燃气供热机组监控及报警系统设计

燃气供热机组监控及报警系统设计

任培卿

（新疆电子研究所股份有限公司新疆乌鲁木齐830011）

摘要：设计了一种燃气供热机组监控及报警系统的控制原理、系统硬件组成和软件设计。该系统充分利用STC90C58AD芯片丰富的标准接口资源，集数据采集、报警，监控为一体，结合GPRS通信技术与上位平台，实现数据信息的保存，处理及对燃气供热机组的远程控制。上位信息化平台的应用，可实现燃气供热机组的无人值守；达到节约成本、提高效率、降低安全隐患的目的。

关键词：燃气供热机组的监控及报警系统；STC90C58AD芯片；GPRS技术；燃气阀

Abstract:Thispaperintroducesthecontrolprinciple,systemhardwareandsoftwaredesignofagas-heatingunitmonitoringandalarmsystem.ThesystemmakesfulluseofSTC90C58ADchiprichstandardinterfaceresources,setdataacquisition,alarm,monitoringasawhole,combinedwithGPRScommunicationtechnologyandtheupperplatformtoachievethepreservationofdata,processingandgascontrolunitremotecontrol.Theapplicationoftheupperinformationplatformcanrealizetheunmannedvalueofthegasheatingunit.Thepurposeofsavingcost,improvingtheefficiencyandreducingthesecurityriskisachieved.

Keywords:gasheatingunitmonitoringandalarmsystem；STC90C58ADchip；GPRStechnology；gasvalve

根据用户远程综合监控需求，通过加强计算机技术、数字化技术和信息技术的应用，实现用户对前端无人或少人值守系统的综合监控、集中管理，利用现有的网络对前端的环境、设备运行状态等进行有效的监控和管理，能够大幅度提高对前端监控的实时性、有效性，并降低人员及管理成本。

该设计采用STC90C58AD芯片为核心处理器，实现数据的实时采集及报警状态的实时监测。利用成熟的GPRS技术，与数据平台进行数据传输，实现燃气供热机组的远程控制。与传统的供热机组控制模式相比，本设计着重改善以下四个方面的问题：⑴报警功能的实时性、有效性、安全性。⑵依托平台，对数据进行分析处理，为设备维护、运营分析提供大量的数据依据。⑶远程控制功能，通过数据分析，对燃气机组运行参数进行优化控制，节省成本，提高能源利用率。⑷人性化服务功能，利用智能手机、平板等移动设备，定制短信或手机APP业务，实现无人值守，整合公共资源，提高供热效率。

1系统硬件结构

系统结构拓扑图如图1所示，

图1系统结构拓扑图

1.1管理应用层

管理应用层可以对整个燃气供热机组通过统一的系统平台在电脑、手机、平板等智能终端上进行远程集中管理，实现远程“三遥”功能。遥测，即远程监测燃气机组的运行状态、故障预警情况、官网供热用水温度、压力等数据。遥控，即远程控制燃气供热机组的运行模式，实现机组的优化控制等。遥信，即燃气供热机组出现故障，平台自动报警的同时并主动向相应责任人发送故障信息，并进行报警预案设置。

1.2服务网络层

服务网络层是系统中的控制中枢，综合管控云平台借助Internet互联网、GPRS、3G/4G移动互联网，连接管理应用层与终端感知层的现场控制器。管理应用层通过平台对现场控制器发送控制命令，也能对现场控制器上报的数据进行分析、分类、整理并报出出错信息。

综合服务平台包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；对燃气供热设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现供热的精细化维护运行管理。对数据进行分析处理，为设备维护、运营分析提供大量的数据依据。

1.3终端感知层

终端感知层主要结构由控制单元、采样单元、继电器驱动单元、GPRS无限传输模块、上位平台及执行单元组成，其结构如图2所示。

图2系统结构示意图

控制系统以STC90C58AD芯片为核心处理器。STC90C58AD系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机。其内部集成MAX810专用复位电路,外部晶体12M以下时，可省外部复位电路,复位脚可直接接地。同时具有丰富的标准接口资源，能够满足燃气供热机组控制系统需求。

光电耦合器具有体积小使用寿命长、工作温范围宽、抗干扰性能强，无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，本设计采用EL817c构成光电耦合器构成隔离电路，可有效避免外部设备对单片机的影响，增加系统的稳定性。

继电器控制单元采用正泰JZC-32F超小型中功率电磁继电器，5A的触点切换能力，满足本系统中对执行单元的控制需求。

GPRS通信模块，采用高性能工业级无线模块及嵌入式处理器，以实时操作系统作为软件支撑平台，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议，为用户提供高速，稳定可靠，永远在线的透明数据传输通道。接口采用标准串口，经RS232转接板与GPRS模块连接，通讯可靠稳定。

燃气供热机组报警系统主要包括两个方面：燃气泄漏报警及管网水压报警。燃气泄漏报警是通过可燃气体探测器实现。环境空气中可燃气体浓度值达到或超过报警设定浓度值，探测器信号电平发生变化，同时进入持续报警状态。系统监测到探测器发出的报警信号后，控制燃气阀关闭，同时打开轴流风机，通过GPRS发送持续的报警信息，上位平台接收到报警信息后，分析、处理后存储报警信息，并发送给相关人员。当环境空气中可燃气体浓度低于报警设定浓度值后，探测器自动停止报警，恢复到监控状态。而系统的燃气报警需要专业人员进行检测确认无异常后，对系统进行复位，才能够消除报警，确保燃气供热机组安全运维。

燃气供热机组在供热过程中，不可避免会出现管网‘跑’‘冒’‘滴’‘漏’的现象，由于管网架设环境相对复杂隐蔽，相关人员很难及时发现并进行处理，严重影响机组设备的安全运行，产生不必要的经济损失。本系统对管网水压进行实时监测，当管网水压达到或低于燃气供热机组运行下限时，系统控制继电器关闭循环泵，通过GPRS发送持续的报警信息，上位平台接收到报警信息后，分析、处理后存储报警信息，并发送给相关人员。经过专业人员进行检测确认无异常后，补足水量，同时对系统进行复位，才能够消除报警，确保燃气供热机组安全运维。

2软件设计

本设计软件采用C语言编程，软件主流程图如图3所示。软件编写重点是中断及数据处理。中断处理包括外部中断、串口中断两部分。

图2系统软件主流程图

3系统应用及分析

在运行过程中，发现燃气阀严重发热，最终导致燃气阀短路烧毁。经过分析测试，前期选择的燃气阀是一种常闭阀，正常工作过程处于通电状态，异常时才进行断电关阀。而燃气阀常处于带电状态下，不仅增加了系统的功耗，导致燃气阀异常发热损耗，而且对系统的安全运行产生很大的影响。因此，在后期运行中，采用了新型的常开阀，相比较而言，不仅降低了系统的功耗，也大大增加系统的安全稳定性。

本文解决了燃气供热机组运行过程中报警功能的实时性、有效性、安全性。综合管控平台，对数据进行分析处理，为设备维护、运营分析提供大量的数据依据。实现了燃气供热机组的远程控制功能，对燃气机组运行参数进行优化控制，节省成本，提高能源利用率。人性化服务功能，满足了当前人们高效、及时的供热需求。

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作者简介

任培卿（1987—），男，新疆阜康市，大学本科，助理工程师。主要研究方向自动化测控技术。

基金项目：新疆维吾尔自治区科研机构创新发展专项基金

项目名称：分置式城市供热系统中管控产品的研发配套及产业化

项目代码：2015010