專利名稱：陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統與方法
技術領域：
本發明涉及物聯網技術領域和硫酸行業陽極保護設備領域，尤其涉及一種基于物聯網技術的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷系統，本發明還涉及基于物聯網技術的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷方法。
背景技術：
陽極保護設備是硫酸工業干吸工段的關鍵設備，具有耐蝕、節能、環保等特性，經過20余年的發展，截至目前我國已有約99%的硫酸生產企業采用了陽極保護設備，且已遠銷至伊朗、朝鮮、贊比亞等國。但是，陽極保護設備是一種將陽極保護技術與不銹鋼濃硫酸設備相結合的一種新型耐蝕設備，對維護管理有著極高的要求。生產工藝參數的變化、陽極保護參數的變化、陽極保護分酸器(陽極保護設備之一)液位的高低均會對設備的耐蝕性產生影響。隨著陽極保護設備的普遍應用，其在維護管理中存在的一些問題也日漸突出，主要有以下幾點第一、現場設備維護管理存在“盲點”；第二、設備故障處理效率低下、成本較高；第三、設備故障原因分析難度大；第四、出口設備的維護管理困難等，這些問題直接影響了陽極保護設備效能的發揮。可見，實現陽極保護設備安全高質運行的關鍵是提升陽極保護設備的維護管理水平。而通常的做法有兩種一是硫酸生產企業配備一支專業設備維護隊伍，但由于人員及資金的制約，很多硫酸生產企業在此方面存在“盲點”;二是設備供應商迅速、及時“奔赴現場”處理，但由于時效性和經濟性的制約，也很難滿足硫酸生產企業的需要。為加強陽極保護設備的維護管理，目前大多數硫酸生產企業采用將恒電位儀，即陽極保護設備陽極保護參數控制裝置，接入企業DCS控制系統的方法來監測陽極保護設備陽極保護參數的變化。硫酸企業設備維護人員可通過DCS控制系統集中監測本企業內陽極保護設備陽極保護參數的變化，實現了本企業內陽極保護設備的集中管理。但陽極保護設備運行狀態不僅限于陽極保護參數，生產工藝參數、液位參數等的變化均極大影響著陽極保護設備的運行狀態。此外，硫酸作為一種高危險化學品，具有極強的腐蝕性和氧化性，使得陽極保護設備一旦發生泄漏將對設備、環境和人員產生極大的危害?？梢?，對陽極保護設備腐蝕狀態的實時監測也尤為必要。顯然，DCS控制系統對陽極保護設備的監測僅限于陽極保護參數，監測參數過于單一，且不具備故障診斷功能。

發明內容
本發明目的在于提供一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷系統；旨在解決現有陽極保護設備維護管理水平低下的現狀，提升陽極保護設備維護管理水平，使陽極保護設備更具智能化。本發明目的另一在于提供一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷系統的實現方法。為實現上述目的，本發明提供了這樣的技術方案
一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統，包括傳感器裝置、信號識別裝置、GPRS/CDMA網絡、互聯網絡、數據庫服務器及監控終端；傳感器裝置與信號識別裝置有線連接，信號識別裝置與GPRS/CDMA網絡無線信號連接；監控終端包括設備制造商監控終端、客戶監控終端、設備制造商工程師手機監控終端和客戶工程師手機監控終端；GPRS/CDMA網絡與設備制造商工程師手機監控終端、客戶工程師手機監控終端無線信號連接，GPRS/CDMA網絡與互聯網絡無線信號連接，互聯網絡與數據庫服務器連接，互聯網絡與設備制造商監控終端、客戶監控終端連接，設備制造商監控終端、客戶監控終端通過互聯網絡與數據庫服務器連接。傳感器裝置位于陽極保護設備中；傳感器裝置包括陽極保護傳感器、生產工藝傳感器、腐蝕傳感器和液位傳感器。信號識別裝置由信號接收/分析模塊、信號轉換模塊和無線網絡收發模塊構成；信號接收/分析模塊與陽極保護傳感器、生產工藝傳感器、腐蝕傳感器和液位傳感器連接，信號接收/分析模塊與信號轉換模塊連接，信號轉換模塊與無線網絡收發模塊連接；無線網絡收發模塊與GPRS/CDMA網絡無線信號連接。位于陽極保護設備中的傳感器裝置，用于采集陽極保護設備運行狀態信息；信號識別裝置用于讀取傳感器采集的陽極保護設備運行狀態信息，并按預定程序對讀取的相關信息進行分析判斷，并將相關信息轉變為預定的物聯網數據格式，通過GPRS/CDMA網絡橋接至互聯網絡，并經由互聯網絡以POST方式儲存于數據庫服務器；此外信號識別裝置還將程序判定為異常的信息轉變為SMS格式通過GPRS/CDMA網絡發送至設備制造商與客戶工程師手機監控終端。設備制造商監控終端與客戶監控終端通過互聯網絡的Wbe頁面訪問數據庫服務器，獲取儲存于數據庫服務器中的陽極保護設備運行狀態信息，并根據預先設定的預警及故障診斷程序對陽極保護設備運行狀態進行監測、預測和評估，對陽極保護設備異常運行狀態的進行報警，對設備故障原因進行分析診斷。此外，設備制造商監控終端與客戶監控終端還具有遠程控制指令的發送功能；將設備制造商或客戶監控終端兩處的監控工程師輸入的陽極保護設備遠程控制指令經互聯網絡發送至數據庫服務器；信號識別裝置通過GPRS/CDMA無線網絡獲取儲存至數據庫服務器中的遠程控制指令，并在信號識別裝置上執行運程控制指令。一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷系統的實現方法，包括如下步驟
步驟1，在陽極保護設備中的設置陽極保護傳感器、生產工藝傳感器、腐蝕傳感器和液位傳感器，采集陽極保護設備的運行狀態信息；
步驟2，信號接收/分析模塊讀取傳感器采集的陽極保護設備運行狀態信息，并將所獲取的運行狀態信息按預定程序進行分析、判斷，當判定信息異常時，產生異常報警信號；
步驟3，信號轉換模塊將來自信號接收/分析模塊的相關信息轉換為約定的物聯網射頻格式；此外，信號轉換模塊同時將異常報警信號再轉換為SMS的短信格式； 步驟4，無線網絡收發模塊接收來自信號轉換模塊中的設備狀態信息； 步驟5，無線網絡收發模塊將接收到的設備狀態信息發射至GPRS/CDMA網絡； 步驟6，互聯網絡通過橋接和GPRS/CDMA網絡相連接，物聯網協議格式的設備運行狀態信息由GPRS/CDMA網絡傳送至互聯網絡；
步驟7，SMS短信格式的陽極保護設備異常信息通過GPRS/CDMA網絡直接發送至設備制造商工程師手機監控終端和客戶工程師手機監控終端，使得設備制造商工程師與客戶工程師能夠隨時隨地監控設備異常；
步驟8，數據庫服務器接收由互聯網絡傳遞來的設備運行狀態信息，并以POST方式將數據存儲至數據庫服務器中；
步驟9，設備制造商/客戶監控終端可通過互聯網絡的WEB頁面訪問數據庫服務器，對存儲于數據庫服務器中的陽極保護設備運行狀態信息進行全天候監測、預測和評估，及時、 準確對設備異常情況進行預警，并對設備故障原因進行診斷，以快速、準確排除設備故障；
步驟10，設備制造商監控終端/客戶監控終端接收設備制造商監控工程師/客戶監控工程師輸入的陽極保護設備遠程控制指令，并發送至互聯網絡；
步驟11中，數據庫服務器接收由監控終端發送來的陽極保護設備遠程控制指令，并儲存于其內；
步驟12，陽極保護遠程控制指令由互聯網絡傳送至GPRS/CDMA網絡； 步驟13，無線網絡收發模塊獲取GPRS/CDMA網絡中的陽極保護設備遠程控制指令； 步驟14中，信號轉換模塊將無線網絡收發模塊接收到的陽極保護設備遠程控制指令進行數據格式轉換，轉換為信號接收/分析模塊可執行的格式；
步驟15，信號接收/分析模塊接收經由信號轉換模塊完成格式轉換的陽極保護設備遠程控制指令；
步驟16，陽極保護設備遠程控制指令實施到陽極保護設備控制中。陽極保護設備是利用陽極保護技術提升其自身耐腐蝕性能的設備，在本發明中特指硫酸生產干吸工段陽極保護濃硫酸設備，但本發明不僅限于硫酸工業領域。本發明對陽極保護設備的監測不僅包括陽極保護參數，還包括對陽極保護設備的生產工藝參數、液位參數與腐蝕性的監測。本發明利用物聯網技術搭建一種陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統， 對在役陽極保護設備的運行狀態進行異地、遠程、全天候監測、預測和評估，實現陽極保護設備的智能化、高效化維護管理。通過信號傳感器進行陽極保護設備運行狀態信息的采集， 通過信號識別裝置與數據庫服務器進行實時運行狀態數據的發送和遠程控制指令的獲取， 監控終端只需通過訪問WEB頁面就可以進行運行狀態信息的獲取、監測和評估，以及遠程控制指令的發送，實現設備遠程控制，大大提升了陽極保護設備的維護管理水平，通過本發明不僅能夠在設備現場直接通過信號識別裝置進行參數設置來對陽極保護信號進行調節和控制，還能夠將設備的運行狀態實時傳輸到客戶監控終端監控工程師的手機；還能夠使設備制造商對在役陽極保護設備運行狀態進行異地、遠程、全天候監測和評估，及時、準確預警設備異常，第一時間排除設備隱患，確保設備高質運行和安全“零”故障。本發明已經由申請人即天華化工機械及自動化研究設計院試驗應用于實際，天華化工機械及自動化研究設計院作為設備制造商，白銀有色集團股份有限公司作為客戶端。


圖1是本發明的結構示意圖， 圖2是本發明的數據傳輸流程圖。圖中1 一陽極保護設備，2—傳感器裝置，21—陽極保護傳感器，22—生產工藝傳感器，23—腐蝕傳感器，24—液位傳感器，3—信號識別裝置，31—信號接收/分析模塊，32—信號轉換模塊，33—無線網絡收發模塊，4一GPRS/CDMA網絡，5—互聯網絡，6—數據庫服務器，7—監控終端，71—設備制造商監控終端，72—客戶監控終端，73—設備制造商工程師手機監控終端，74—客戶工程師手機監控終端。
具體實施例方式以下參照附圖，對本發明的實施方式進行詳解說明。如圖1與圖2所示一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統，包括傳感器裝置2、信號識別裝置3、GPRS/CDMA網絡4、互聯網絡5、數據庫服務器6及監控終端7 ；傳感器裝置2與信號識別裝置3有線連接，信號識別裝置3與GPRS/CDMA網絡 4無線信號連接；監控終端7包括設備制造商監控終端71、客戶監控終端72、設備制造商工程師手機監控終端73和客戶工程師手機監控終端74 ；GPRS/CDMA網絡4與設備制造商工程師手機監控終端73、客戶工程師手機監控終端74無線信號連接，GPRS/CDMA網絡4與互聯網絡5無線信號連接，互聯網絡5與數據庫服務器6連接，互聯網絡5與設備制造商監控終端71、客戶監控終端連接72，設備制造商監控終端71、客戶監控終端72通過互聯網絡5與數據庫服務器6連接。傳感器裝置2位于陽極保護設備1中；傳感器裝置2包括陽極保護傳感器21、生產工藝傳感器22、腐蝕傳感器23和液位傳感器24。信號識別裝置3由信號接收/分析模塊31、信號轉換模塊32和無線網絡收發模塊33構成；信號接收/分析模塊31與陽極保護傳感器21、生產工藝傳感器22、腐蝕傳感器23和液位傳感器M連接，信號接收/分析模塊 31與信號轉換模塊32連接，信號轉換模32與無線網絡收發模塊33連接；無線網絡收發模塊33與GPRS/CDMA網絡4無線信號連接。信號識別裝置還設有數據顯示屏、異常狀態聲光報警和設備運行參數調節按鈕 (圖中未示出)，使信號識別裝置具有數據顯示、報警和參數調節功能，現場工作人員可直接通過信號識別裝置參數設置按鈕對陽極保護信號進行調節和控制。傳感器2用于采集陽極保護設備1的運行狀態信息，是物聯網信息傳輸的來源。陽極保護設備1的性能主要與陽極保護參數、生產工藝參數、腐蝕參數和液位參數有關，因此需要對該四種類型信息進行監控，采集該四種類型信息。其中陽極保護傳感器21用于采集陽極保護信息，如監測電位、控制電位、輸出電流和輸出電壓等；生產工藝傳感器22用于采集生產工藝信息，如酸溫、酸濃等；腐蝕傳感器23用于采集陽極保護設備腐蝕狀態信息； 液位傳感器M用于采集陽極保護分酸器中硫酸液位變化信息。信號讀取/分析裝置31、信號轉換模塊32和無線網絡收發模塊33，依次串聯構成的信號識別裝置3，完成信號識別裝置3的總體功能。信號讀取/分析裝置31可定時自行讀取傳感器2采集到的陽極保護設備1的運行狀態信息，并對讀取的陽極保護設備1的運行狀態數據按預定程序進行分析判斷，發現異常時形成異常狀態信息，信號轉換模塊32將相關信息按物聯網協議格式進行轉換，轉變為物聯網格式的射頻信號，由無線網絡收發模塊33發送至GPRS/CDMA網絡4。此外，信號轉換模塊32同時將異常狀態信息即異常報警信號轉換為SMS的短信格式，發送至GPRS/CDMA網絡4.
來自信號識別裝置3的陽極保護設備運行狀態信息發送至GPRS/CDMA網絡4后，設備運行狀態信息以兩種方式進行下一步的傳送。其中的物聯網格式設備運行狀態信息以橋接形式發送至互聯網絡5 ；其中的SMS短信格式的設備異常信息以短信形式發送至設備制造商工程師手機監控終端73和客戶工程師手機監控終端74。傳送至互聯網絡5的設備運行狀態信息以POST方式被儲存到數據庫服務器6中。 設備制造商監控終端71和客戶監控終端72通過互聯網絡的TOB頁面訪問數據庫服務器6， 讀取存儲于數據庫服務器6中的陽極保護設備1運行狀態信息，并對陽極保護設備1的運行狀態信息進行監測、預測和評估，并根據預先設定的程序對設備運行異常情況進行預警， 對設備故障運行進行診斷，制定設備故障維修計劃。設備制造商監控終端的監控工程師/客戶監控終端的監控工程師可分別通過設備制造商監控終端71和客戶監控終端72輸入陽極保護設備1的遠程控制指令，并通過互聯網絡將其存儲于數據庫服務器6。信號識別裝置3對數據庫服務器6中的數據進行判斷，如果數據中包含有遠程控制指令，則信號識別裝置3將對運行控制指令進行數據格式轉換，并在信號識別裝置3上執行相應的遠程控制指令?？蛻舯O控終端72中設有本地故障診斷數據庫，客戶監控工程師可根據故障診斷結果在本地故障診斷數據庫中找到相應的解決方案。同時，本地故障診斷數據庫還包含針對具體設備的詳細安裝、操作、調試、維護資料以及非保密的其它技術資料。如圖2所示本發明的數據采集與數據傳輸方法步驟大致如下
在步驟SlOl中，設置于陽極保護設備中的四種類型傳感器采集陽極保護設備的運行狀態信息；
在步驟S102中，信號接收/分析模塊31讀取傳感器采集的陽極保護設備運行狀態信息，并將所獲取的運行狀態信息按預定程序進行分析、判斷，當判定信息異常時，產生異常報警信號；
在步驟S103中，信號轉換模塊32將來自信號接收/分析模塊31的相關信息轉換為約定的物聯網射頻格式；此外，信號轉換模塊32同時將異常報警信號再轉換為SMS的短信格式；
在步驟S104中，無線網絡收發模塊33接收來自信號轉換模塊32中的設備狀態信息； 在步驟S105中，無線網絡收發模塊33將接收到的設備狀態信息發射至GPRS/CDMA網絡4 ；
在步驟S106中，互聯網絡5通過橋接和GPRS/CDMA網絡4相連接，物聯網協議格式的設備運行狀態信息由GPRS/CDMA網絡4傳送至互聯網絡5 ；
在步驟S107中，SMS短信格式的陽極保護設備異常信息通過GPRS/CDMA網絡4直接發送至設備制造商工程師手機監控終端73和客戶工程師手機監控終端74，使得設備制造商工程師與客戶工程師能夠隨時隨地監控設備異常；
在步驟S108中，數據庫服務器6接收由互聯網絡5傳遞來的設備運行狀態信息，并以 POST方式將數據存儲至數據庫服務器6中；
在步驟S109中，設備制造商/客戶監控終端可通過互聯網絡的WEB頁面訪問數據庫服務器6，對存儲于數據庫服務器6中的陽極保護設備運行狀態信息進行全天候監測、預測和評估，及時、準確對設備異常情況進行預警，并對設備故障原因進行診斷，以快速、準確排除設備故障；
在步驟SllO中，設備制造商/客戶監控終端接收各自監控工程師輸入的陽極保護設備遠程控制指令，并發送至互聯網絡5 ；
在步驟Slll中，數據庫服務器6接收由監控終端發送來的陽極保護設備遠程控制指令，并儲存于其內；
在步驟S112中，陽極保護遠程控制指令由互聯網絡5傳送至GPRS/CDMA網絡4 ； 在步驟S113中，無線網絡收發模塊33獲取GPRS/CDMA網絡4中的陽極保護設備的遠程控制指令；
在步驟S114中，信號轉換模塊32將無線網絡收發模塊33接收到的陽極保護設備遠程控制指令進行數據格式轉換，轉換為信號識別裝置的信號接收/分析模塊可執行的格式；
在步驟S115中，信號接收/分析模塊31接收經由信號轉換模塊32完成格式轉換的陽極保護設備遠程控制指令；
在步驟S116中，陽極保護設備遠程控制指令實施到陽極保護設備1，對陽極保護設備1 給予控制。
權利要求
1.一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統，其特征在于該系統包括傳感器裝置(2)、信號識別裝置(3)、GPRS/CDMA網絡(4)、互聯網絡(5)、數據庫服務器(6)及監控終端(7);所述傳感器裝置(2)與所述信號識別裝置(3)有線連接，所述信號識別裝置(3)與所述GPRS/CDMA網絡(4)無線信號連接；所述監控終端(7)包括客戶監控終端(72)和客戶工程師手機監控終端(74);所述GPRS/CDMA網絡(4)與所述客戶工程師手機監控終端(74)無線信號連接，所述GPRS/CDMA網絡(4)與所述互聯網絡(5)無線信號連接，所述互聯網絡(5)與所述數據庫服務器(6)連接，所述互聯網絡(5)與所述客戶監控終端(72 )連接，所述客戶監控終端(72 )通過互聯網絡(5 )與所述數據庫服務器(6 )連接。
2.如權利要求1所述的一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統，其特征在于所述監控終端(7)還包括設備制造商監控終端(71)與設備制造商工程師手機監控終端(73)；所述互聯網絡(5)與所述設備制造商監控終端(71)連接，所述設備制造商監控終端(71)通過互聯網絡(5)與所述數據庫服務器(6)連接；所述GPRS/CDMA網絡 (4)與所述設備制造商工程師手機監控終端(73)無線信號連接。
3.如權利要求1或2所述的一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統，其特征在于所述傳感器裝置(2)位于陽極保護設備(1)中；所述傳感器裝置(2) 包括陽極保護傳感器(21)、生產工藝傳感器(22)、腐蝕傳感器和液位傳感器04)；所述信號識別裝置(3)由信號接收/分析模塊(31)、信號轉換模塊(3 和無線網絡收發模塊(3 構成；所述信號接收/分析模塊(31)與所述陽極保護傳感器(21)、所述生產工藝傳感器(22)、所述腐蝕傳感器和所述液位傳感器04)連接，所述信號接收/分析模塊 (31)與所述信號轉換模塊(3 連接，所述信號轉換模(3 與所述無線網絡收發模塊(33) 連接；所述無線網絡收發模塊(3 與所述GPRS/CDMA網絡(4)無線信號連接。
4.如權利要求1或2所述的一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監控、預警及故障診斷系統，其特征在于所述信號識別裝置(2)還設有數據顯示屏、異常狀態聲光報警和設備運行參數調節按鈕。
5.一種基于物聯網的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷系統的實現方法，包括如下步驟步驟1，在陽極保護設備中的設置陽極保護傳感器、生產工藝傳感器、腐蝕傳感器和液位傳感器，采集陽極保護設備的運行狀態信息；步驟2，信號接收/分析模塊讀取傳感器采集的陽極保護設備運行狀態信息，并將所獲取的運行狀態信息按預定程序進行分析、判斷，當判定信息異常時，產生異常報警信號；步驟3，信號轉換模塊將來自信號接收/分析模塊的相關信息轉換為約定的物聯網射頻格式；此外，信號轉換模塊同時將異常報警信號再轉換為SMS的短信格式； 步驟4，無線網絡收發模塊接收來自信號轉換模塊中的設備狀態信息； 步驟5，無線網絡收發模塊將接收到的設備狀態信息發射至GPRS/CDMA網絡； 步驟6，互聯網絡通過橋接和GPRS/CDMA網絡相連接，物聯網協議格式的設備運行狀態信息由GPRS/CDMA網絡傳送至互聯網絡；步驟7，SMS短信格式的陽極保護設備異常信息通過GPRS/CDMA網絡直接發送至設備制造商工程師手機監控終端和客戶工程師手機監控終端，使得設備制造商工程師與客戶工程師能夠隨時隨地監控設備異常；步驟8，數據庫服務器接收由互聯網絡傳遞來的設備運行狀態信息，并以POST方式將數據存儲至數據庫服務器中；步驟9，設備制造商/客戶監控終端可通過互聯網絡的WEB頁面訪問數據庫服務器，對存儲于數據庫服務器中的陽極保護設備運行狀態信息進行全天候監測、預測和評估，及時、 準確對設備異常情況進行預警，并對設備故障原因進行診斷，以快速、準確排除設備故障；步驟10，設備制造商監控終端/客戶監控終端接收設備制造商監控工程師/客戶監控工程師輸入的陽極保護設備遠程控制指令，并發送至互聯網絡；步驟11中，數據庫服務器接收由監控終端發送來的陽極保護設備遠程控制指令，并儲存于其內；步驟12，陽極保護遠程控制指令由互聯網絡傳送至GPRS/CDMA網絡； 步驟13，無線網絡收發模塊獲取GPRS/CDMA網絡中的陽極保護設備遠程控制指令； 步驟14中，信號轉換模塊將無線網絡收發模塊接收到的陽極保護設備遠程控制指令進行數據格式轉換，轉換為信號接收/分析模塊可執行的格式；步驟15，信號接收/分析模塊接收經由信號轉換模塊完成格式轉換的陽極保護設備遠程控制指令；步驟16，陽極保護設備遠程控制指令實施到陽極保護設備控制中。
全文摘要
基于物聯網技術的陽極保護設備遠程監測、預警及故障診斷系統，包括傳感器裝置、信號識別裝置、GPRS/CDMA網絡、互聯網絡、數據庫服務器及監控終端；傳感器裝置與信號識別裝置有線連接，信號識別裝置與GPRS/CDMA網絡無線信號連接；監控終端包括設備制造商監控終端、客戶監控終端、設備制造商工程師和客戶工程師手機監控終端；GPRS/CDMA網絡與設備制造商以及客戶工程師手機監控終端無線信號連接，GPRS/CDMA網絡與互聯網絡無線信號連接，互聯網絡與數據庫服務器連接，互聯網絡與設備制造商、客戶監控終端連接，設備制造商、客戶監控終端通過互聯網絡與數據庫服務器連接。它能對陽極保護設備狀態進行異地遠程、全天候監測和評估，及時準確預警設備異常。
文檔編號G08C17/02GK102541013SQ20121000538
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者史立軍, 王興忠, 莫春萍, 鄭偉偉, 鄭建國, 陳曙彤 申請人:天華化工機械及自動化研究設計院