基于物联网技术的火电厂数据采集智能监控系统的应用

陈东伟，兰秀蔚

（江苏利港电力有限公司，江苏 无锡 214400）

0 引 言

物联网是一种新兴的技术，将传感器、设备与云计算技术相结合，实现设备之间的互联互通和数据的实时采集、传输以及处理。无线数据采集是物联网技术中的一个重要领域，可以实现对环境数据、生产数据以及交通数据等多种数据的实时采集和处理，从而为企业和个人提供更为高效、精准的数据管理和决策支持。文章将从物联网无线数据采集的应用技术入手，介绍利用该技术采集发电厂煤仓、疏水管道温度数据的应用场景，并提出一些研究思路和展望。

1 物联网无线数据采集技术

传感器可以分为多种类型，包括光学传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器以及压力传感器等。传感器技术是无线数据采集技术的核心，可以实现对数据的高精度采集和无线传输，对物联网无线数据采集技术的发展具有重要意义。

2.4 GHz 通信技术是一种短距离高速率无线通信技术，可以实现设备之间的无线通信和数据传输，还可以与云端进行数据交互，适用于数据量较大的短距离传输。在物联网无线数据采集中，2.4 GHz 通信技术可以实现设备端和控制端之间的数据传输和控制，提高数据的实时性和可靠性。

远距离无线电（Long Range Radio，LoRa）通信技术是一种长距离低速率无线通信技术，可以实现设备之间的无线通信和数据传输，具有传输距离远、传输功耗低以及传输稳定等优点，适用于数据量较小的长距离传输。在物联网无线数据采集中，LoRa 通信技术可以实现设备端和云端之间的数据传输和控制，为数据的实时采集和处理提供重要技术支持[1]。

消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）服务器是一种专门用于物联网数据传输和处理的服务器，可以实现对数据的存储、处理、分析以及展示。在物联网无线数据采集中，MQTT 服务器可以根据订阅规则和订阅主题，实现设备端或传感器端与云端之间的数据传输和控制，提高数据的实时性和可靠性。

2 火电厂物联网无线数据采集应用场景

原煤仓发电厂中，输送煤炭的重要部件一旦温度过高，就会出现煤仓自燃、爆炸以及管道炸裂等严重事故。为了解决温度过高问题，文章利用物联网技术开发了煤仓测温系统。通过在原煤仓安装温度传感器，实时监测原煤仓温度变化，并通过物联网技术将数据传输至云端，实现远程监控。此外，可以通过数据分析和算法优化，预测温度变化趋势，提前预警，从而避免事故的发生。

发电机的疏水管道是保证发电机正常运转的重要组成部分。然而，由于疏水管道长时间运行，管道内积存的水垢等污物会导致管道出现老化、破裂等问题，严重时会引发发电机事故。为了解决该问题，文章利用物联网技术开发了发电机疏水管道测温系统。通过在发电机疏水管道上安装温度传感器，实时监测管道温度变化，并通过物联网技术实现远程监控，及时发现问题并进行维修，提高发电机的运行效率和安全性[2]。

机组蓄电池是保障电力系统正常运行的重要设备之一。然而，由于蓄电池的老化、损坏等，电压监测不精确，会影响电力系统的运行。通过在机组蓄电池上安装电压传感器，实时监测蓄电池电压变化，并通过物联网技术将数据传输至云端，实现远程监控。同时，在数据中心中，可以通过数据分析和算法优化预测蓄电池的寿命，提前预警电压异常，降低蓄电池的损坏程度和更换频率，提高电力系统的运行效率和可靠性。

3 系统整体构架

系统整体构架由硬件设备、软件系统2 部分组成。

3.1 硬件设备

硬件设备包括传感器、控制器、通信模块以及云服务器等。传感器用于采集环境数据。控制器用于控制硬件设备的运行和数据处理。通信模块主要与云端进行数据传输。局域网MQTT 云服务器用于实现数据的采集、传输、存储、处理以及交互等功能。

原煤仓通过配置ATE100M 磁吸式无线测温传感器、ATC600 无线测温收发器采集数据。其中，ATE100M 磁吸式无线测温传感器可用于户内开关柜，包括中置柜、手车柜、固定柜以及环网柜等多种开关柜，也可用于其他任何发热点上，并利用LoRa 无线数据传输技术将温度数据实时发送至接收器，环境空旷时其传输距离为0 ～150 m，在开关柜内其传输距离为0 ～10 m，温度测量范围为-40 ～+125 ℃。输水管道通过配置K 型热电偶合无线温度探头、ZigBee无线测温收发器采集温度数据。其中，K 型热电偶合无线温度探头采用螺孔固定，可用于高温设备、管道测温，环境空旷时其传输距离为0 ～300 m，温度测量范围为0 ～600 ℃。蓄电池数据通过连接直流系统数据集中器直接读取。原煤仓、输水管道以及蓄电池的数据通过USR-G771 物联网模块连接云服务器进行交互[3]。

云服务器采用私有化方式部署公司局域网隔离区（Demilitarized Zone，DMZ），在该云服务器中运行核心服务程序，以提供私有化的云计算服务。该云服务器具有如下特点：一是可以控制访问和管理权限，提高数据的安全性和可控性；二是可按实际需要进行定制和配置，满足不同的业务需求和应用场景；三是可以根据业务需求进行扩展和升级，提高系统的可扩展性和灵活性；四是相对于公有化部署云服务器，私有化部署可以更好地控制成本和资源使用，降低企业或组织的运营成本。硬件网络架构如图1 所示。

图1 硬件网络架构

3.2 软件系统

软件系统包括数据采集驱动软件、数据分析处理软件、MQTT 服务软件以及可视化平台等。数据采集软件用于采集控制传感器的数据；数据分析处理软件用于对数据进行分析和处理；MQTT 服务器用于存储、处理以及分析采集到的数据，还可以设置订阅规则和订阅主题，建立设备端或者传感器端与MQTT 服务器之间的订阅关系；数据可视化平台将处理后的数据以图表、地图等形式展示出来，方便用户直观地了解数据变化趋势。此外，还可以使用数据可视化工具，如Tableau、Power BI 等，也可以根据实际需求在安全仪表系统（Safety Instrumented System，SIS）、微信小程序端自行开发数据可视化软件。软件系统结构如图2 所示。

图2 软件系统结构

最后，搭建无线数据采集平台。集成设计好的硬件设备和软件系统，并与MQTT 服务器和数据可视化平台连接，从而建立无线数据采集平台。在使用该平台的过程中，设备端或者传感器端通过2.4 GHz 通信技术、LoRa通信技术将采集到的数据传输到控制器，控制器再将数据传输到MQTT 服务器和数据可视化平台。在数据可视化平台上处理和分析采集到的数据，生成相应的报表和图表，为用户提供数据分析和决策支持。同时，可以将数据应用于其他方面，如设备管理、环境监测以及能源管理等[4]。

4 物联网无线数据采集的研究思路和展望

传感器网络技术具有传输距离远、传输功耗低以及传输稳定等优点，在无线数据采集中具有广泛的应用前景。未来，研究可以聚焦于传感器网络技术的优化和创新，如研究更为高效、稳定的传感器网络节点设计和通信协议，提高传感器网络的性能和可靠性。

数据可视化技术能够加深用户对数据的理解。未来，研究可以聚焦于数据可视化技术的创新和应用，如研究如何利用虚拟现实技术、增强现实技术等，实现对物联网数据的三维展示和交互。

物联网无线数据采集技术在各个领域都有广泛的应用场景。未来，研究可以聚焦于应用场景的创新和拓展。例如，研究如何将物联网无线数据采集技术应用到医疗健康、农业生产等领域，提高人们的生产效率和生活质量。另外，物联网无线数据采集中，数据的安全性和隐私保护是一个重要的问题。未来，研究可以聚焦于物联网无线数据采集中的安全保障技术，如研究如何利用加密技术、认证技术等，保障数据的安全和隐私[5]。

5 结 论

物联网无线数据采集技术是物联网技术中的一个重要领域，可以实现对环境数据、生产数据以及交通数据等多种数据的实时采集和处理。在无线数据采集技术中，传感器技术、2.4 GHz 通信技术、LoRa 通信技术等的应用，提高了数据采集的实时性和可靠性。物联网无线数据采集技术的应用场景广泛，包括工业制造、环境监测、能源管理以及物流管理等领域。未来，研究可以聚焦于传感器网络技术、人工智能技术、数据可视化技术、安全保障技术以及应用场景创新等方面，推动物联网无线数据采集技术的发展和应用。随着物联网技术的不断发展和应用，物联网无线数据采集技术也将继续发展和完善，为社会经济的发展和人们生活质量的改善带来更多的机遇。