活环境。

摘要：现阶段, 随着我国社会经济水平的不断提高, 在科学技术发展的支撑作用下, 建筑业的发展空间逐渐增大。基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计, 成为信息技术发展时代最为显著的特征之一。如何在建筑工程的发展中, 结合实际的工作状况, 进一步探究基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计方案, 是有效促进建筑工程质量提高的有效策略。本文将简要分析, 基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计方面的相关内容, 旨在更好的促进建筑工程质量以及安全性能的提高。

关键词：物联网技术,大型建筑,安全远程监测,系统设计

参考文献

[1]刘岩.董仲宇.高精度电子水准仪在高层建筑物沉降观测中的应用[J].北京测绘, 2013 (04) .

[2]杜琼兰.韩狄基.林书华.浅谈高层建筑物沉降观测技术的应用[J].黑龙江科技信息, 2011 (33) .

[3]刘红玲.于亚鹏.常龙等.基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计[J].物联网技术, 2013, (10) :19-22.

煤矿绞车远程监测系统的设计与实现 第4篇

关键词：OTC；煤矿绞车；远程监测

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0026-02

煤矿绞车作为其主副井提升的关键设施，是矿井生产运输有效运转所不可或缺的必要保障，其运行的安全与否对于矿井安全至关重要。但鉴于绞车运行环境的恶劣多变、操作运行方式的各异、设备维护人员水平的不一等实际问题，使得绞车运行管理不仅任务繁重且困难重重，这就对绞车运行的监测系统提出了极为严格的要求。过去，煤矿对于井筒绞车运行的监测多是采取直线管理网络，不仅方法单一，且缺乏有效的管理功能，所使用的监测系统也多缺乏通用性，往往是所使用的绞车一经更换就需要对整个系统进行重新布设，为矿井生产造成阻碍的同时亦增加了矿井运营成本。因此，研发一套高效且通用的低成本绞车远程监测系统，成为矿井发展的必然需求。

1 远程监测的原理与选择

矿井绞车的远程监测是指将绞车运行的实时数据采集后，通过电子网络传输到远处的服务器终端上，并通过服务器对所采集的数据加以运算处理后，获得能够真实反映绞车运行状态的信息参数，从而对绞车整体状况的良好与否加以判定。

在数据的搜集上，远程监测系统同现场运行监测系统的方式是基本相仿的。这也就意味着两者在系统的硬件构成上基本一致，不过鉴于远程监测系统需对所搜集的信息实施远程的传输，这就需要对数据输出量的大小加以考量，并对其他相关的网络问题进行分析和研究，如宽带设置、网速设定、网络堵塞的处理等，而这就要求必须创建一个有效的远程数据通信方式。

通常而言，完善的绞车运行系统其在不同的控制时期，多会配置各不相同的低层控制系统，诸如DCS、PLC、FCS等，这些控制系统不仅网络接口各有差异同时通信协议也不一致，这使得其彼此间数据的出书难以实现有效的衔接，必须借助第三方的机制对其进行相互的协调，从而实现对控制操作细节的屏蔽。而OPC技术正好可以有效满足这一需求，因此文章最终选定通过OPC技术达成远程监控所需的数据远程通讯。

2 绞车远程监测系统方案设计

2.1 系统框架构成

综合化的矿井绞车远程监测系统应当是对电子信息技术、网络通信技术、自控技术、传感技术、人工智能技术等诸多现代高新技术的科学化综合运用。一般而言，其多以网络通信技术与电子信息技术为核心内容，为绞车各组成部件的运行提供远程的实时监控及维护等功能，在有效确保矿井生产正常进行的同时实现对设备运行可靠性的最大优化。绞车远程监测系统系统框架构成如图1所示。

2.2 现场硬件构成

现代化的绞车系统多是由数个相互衔接配合的模块所构成，系统通过不同的模块完成不同的动作命令以实现其功能的发挥。而为有效获取装备运行时的实时状态，绞车各个主要构成硬件中均装设有传感设施，借助其获得所需的数据信息。一般情况下，设备控制器内的数据包括状态信号、控制器信号等。其现场硬件的构成如图2所示。

2.3 软件系统构成

上世纪90年代以来，计算机系统的发展出现两种较为主流的趋势，其分别为封闭式系统向开放式系统的转变；集中式系统向分布式系统的转变。其各自的代表模式分别为B/S模式与C/S模式。两者各有自己的优势亦有独自的不足，所以在本次绞车远程监控系统的设计中选用B/S模式与C/S模式相互结合的混合式软件系统。

2.4 网络系统构成

一个完善的绞车远程监测系统由监测总服务器和数个现场PLC系统共同构成，运作时每个PLC系统负责对一台绞车的运行进行操控。整个系统最为关键的核心是监测总服务器，借助其可实现对多个绞车运行数据的实时监测。现场的PLC系统则是整个系统的基础所在，其借由工业以太网将自己采集的数据信息远程传输给监测总服务器，服务器对数据进行处理后获得每台绞车运行的实时信息，并将所获得数据存储至数据库以备调用。现场PLC系统和监测总服务器两者相互协调构成一个完善的分布式监测系统，其构成如图3所示。

3 绞车远程监测系统功能模块

3.1 远程通讯模块

远程通讯模块共包含两个组成部分，其分别为数据通信服务器与数据通信客户端。其中前者主要功能为对客户端的现场数据进行搜集，并依据具体需求针对性的发送客户端程序。客户端与服务器之间借助OPC技术实现数据的传输通讯。

一般情况下，服务器的数据采集均是依据客户端实际需求进行，非需求数据服务器不予收集，同时服务器还会对所搜集的数据进行实时监控，一旦发现数据的变动，服务器会对数据进行重新采集并将其发送给客户端；后者可让使用者借由其实现对所需现场数据的动态搜集，这种方式有利于实现系统资源的优化利用。

3.2 系统管理模块

整个系统的管理功能划分为三种，分别为数据库管理、用户权限管理、用户管理。

3.2.1 数据库管理

远程监测系统在运行时，会在数据库中储存数量众多运行数据。为避免由于病毒感染、使用者误操作等原因而导致数据的丢失，在使用时必须对数据库中的信息进行及时的备份，以便在发生数据丢失现象时可以对数据进行还原。通常情况下，数据备份应在系统运行不忙碌时，依靠人工操作完成，备份的数据即可存储在数据库硬盘中，亦可依据使用者需求刻录到光盘或移动硬盘上。

3.2.2 用户权限管理

鉴于远程监测系统使用者在企业中所处职位的不同，系统可针对性的赋予系统用户各异的使用权限。譬如有的用户仅仅是进行设备运行状况的查阅、有的则需对系统软件进行编辑和维护等。借助灵活的权限管理能够在有针对性的满足不同使用者不同需求的同时最大限度的确保系统运行的安全、可靠，避免非法使用者的恶意登录。

3.2.3 用户管理

借助该功能可对远程监测系统的使用者及管理者进行自由的删减和增添。

3.3 报警模块

整个远程监测系统借由分布于各个设备组件上的传感器可实现对设备运行状态的实时监控，一旦发现数据异常情况，监测总服务器可立即向工作人员发出警报并对故障的位置及原因进行准确定位，并给出相应的解决意见，以便维修人员可以尽快地实现对故障的排除和修复，最大限度的确保矿井生产的正常进行。此外，该模块还会实时将相关故障信息存储到数据库中，对故障进行综合分析，避免相似事故的再次出现。

3.4 信息实时显示模块

远程监测系统可将采集到的绞车运行的实时信息借由表格、曲线图等多种形式予以显示。通常情况下实时信息包含有实时的数据显示和实时曲线绘图显示两部分。

3.5 Web信息发布模块

绞车远程监测系统可借助Web分布系统，将经由系统检测后的各类设备运行信息、报警信息、故障信息等实时信息或历史数据对外发布，使用者通过计算互联网即可实现对信息的远程查阅。

4 结 语

通过文中所述可知，将远程监测系统作为煤矿绞车操控的核心手段对于实现矿井生产的自动化建设有着极为显著的推进作用，特别是在我国能源市场竞争日益残酷的今天，矿井生产自动化程度的高低一定程度上决定了企业能否实现自身的长久和可持续发展。作为一名矿山机电技术人员，我们理应全力投入到远程监测系统在矿井绞车控制中的应用推广，为实现企业生产效率与生产成本的双丰收提供助力。

参考文献：

[1] 李维刚.煤矿绞车远程监测系统的研究与应用[D].西安：西安工业大学，2011.

[2] 白广利，秦旭元.矿用绞车远程监控系统[J].自动化技术与应用，2010，（8）.

[3] 张玉峰，于德阳.煤矿绞车电控系统的PLC变频改造设计[J].煤矿机械，2009，（7）.

安全远程监测 第5篇

2010年5月1日至10月31日, 2010年上海世博会在上海市中心黄浦江两岸, 南浦大桥和卢浦大桥之间的滨江地区举行。上海世博会是探讨人类城市生活的盛会;是一曲以创新和融合为主旋律的交响乐;也是人类文明的一次精彩对话。

如何在有限场馆内展现多姿多彩的文化与最尖端科技, 吸引更多观众的眼光?参展国们铆足了劲, 在建筑形态上力争先声夺人, 例如:像蚕宝宝一样会呼吸的日本展馆、宛若水中“冰壶”般的芬兰国家馆、犹如一只巨大的青苹果的世博会罗马尼亚馆、世界最大面积“巨型膜布”、采用“脑细胞”为主体结构比利时展馆、和外观以“东方之冠”的中国馆建筑等等。

目前对于在建的世博会场馆工程结构, 尤其是特殊结构的安全监测, 很多是由专门的监测人员现场来收集、整理数据。一方面耗费了较多的人力物力, 很难实时收集到节点和结构的变形信息, 另一方面数据的处理具有滞后性, 不能及时判断结构变形破坏的危险性。

针对世博会大型建筑监测的信息化、系统化、时效化要求, 作者开发了上海世博会场馆工程远程监测与安全预警系统。

2 远程监测系统的构成和功能

2.1 远程监测系统的构成

通过前期调查, 参考相关大型场馆建筑物的管理人员的要求, 系统由三大部分组成:

(1) 基于无线传输技术的远程监控系统; (2) 基于B/S和C/S模式共同作用的可视化预警系统; (3) 监测管理模块化与多功能信息查询系统。

其中, 基于无线传输技术的远程监控系统能做到24小时不间断, 并且不受天气状况影响的对世博会场馆的安全状况进行监测和预警, 增强数据的联系性与时效性, 并节省了大量的人力、物力和财力, 使监测更加经济化。

基于B/S和C/S模式共同作用的可视化预警系统主要用来对大型场馆所产生的达到毫米级的位移和微小变形状况进行监测[1], 根据监测结果和系统设定发出预警信息, 更为重要的, 是系统能够根据所采集的历史数据进行智能分析, 给出形变状态在一定时间段内的发展趋势, 使决策管理人员能够将事故消灭在萌芽状态, 大大提高场馆建筑物的安全性。

监测管理模块化与多功能信息查询系统针对各类大型场馆监测项目, 分别提供相应的属性信息、监测数据输入处理、统计分析、曲线绘制和报表输出模块。实现监测数据、属性数据、施工进度、监测仪器属性、勘查设计资料以及工作量信息查询等。

2.2 系统的运行

世博会场馆工程安全远程监测系统利用VB作为开发工具。本系统设计时以区为分割, 以单个工程为单位存放数据, 把查询输入界面与物理数据库分开, 把用户的要求自动转化为对数据库的操作并及时返回结果。

本系统分为总地图和各区地图两个部分。在总地图中用户可以浏览各区的工程, 查询各个工程的基本数据、地质数据、设计数据、工程评价和其他工程数据, 可以查看各个工程的平面简图剖面简图等工程图片。

进入各区地图后, 用户可以了解此区内各个工程位置的详细分布情况, 可查询本工程的实际监控数据和设计数据, 并能输出数据报表, 系统本身可以对实际监测数据进行深入分析, 并绘制成图, 以供用户参考。

2.3 监测数据的分析预测

系统将建立一个功能强大的监测信息管理平台, 它能实现各类监测数据和相关信息的综合管理, 并在此基础上进行深层次的处理与分析, 以此指导施工与优化设计[2]。监控中心子系统采用C/S模式, 子系统主要用来保存结构监测的数据信息, 调用其结构安全模型分析系统进行业务分析处理, 并将结果反馈给结构, 实现对结构安全的实时监控。

监测数据的定量分析模型直接建立原因量和效应量之间的映射关系, 是一种非常重要的分析方法。恰当的模型能够在不需要复杂的数值模拟的情况下, 较好地描述施工过程中结构的响应以及周边影响范围内变形等的变化趋势。系统能够根据所采集的历史数据给出形变状态在一定时间段内的发展趋势, 使决策管理人员能够及时采取措施将事故消灭在萌芽状态, 大大提高工程安全性和可控性。系统内实现了结构工程监测中常用的模型, 如概率统计模型、灰色模型、滤波模型、时间序列模型、BP神经网络模型等。

2.4 预警功能

在场馆工程的监测中, 确定各项监测项目的监控报警值是一项十分重要的工作。系统为各类监测项目提供了灵活多样的警戒指标, 不同结构的场馆工程项目可根据实际需要和特殊部位经验设置警戒值[3]。各类监测项目可分别设置警戒值, 当某项指标监测值超出预设警戒值时, 系统会自动报警, 并指出该指标的超限数据。

2.5 报表自动化输出

系统可以根据输入的日期范围, 监测项目, 监测点自动搜索提取数据并自动生成监测物理量时间过程曲线、监测物理量时空分布图相关关系图、统计报表、监测信息统计表等, 通过系统内置的监测项目模板生成文档, 实现报表的自动化输出。

2.6 其他功能

系统将通过摄像机等工具记录施工现场的施工情况, 以照片、文档、视频的形式存储, 以便日后翻阅取证, 摄像也可代替人工在施工现场的大体监测与巡视工作, 实时掌握施工现场的运行状况。

3 结语

本文通过对我国上海世博会场馆工程安全监测研究现状的综合分析, 结合现代计算机技术、网络技术及信息技术的发展, 开发了上海世博会场馆工程安全远程监测与安全预警系统, 并给出了系统开发的原则和关键技术。本无线监测系统包括GPRS模块、自动采集箱和传感器等, 通过互联网来采集数据。高智能型传感器采用了统一的工业总线接口, 可直接并接组网进行实时自动化监测。结合无线传输技术, 使监测过程不受外界环境的影响, 对建筑结构安全相关数据不间断的收集, 实现远程监控与评价, 使监控与评价过程更加直观、快捷、方便, 从而增强数据的联系性与时效性, 并节省了大量的人力、物力和财力, 使监测更加经济化;系统实现区域内多个测点信息、监测仪器、监测数据的全面采集, 并在C/S和B/S两种模式共同使用的基础上, 进行信息的存储、处理、分析、查询、预测、预警以及成果输出的自动化, 实现了上海世博会场馆安全监测的信息化、集成化、共享化、系统化、时效化。

参考文献

[1]顾永明, 郑东健, 于鹏.C/S与B/S混合模式下的大坝安全监测信息管理系统.水利与建筑工程学报, 2005, 3 (2) :16-19.

[2]熊学玉, 顾炜, 李亚明.超长预应力混凝土框架结构的长期监测与分析研究.土木工程学报, 2009, 42 (2) :1-10.

水泵房远程监测系统 第6篇

1 水泵房远程监测系统实现功能

(1) 实现水泵压力、电流、前后轴温度、水流量、蓄水池水位等数据采集功能;

(2) 实现前端数据远程传输功能;

(3) 实现远程运行告警功能;

(4) 实现水泵房运行相关数据远程存储、查询、统计、分析等功能。

2 系统技术方案

本系统采用整合了网络通信技术、GPRS和短信技术等多种计算机技术和通信技术, 构建了水泵房远程的监测系统技术方案。系统主要包括泵房监测设备运行参数采集系统、无线GPRS数据传输系统、监测中心服务器、客户端软件等部分, 框图如图1所示。

系统工作原理如下:在泵房端, 通过现有PLC控制系统NET通信模块获取监测参数数据包, 利用自主开发的数据包解析软件解析出监测参数数据, 通过串口转换模块完成协议转换, 然后通过GPRS模块将其传输至公网。其中, 利用串口转换模块将数据通过RS485协议传输;在监测中心端, 通过GPRS模块接收远端传输的数据包, 并将其解析、存储至监控中心服务器;监控客户端通过访问监测服务器实现水泵房数据远程监测。

水泵房远程系统功能框图如图2所示, 主要包括:水泵房设备运行数据采集系统, 无线GPRS数据传输系统、监测服务器软件、客户端软件。

3 水泵房远程子系统

3.1 水泵房设备运行数据采集系统

水泵房监测设备主要完成泵房内的泵机的运行数据的采集, 主要包括协议转换模块、GPRS通信模块单元和数据解析软件, 设备组成图和框图如图3所示。

1.数据采集模块:数据采集模块主要由数据包解析软件、协议转换模块构成, 其主要完成如下功能;

(1) 信号采集:数据包解析软件将从PLC系统I/O口或NET网络通信模块采集到的数据包解析, 从而采集到监测设备各监测数据;

(2) 串口转换模块:实现如下两个功能:i) 首先实现RS232协议与RS485协议转换;ii) GPRS模块的串口通信, 考虑到可能存在设备工作地点GSM信号弱或者无信号的问题以及强弱电隔离, 保证通信模块工作稳定性的问题。

2.GPRS实时通信模块:完成与监测服务器TCP链接和实时通信, 同时自带锂电池, 可以保证在系统断电的情况下持续工作四小时以上。

3.2 监测中心服务器模块

监测中心服务器模块主要完成: (1) 泵房监测数据的实时采集; (2) 异常状况的告警及短信通知相关人员; (3) 数据库存储、查询;设备构成及框图如图4所示。

●TCP通信模块:

与前端泵房简历TCP连接, 完成实时数据的通信交互;

●监视数据处理服务:

接收泵房设备传送的电流、电压以及设备开关的状态信息;存储到数据库中, 便于后期的查询和分析;

●数据库处理模块:

负责数据库的读写控制及查询;

●异常告警处理:

根据设定的告警门限或者前端设备的上报的告警信息, 向客户端发送告警提示信息;

●短信模块:

(1) 短信的编码发送:将客户端的告警信息发送到相关负责人的手机上, 以便相关人员能及时的处理告警;

(2) 短信的接收解码:在某些紧急情况下, 相关的负责人可以通过设置了操作权限号码的手机, 发送相关的指令控制泵房的设备开启或者关闭。

●系统设置及管理:

支持多种用户权限的管理, 不同的用户权限具有不同的操作功能范;

3.3 客户端软件

客户端软件功能框图如图5所示。

●登陆认证:

系统设置了不同的权限, 分为普通用户权限和管理员权限, 登陆系统时, 需要用户名和密码审核合格后才可以进入;

●实时监测显示:可以实时显示指定设备的运行状态, 电流电压值以及告警信息等;

●TCP通信:建立与服务器的TCP连接, 解析服务的命令和交互信息;

●告警处理:

泵房设备的告警通过服务器可以主动推送到客户端来, 使用醒目的提示方式 (界面告警提示串口、语音告警提示) 通知管理人员处理;

●报表查询统计功能:可以提供设备运行状态统计、用电量统计、电流电压统计等多种统计方式, 并输出相应的报表;

设备电量远程监测系统研究 第7篇

1 电量检测

本系统的设计主要针对一些需要实施监测电量的工业用电场所。因用电设施设在地下、分布较广等原因不便观测的情况, 本系统就可对此发挥重要作用。

2 硬件系统构建

完成节点数据的采集工作, 主要有电压、电流、功率等电参量, 实现节点数据采集并组网, 通过RS485协议与工控机通信, 最后将数据传送至用户计算机。

2.1 节点数据采集

系统采用常州金源永利达公司的DDS54数字式电能表对节点进行电量采集。该电能表主要由以下特点:电能表主要由两个功能系统组成, 即电能测量系统和数据处理系统。电能测量系统由一块进口单相计量芯片和外围元件组成, 完成电能量到计数脉冲的转换。数据处理系统主要由CPU和RS485接口电路组成, CPU采用大规模集成电路设计技术, 将振荡、脉冲分频电路、电压检测电路、液晶驱动电路和RS485通讯协议集成在一片电路上, 把从电能测量系统输入的电能脉冲进行处理、计数分频, 并输出测试脉冲和液晶驱动信号。RS485接口电路完成数据信号的电平转换和RS485信号的接收处理和发送处理工作, 该电路采取防静电和抗干扰设计原则, 并采用信号隔离技术, 端口与市电电网完全隔离, 最大限度保证了端口的可靠性和安全性。

2.2 数据传输

RS485由RS232接口标准发展而来, 可以实现点到多点或者多点到多点的网络组建, 解决了RS232接口标准不能联网的问题。组建成本低、可靠性高、分布范围较大等是RS485总线网络的优点, 广泛应用在远程控制、远程监控、远程抄表、智能家居等领域。

RS485总线网络的通信方式包括两种:主从式和总线式。主从式是当今工业控制中多采用的通信方式, 而总线式拥有更好的通用性、扩展性, 同时在总线式通信协议上也易于组建主从式RS485通信网络。组网方式简单, 组建成本低廉, RS485总线网络的组网方式很大程度上满足了工业组网的需求。

从理论上讲, 当通信速率不超过100Kbps时, RS485上的信号传输距离最长可以达到1 200km。但因为电缆及芯片的一些传输特性, 在实际应用中传输的距离也会有所不同。为了满足实际中有些长距离的传输要求, 可以采用增加中继器的方法放大传输信号以增大传输距离, 一般最多可以增加八个中继器。

本系统通过RS485总线协议组网, 进行数据传输。各节点的RS485输出端挂载在RS485总线上, 将采集到的电量数据通过RS485总线经过RS485/RS232转换后传输至工控机上, 工控机对数据进行整理、存储后通过TCP/IP网络协议传输给用户计算机, 形成网络, 方便各部门层对监测数据的实时观测与调用, 实现远程监控。

3 系统软件实现

本系统的软件设计采用结构化和模块化的设计思路, 可以分为下位机和上位机两部分。

下位机部分主要就是单片机程序的编写, 系统选用C语言作为下位机编程语言, 主要包括液晶显示模块的调用程序、串口通信程序以及键盘程序的编写等。

上位机软件开发是本系统的重点, 这部分主要包含以下三个步骤:第一步是开发环境的选取, 选取适宜的开发工具和开发环境可使软件开发的过程更为高效便捷, 也能提高系统的性能和稳定性。而且一个优良的开发环境一般会对系统软硬件资源进行合理分配使其得到充分利用, 使用户使用时更加得心应手。本系统选用的Lab VIEW8.5开发环境可以完全满足上述要求:它提供了一个直觉性环境, 可以方便进行整体框架的搭建以及程序设计调试, 而且与测量硬件的密切结合使数据采集、分析、显示和硬件控制的过程更为高效。第二步是仪器驱动程序的开发。仪器驱动程序主要用来完成仪器硬件设备的通信和控制, 因此需要考虑下位机各个硬件的接口定义, 这些接口定义一般由厂商完成, 而Lab VIEW开发环境中集成了多种仪器驱动程序, 包括系统所需的串口驱动程序、显示驱动程序、键盘驱动程序等。最后一步是程序的打包, 用户界面和源程序代码完成后, 系统利用Lab VIEW应用程序生成器, 将编写好的虚拟仪器 (VI) 转换成独立应用程序 (.exe) , 方便快捷, 便于用户安装和使用。

在本系统中, 当节点采集到的数据传输给用户计算机后, 需要将数据存储, 以实时数据曲线的形式显示, 便于用户监测, 并且可以对电量参数进行设置。

4 结语

本文对系统组建及主要功能进行了介绍, 整个过程条理清晰。系统符合时下工业要求, 具有很强的实用价值, 提高了工作效率, 利于电能节约, 并有效地降低电能污染, 间接降低了工业生产成本。

摘要：准确实时的电量监测是提高电能利用效率, 提高经济效益, 避免能源污染的有效措施。本文利用RS485总线组网可满足多层次电量数据实时远程监测, 便于各部门层随时对数据调用、观测, 利于提高工作效率。

关键词：在线监测,组网,系统

参考文献

设备远程监测系统的应用 第8篇

对设备实施远程监测有助于设备管理者掌握设备运行状态, 提升设备制造商的服务水平, 有助于设备设计者提高产品的性能。目前已在石油、化工、电力、冶金等行业广泛应用, 一些装备制造企业成立了远程监测中心。

远程监测系统还处于初级阶段, 存在一些问题, 如目前的监测系统多存在部分数据丢失的现象, 尤其在设备启动时刻;数据密集采集, 受网络或采集设备存储结构影响, 特别容易丢失数据。随着小波分析、神经网络、盲源分离、非线性理论的不断成熟, 将有新的技术加入到远程监测系统中。

远程在线监测系统一般由数据采集、传输、存储、处理以及图形显示单元组成, 通过C/S (Client/Server, 客户机和服务器) 或B/S (Brower/Server, 浏览器和服务器) 结构实现, 图1为两种网络结构图。

C/S结构服务器是网络的核心, 客户机是网络的基础, 客户机依靠服务器获得所需要的网络资源, 服务器为客户机提供网络必须的资源。C/S结构具有应用服务器运行数据负荷较轻, 数据的储存管理功能较为透明的优点, 但也存在维护成本高、投资大的缺点。B/S结构是随着Internet技术的兴起, 对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下, 用户工作界面通过WWW浏览器来实现, 极少部分事务逻辑在前端实现, 主要事务逻辑在服务器端实现, 形成所谓三层结构。表1给出了两种结构的技术对比。

二、应用

通过3年的应用, 远程监测系统在远程故障诊断、故障预警、维护分析、统筹分析等方面发挥的作用尤为明显。

1. 远程故障分析

目前最成熟的故障分析理论主要是基于振动分析的, 利用振动分析可以诊断或排除特征明显的故障, 现在的监测系统提供了不少于20种的分析图谱, 只要利用得当, 主要类型的故障是可以分析出来的。

图2所示是某单位乙烯机多次启、停机直至故障恶化的Bode图, 从Bode图上可以看出停机曲线高出启动曲线很多 (理想状态下启、停机曲线基本重合) 、临界转速变大、隔离裕度变宽。这说明设备在频繁启、停机, 过临界, 使转子弯曲, 振动上升, 刚度也发生了变化, 停机振动幅值大于启机振动幅值所致。此乙烯机拆盖检修时, 发现转子的弯曲故障。

故障诊断是个复杂的工程, 需要具有深厚的理论基础和丰富的经验, 综合各种信息, 抓住故障特征, 才能做准确判断。

2. 远程故障预警

远程在线监测系统存储了设备运行的历史数据, 可以以不同密度的趋势图展现设备的运行趋势。根据运行趋势, 便可以对渐发性进行故障预警, 提前采取措施, 避免故障发生。

图3所示为某单位烟机主风机组烟机轴位移的变化趋势, 可以看出烟机轴位移不断增大, 直至停机。拆盖后发现烟机叶轮磨损严重, 说明轴向发生窜动, 使轴位移变大, 由于设备维护人员未听取停机检修建议, 使故障恶化, 叶轮发生磨损。

3. 维护分析

根据转速、间隙电压、工艺量等信息还可以推断出设备的维护状况, 如应用转速时间图, 可以推断现场启、停机操作是否符合操作规程, 在设备维护时还可以进行基本操作。图4为某单位合成氨装置汽轮机GAP电压趋势图, 图中1号线和2号线代表汽轮机驱动端, 3号线和4号线代表汽轮机非驱动端, 汽轮机非驱动端振动未见异常, 汽轮机驱动端频繁出现波动 (波动最大110μm) , 为了避免出现故障, 及时停机检修。从图4可以看出, 机组停机9h后, 在A时刻汽轮机驱动端GAP电压接近0V, 说明此时可能对汽轮机轴承盖进行了拆卸。由于汽轮机非驱动端振动正常, 在B时刻首先对汽轮机非驱动端轴承进行安装, 传感器GAP电压恢复到测量线性范围内。

4. 统筹分析

对于设备制造商来说, 成立远程监测及故障诊断中心, 可以对自己制造的产品的运行情况进行统筹分析, 如对于型号接近的设备, 对比二者的振动幅值, 可以判断哪个设备运行得更好, 根据运行的谱图可以向产品设计人员提出改进建议。

三、总结

远程在线监测系统只是一个工具, 起主导作用的是人, 因此只有远程监测人员不断学习理论知识、积累经验、时刻关注设备运行状态, 才能把远程在线系统利用好, 并使其不断完善, 发挥更大的作用。

参考文献

安全远程监测 第9篇

关键词:汽轮机组;实时监测;振动分析;故障诊断

中图分类号:TV 734.2+1 文献标志码:A文章编号:1671-7953(2009)04-0095-03

On-line Monitoring and Long-Distance Analysis System for Steam Turbine Generator Sets

QIN Jianming FAN Xin2

(1.School of Electrical Engineering , Henan University of Technology,Zhengzhou 450007,China;2.Henan Electric Power Research Institute,Zhengzhou 450052,China)

Abstract: In order to ensure the safety running of the turbine generator sets, realize online condition monitoring and fault diagnosis of running generator sets and develops a ser of online condition monitoring and fault diagnosis system based Internet. The system is composed of real-time monitoring, data communication, long-distance analysis and the on-line monitoring of the vibration developing process can be realized. Consequently good basis and reliable information for the maintenance and operation of Steam Turbine are provided.

Key words: steam turbine generator sets;real-time monitoring;vibration analysis;fault diagnosis

大型汽轮发电机组已成为我国电网的主力机组,其复杂的结构和特殊的运行环境,导致故障时有发生,尤其是振动问题。尽管一般大型机组都会安装振动监测保护仪表(TSI),但该设备功能相对简单,对于振动异常问题,并不能提供强有力的有效分析手段,因此,安装振动在线监测与分析系统对于机组安全运行有着重要的现实意义。

1 系统总体设计

本系统网络服务站、数据采集站和分析诊断站等部分组成。系统通过能数据采集站连续在线采集现场设备振动波形数据,分别在本地监测诊断节点站和远程诊断中心站进行设备振动状态监测、故障诊断和设备的管理与控制。系统通过局域网、通讯微机、MODEM和电话网,把现场数据传送到远程诊断中心站作进一步的分析诊断,也可把远程中心的分析结果传送到现场。

系统总体结构由三部分构成(如图1):本地监测系统;数据通信系统;远程分析系统。

系统可连续在线采集现场设备振动波形数据、分别在本地监测诊断节点站和远程诊断中心站进行设备振动运行状态监测、故障诊断。根据需要系统可通过通讯微机、MODEM或Internet网,把现场数据传送到远程诊断中心站作进一步的分析判断,也可把远程中心分析结果传送到现场。

2 本地监测系统

该系统基本配置包括传感器、数据采集站、工程师站和数据库服务器等。系统采用分布式模式构建,分为设备层、通讯层和功能层三层结构。传感器和数据采集站组成了设备层,工程师站和数据库服务器组成了功能层。

2.1 设备层

设备层也是系统的硬件部分,直接面向机组设备,以数据采集为核心,通过采样驱动程序,完成各通道的数据采集,并与功能层监测系统进行双向通讯,上传采样数据,为上层系统提供可靠的实时信息。

传感器群负责现场原始信号的拾取、传送,既包括了各轴振、瓦振信号,又包括了与振动相关的一些过程量(如差胀、轴向位移等)。对于装有机组振动监测保护系统(TSI)的机组无须安装振动传感器。

数据采集站实现机组数据采集功能,采集站由前置信号处理器和数据采集工控机组成。前置信号处理器从传感器群接入现场信号,对来自现场传感器群的振动和相关过程信号进行隔离、滤波、抗混滤波、积分、衰减/放大、整形等调理,使得这些信号变为数据采集板能直接采集的标准信号。数据采集工控机选用DAQ2205A/D板作为数据采集板。该采集板为一款基于32位PCI总线的高性能、功能强大的采集板,允许信号64路单端输入或32路双端输入方式;采集板输入端子为两个SCSIV68接口,上面接口为振动量和过程量信号输入口,下面接口为键相、转速信号输入口;采集板具有成组触发采样功能,能很好的实现同步整周期方式采样。数据采集工控机接受前置信号处理器输出的标准信号,完成数据采集,对各信号进行初步处理,并定时将采集数据上传。前置信号处理器的所有振动信号以及部分过程量信号来自电厂BENTLYY3500系统,其余的过程量信号则为来自现场DCS系统变送器输出的1-5V或4-20mA的标准信号。

数据采集站功能主要分成四部分:实时数据采集、数据双向通讯、振动实时显示和实时启停机。

2.2 功能层

功能层对采集信息进行分析处理,主要完成数据处理、数据存储管理、状态分析、故障诊断等功能,是系统的关键部分。

工程师站为厂局域网内任一台机组,可运行振动在线监测与分析软件,具有丰富的图形显示和较强的分析处理功能。软件采用Borland C++ Builder6.0为开发工具,综合应用了汇编语言、动态链接库、多线程、图形处理、数据库等技术。在底层控制软件上应用了汇编语言和调用动态链接库与底层交换信息;上层软件既要实现数据采集又要实现实时显示和处理数据,需要多线程来控制,即启动主线程之后启动辅助线程。程序中创建了一个新线程文件CollectionThread.cpp来实现数据采集功能。软件安装后供运行人员在线监控机组振动情况,软件功能主要有:系统设置、实时监测与分析、启停机记录分析、故障记录分析、报表与统计。系统参数配置关系到数据的采集以及系统的正常运行,设置时一定要慎重。当系统硬件已经安装完毕,则参数的配置一定要与硬件配置保持一致,否则系统不能正常工作。实时监测部分包括实时振动棒图、振动波形图(图2)、振动趋势分析、振动报警监视、频谱分析、轴心轨迹(图3)、相关分析等。

数据库服务器用于存储全厂所有机组的振动数据和相关过程参数,包括实时数据和历史数据。其上运行振动在线监测与分析软件与故障诊断软件。此外,与设备层的通讯以及与其他系统(如MIS系统等)的通讯也在其上完成。

3 数据通信系统

数据通信系统中,本地监测诊断系统中工作站与服务器间距离短的用网卡组成局域网系统,距离长的用MODEM组成局域远程登录系统或通过Internet组成广域监控诊断系统。而与诊断中心服务器的互连采用基于Internet的连接,使得本系统具有很强的开放性和扩展性。

数据通讯接口实现设备层与功能层间的正常通讯,通过以太局域网,将数据采集站所采集的实时数据上传到数据库服务器并保存,同时将系统组态信息动态下载到数据采集站,决定采集站的采集状态和采集方式;实现本系统与厂MIS系统和DCS系统间的数据交流,达到数据共享目的。

4 远程分析系统

远程诊断中心是一个小局域网,由几台PC机组成了网络系统和智能诊断专家系统。它通过Internet与生产现场的监测系统连接,可同时在线监测分析多台机组的运行状态,提供丰富的振动分析软件和故障诊断知识库,并利用功能强大的数据库管理软件,对各种原始数据和分析结果进行存储、备份管理。

系统提供了多种时域、频域以及趋势信号分析算法,对数据库里的历史数据和启停机数据等进行分析,并以直观的分析图表显示,以掌握设备当前状态和变化趋势。

5 结束语

本系统是集数据采集、性能分析、故障诊断、人工智能等技术于一体综合信息处理系统,实现了对大型汽轮发电机组运行状态监测和故障诊断。通过与Internet 的连接,实现了远程监测和诊断。可提高实时处理效率和分析诊断的准确性,为运行人员和设备管理工程师提供了设备运行状况的科学依据,以便及时发现异常情况,保证设备安全可靠经济运行。该系统界面友好,使用简单方便。

参考文献

[1] 蒋东翔,倪维斗,于文虎,等.大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J].动力工程,1999,19(1):49-52.

[2] 李富才,訾艳阳,何正嘉,等.旋转机组分布式在线监测诊断系统[C].2000年全国振动(诊断、模态、噪声)技术及工程应用学术会议论文集,2000.

植物生长环境远程监测仪 第10篇

关键词：传感器,太阳能,无线通信,数据采集,单片机

影响植物生长的环境因素有环境温度、空气湿度、土壤含水量、光照、二氧化碳浓度、风速等方面。在对植物生长环境的研究中, 通常需要长时间的野外考察来记录数据[1]。本文提出的植物生长环境远程监测方案, 能够实现远程、无人干预地检测这些环境因素并自动建立数据库, 大大减少了人力物力, 并且能做到在夜晚或恶劣天气条件下正常工作, 数据采集的时间间隔可以调节, 做到了许多人力难以完成的工作。

1 系统的基本构成

通过各类传感器采集地面环境信息, 并将其转换成相应的电信号, 通过一定的数据采集方式转换为数字信号输入到单片机, 单片机对该信号进行进一步处理, 生成适合传输的信号, 并通过信号传输通道传输, 用户端通过对无线串口所传入的信号进行检测、筛选、分类、处理, 最终在用户界面上显示并记录这些信息。室外采集与室内接受结构图如图1所示。

2 传感器模块

传感器对地面环境要素的检测质量决定了系统观测指标的上限。因此传感器是本系统的基础, 为了构筑性能优良的智能采集系统, 必须首先对所需要的传感器进行介绍。系统主要采集了环境的温度、空气湿度、光照强度三个方面的数据, 并对风速风向的采集作了简要介绍。

2.1 温、 湿度传感器

仪器采用了瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器SHT10。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来, 发挥出强大的优势互补作用。为了将SHT10输出的数字量转换成实际物理量需进行相应的数据处理。SHT10的输出特性呈一定的非线性, 为了补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据, 在对采集数据的多次拟合后得出公式 (1) 修正湿度值。

$\text{R}\text{Η}{}_{\text{l}\text{i}\text{n}\text{e}\text{a}\text{r}}=c{}_1+c{}_2\cdot \text{S}\text{Ο}{}_{\text{R}\text{Η}}+c{}_3\cdot \text{S}\text{Ο}{}_{\text{R}\text{Η}}(1)$

式中:RHlinear为25 ℃时相对湿度的线性值;SORH为传感器输出的相对湿度的数值;c1, c2, c3为系数, 如表1所列。

上述湿度计算公式是按环境温度为25 ℃进行计算的, 而实际的测量温度则在一定范围内变化, 所以应考虑湿度传感器的温度系数, 用公式 (2) 对环境温度进行补偿。

RHtrue= (T-25) (t1+t2SORH) +RHlinear (2)

式中:RHture为温度不等于 25 ℃时相对湿度的实际值, T为当前温度, t1, t2是系数, 由实验求得。由设计决定的SHT10温度传感器的线性非常好, 可用式 (3) 将温度数字输出转换成实际温度值。其中, T为实际温度;SOT为传感器输出的温度数值;θ1, θ2为系数。

${\rm T}=\theta {}_1+\theta {}_2\cdot \text{S}\text{Ο}\text{Τ}(3)$

2.2 光照强度传感器

光照传感器一般为非线性, 前级进行放大后需要进行校正, 实际中由于A/D转换需要信号源的输出电阻小于1 kΩ, 所以选用光敏电阻作为采集元件。由于光敏电阻的亮电阻和暗电阻分别为2 kΩ和200 Ω, 要求式 (4) 最大, 所以对其求导, 得出R1=20 kΩ。由图2电路可以对实际的照度传感器修正。

$\Delta =\frac{2}{2+R{}_1}-\frac{200}{200+R{}_1}(4)$

3 太阳能自动检测供电系统

电源设计时需要考虑系统中所需的电压类型及各电压下对应的功耗, 从而进行合理的电源分配及稳压芯片选型, 选择时需要考虑输入电压范围、输出电压范围、输出电流驱动能力、动态特性、带负载能力、转换效率等参数。 为了提高能源利用率, 增强采集装置的可移动性, 采用太阳能电池与后备电池组合方式进行供电。当太阳能电池充足时, 由太阳能电池供电, 同时对后备电池进行充电;当太阳能电池电力不足时, 转由后备电池供电。自动切换电路的工作原理简单, 只需通过两个低导通压降二极管 (一般为肖特基) 实现。而智能充电电路相对复杂一些, 这主要和充电电池的特性有关。在充电过程中, 电池内部温度、压力随电压的增加而增加, 特别是在接近充满时, 其增加速度更快, 所以为了安全可靠的充电, 合理地检测充电状态, 分配充电电流是必要的。同时注意对系统供电方式进行监控, 若系统转为电池供电, 此时由单片机控制充电电路处于关闭状态, 当检测到系统转为太阳能供电时, 再开启充电电路。

3.1 锂电池的充电控制与保护电路设计

在充电电路设计中可以自行设计相应模块进行参数检测, 但是为了提高系统的集成度和可靠性, 一般考虑采用集成电路的形式, 这里采用了CN3083芯片进行充电控制与保护[2]。CN3083是专门为利用太阳能板等输出电流能力有限的输入电压源对单节锂电池进行充电管理的芯片, 芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定, 最大持续充电电流可达600 mA, 不需要另加续流二极管和电流检测电阻。CN3083包含两个漏极开路输出的状态指示输出端, 充电状态指示端CH和充电结束指示输出端OK。芯片内部的高精度的电压基准源, 误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的误差在±1%以内, 满足了电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时, 充电器进入低功耗的睡眠模式, 电池端消耗的电流小于3 μA, 从而增加了待机时间。CN3083芯片的外部连线设计如图3所示。

3.2 SP9261C升压电路的设计

系统中各部分所需的电压不同, 因此需要将锂电池的电压变换为适合放大器等元器件工作的电压。SP9261C是一款低功耗, 0.8 V启动的PFM升压控制器。其本身独有的600 kHz高频振荡频率特别适合低输入电压, 芯片的升压比高, 且大输出电流应用环境下只需配置数值较小的电感, 具有更小的启动电压, 或同样低电压情况下产生更大的输出电流。其整个应用电路如图4所示。

4 无线传输系统

为了实现数据的远程传输, 有必要采用一种无线传输设备进行数据传输。常用的无线通信方式有RF, 红外, Wii-Fi, GPRS, GSM等。结合了距离与价格两方面的因素, 仪器无线模块采用了RF无线传输与GPRS相结合的方式组成传感器网络。

其中RF的特点是简单易行, 成本低, 传输距离小于3 km[1], 最终采用了SWRF-105 (FHL-0611) 433 MHz的无线模块实现数据的无线传输, 这一模块采用了晶体稳频, 内置数字锁相环, 可根据用户需要灵活设置频点;提供TTL电平和模拟RS 485/RS 232规格信号的UART接口;数据传输方式为UART方式。

GPRS的无线数据传输的特点是成本较高、协议复杂, 依托通信网络, 传输距离不受限制, 后期使用成本较高[3]。因此, 在超远距离传输方面, 采用了GSM网络, 使用西门子公司的MC55 GRPS模块, 可以将一个传感器网络内的数据通过短信或其他方式传送至任意一部在网通信设备。该方案使得数据的传输几乎不受距离限制。在室内计算机与单片机之间无线传输数据需要制定传输协议, 单片机与电脑串口收发程序流程图如图5所示。

5 单片机显示及用户界面设计

室外仪器的主控部分采用了Atmel公司的ATmega16单片机。该单片机在资源与运算速度满足要求的前提下, 功耗最低, 适合对功耗要求较严格的场所使用, 可以在无人干预下长期稳定运行。在室外的监测仪器除了可以采集发送数据外, 还通过单片机进行了LCD的显示。

在用户端用VB开发了数据采集系统的界面, 使用VB结合Access数据库进行上位机软件编程, 软件主要实现了以下功能:通过MSComm控件进行无线通信数据的串口接收[4];实现了VB与Access数据库的连接, 可以通过VB界面查看、查询、删除历史数据;可以实时地接收户外仪器发送的数据并显示在界面上, 同时自动更新Access数据库。

6 结 语

植物生长环境远程监测仪最终做到了采集环境中的温度、湿度、光照强度等与植物生长环境密切相关的因素, 这些数值在单片机液晶屏显示的同时可以远距离传输到用户端, RF与GPRS相结合的方式可以做到在尽可能节约成本的情况下远距离传输数据, 仪器采用的太阳能电池板与锂电池相结合的供电方式使得仪器可以长时间自动工作, 完成了VB与Access数据库的结合, 在实时显示数据的同时动态建立数据库。

参考文献

[1]郝丽丽, 马小军, 张娟.便携式多参数环境监测仪的设计[J].计算机测量与控制, 2006, 14 (6) :835-837.

[2]程莉莉, 赵建龙, 熊勇, 等.用太阳能电池供电的锂电池充电管理集成电路的设计[J].中国集成电路, 2010, 19 (6) :48-52.

[3]顾简, 施云波, 修德斌, 等.基于GPRS的环境温湿度监测系统设计[J].电子设计工程, 2011, 19 (3) :61-64.

[4]马兴, 童卓, 周丽娟.基于VB的PC机与单片机间串口通讯及程序设计[J].兵工自动化, 2010, 29 (10) :94-96.

[5]侯波, 姚军军.温室环境多参数自动监测仪的设计[J].农机化研究, 2010 (1) :143-145.

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