一种智能取样架的制作方法

本发明涉及火力发电系统对蒸汽和水进行集中连续取样监测领域，尤其是一种智能取样架。

背景技术：

传统水汽取样架用于火电厂热力系统，核电厂二回路系统等对水汽品质进行在线化学分析、测量、监控。水汽取样架分低温部分和高温部分，低温部分集中布置各类分析仪表并可人工取样。对进入仪表的样水进行减温减压和断流保护，而且设置冷却水断流保护系统，保证仪表安全可靠运行。

锅炉及热力系统中的水大都以气态形式存在，并且温度和压力都很高，需要在取样架中减温减压，汽水取样架高温部分主要是对电厂内汽水样品的进行冷却，达到适合仪表监测所需条件。一般要求保证流量在500-1000ml/min时，样品能冷取到20-30度。

如图1所示，传统取样架一般由下列部件组成：1一次进样阀、2二次进样阀、3冷凝器、4排污阀、5中压阀、6安全阀、7手工取样阀、8冷却水球阀、9闭式除盐水系统、10手动样品电动样品减压阀、11样品样品电磁阀、12样品样品过滤器、13样品样品恒温装置。

传统的汽水取样架使用时，由于锅炉系统的工况等原因，长期需要人工维护，在发生故障时，各个段位的温度以及液体流量无法进行智能化监控，故障诊断和维护都需要大量的人力物力。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种智能取样架。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能取样架，包括取样管路，取样管路上带有一次进样阀，二次进样阀，冷凝器，排污阀，中压阀，安全阀，手工取样阀，电动样品减压阀，样品电磁阀，样品过滤器，样品恒温装置，冷凝器的首尾端连接闭式除盐水系统，闭式除盐水系统上设有冷却水球阀，在高温架以及低温架的管路上增设数字传感器，在高温架增加电气柜，在低温架增加系统主机；数字传感器采集信号，通过数据总线传输至系统主机。

进一步，在高温架入口，增加样水进口温度传感器，耐温范围最高到达600℃，能够输出电信号。

进一步，在排污出口处排污阀之前安装排污出口温度传感器，耐温范围最高到达300℃，能够输出电信号。

进一步，冷凝器包括相互连接的一次冷凝器和二次冷凝器，闭式除盐水系统的一端连接一次冷凝器，另一端连接二次冷凝器，在二次冷凝器的入口增加二次样水温度传感器，耐温范围最高到达300℃，能够输出电信号。

进一步，所述二次冷凝器的出口增加高温架样水出口温度传感器，耐温范围最高到达100℃，能够输出电信号。

进一步，所述闭式除盐水系统的入口增加冷却水出口温度传感器，闭式除盐水系统的出口增加冷却水进口温度传感器，能够输出电信号。

进一步，所述安全阀所在的管路上安装安全阀弹出信号传感器，电动样品减压阀的前端安装低温架进口温度传感器，手工取样阀的前端安装手工取样口样品流量计，样品电磁阀上安装样品电磁阀工作信号传感器，在样品过滤器前端和后端分别增加样品过滤器入口压力传感器、样品过滤器出口压力传感器，样品恒温装置的出口增加恒温器出口温度传感器和仪表样品流量计，所述一次冷凝器和二次冷凝器之间的管路上设有冷却水二次冷却入口温度传感器。

进一步，所述安全阀的弹出能够输出开关量信号，样品电磁阀能够输出开关量信号。

进一步，电气柜安装于高温架侧面，系统主机镶嵌在低温架中；数字传感器的数据实时传输至系统主机，系统主机之前安装无线网关，无线网关配置wifi模块，手机通过访问网关获得取样装置的运行数据；

数字传感器是在传统传感器中集成cpu、ad、存储器、通讯模块，通过数据总线上传数字信号的智能传感器，智能取样架的温度、压力、流量、开关量、电动样品减压阀定位均通过数字化传感器来监测实时数据。

进一步，系统主机采集并存储数字传感器和智能分析仪表上传的数据，进行综合分析和诊断，根据预定的模型和逻辑控制智能电动高压电动样品减压阀和相关样品电磁阀，实现自学习、自诊断、自适应、以及部件生命周期管理；系统主机包含如下三个分析系统：

a.智能水汽取样分析系统，实现样水降温降压的过程监控，可视化管理，专家诊断系统，状态分析，数据管理等；

b.取样架专家诊断系统：通过智能传感器和智能仪表给出的过程数据，通过调整智能高压电动样品减压阀的开度，结合历史记录大数据，对智能取样架系统进行故障诊断，状态行为分析，生命周期管理；通过样品的温度压力流量参数，进行合理的逻辑判断，通过之前的历史数据，进行数据分析和判断，通过以往出现过的问题的数据进行经验判断，实现对取样架的样品前处理系统，进行故障诊断和判断，以及对出现的异常数据进行评估，来预测可能发生的故障的位置和大致的时间；人工智能判断，按照故障出现的频率，共分为14个判断逻辑；

c.锅炉系统水汽指标的专家诊断系统：通过智能仪表给出的锅炉水汽系统的过程数据，结合历史记录大数据，对锅炉水汽系统进行故障诊断，状态行为分析，传感器生命周期管理，故障预测；通过对样品的ph、电导率、溶解氧、钠离子、硅酸根、磷酸根等物理指标的相关性，来综合判断整个锅炉水汽系统的运行状态和工况，通过之前的历史数据，进行数据分析和判断，通过以往出现过的问题的数据进行经验判断，实现对锅炉水汽系统故障诊断和判断，以及对出现的异常数据进行评估，来预测可能发生的故障的位置和大致的时间。

本发明的有益效果为：该智能取样架结构上继承了传统汽水取样架的技术特点，但在关键节点上，安装了很多数字传感器，比如温度、压力、流量等，用数字传感器监测各个节点数据，精准、高效地实现设备工作状态的监测。同时对样品水的电动样品减压阀采用可编码定位的电动样品减压阀，实现减压程度的量化及可连续可调、可控。

智能取样架实现电厂智能化和人性化管理，打造了工业物联网与智能应用体系。智能取样架是电厂锅炉水质智能监控远程管理系统的有效解决方案，作为在电厂设备监控领域在工业物联网领域的应用，将仪表工作状态和取样架工作状态监控和云计算联系起来，开发了智能故障诊断系统，实现了远程监控和智能控制。在火电行业，围绕智能仪表和智能传感器的应用，以提取运行数据并进行多维度的数据分析为手段，根据分析结果展开工业应用，对设备可靠性、系统运营效率、工艺质量进行优化，判断何时对设备进行调整、维修或备件替换，这是保证生产高效运转的关键，进而提高产能、质量和降低运行成本。通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。对实现无人值守、远程维护、建立智慧电厂有重要意义。

智能取样架首次提出并实现基于大数据的实时状态模式分析与智能化监控的融合，引入了适用的数字传感器，包括不同形式的温度传感器、压力传感器、数字流量计、流量开关、数字电导率、数字ph、数字溶解氧等，这些传感器和智能仪表将汽水取样架的运行数据集成于上位机，透过大数据分析，可以根据需求以更好地服务客户。

智能取样架在传统数据采集和应用的基础上，对历史运行数据进行了深度分析和挖掘，实现设备故障自诊断，设备运行健康状态评价，数据自助统计分析，自动生成取样架运行状态报告，在取样架工作过程中，工作人员能够预先发现设备存在的问题，进行及时有效的维护，针对已经发生故障的设备，智能取样架能够识别故障发生原因并给出如何维护的专业化方案。数据自助分析系统中，通过简单的光标选择，即可对数据流进行提取、分析和统计，结合形象的可视化显示实现智能取样架固定周期内的运行情况一目了然，极大的方便了管理人员进行业绩评价。此外智能取样架支持局域网的网络通讯，手机可以通过应用连接至智能取样架，实现远程管理和监控取样架的运行情况。

附图说明

图1为传统取样架的示意图；

图2为本发明数字传感器在取样架上的安装位置示意图；

图3为本发明取样架专家诊断系统的示意图；

图4a为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系一图；

图4b为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系二图；

图4c为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系三图；

图4d为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系四图；

图4e为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系五图；

图4f为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系六图；

图4g为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系七图；

图4h为智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系八图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种智能取样架，包括取样管路，取样管路上带有一次进样阀1，二次进样阀2，冷凝器3，排污阀4，中压阀5，安全阀6，手工取样阀7，闭式除盐水系统9，电动样品减压阀10，样品电磁阀11，样品过滤器12，样品恒温装置13，闭式除盐水系统9上带有冷却水球阀8，冷凝器3包括相互连接的一次冷凝器a和二次冷凝器b，闭式除盐水系统9的一端连接一次冷凝器a，另一端连接二次冷凝器b，作为本发明的改进，在高温架以及低温架的管路上增设数字传感器，在高温架增加电气柜，在低温架增加系统主机；数字传感器采集信号，通过总线传输至系统主机。

具体为，如图2所示，在高温架入口，增加样水进口温度传感器，耐温范围最高到达600℃，能够输出电信号，也可以安装于一次进样阀1之前或者之后，安装于二次进样阀2之后的位置1a处为优选方案。

进一步，在排污出口处排污阀4之前的位置3a处安装排污出口温度传感器，耐温范围最高到达300℃，能够输出电信号。在二次冷凝器b的入口2a处增加二次样水温度传感器，耐温范围最高到达300℃，能够输出电信号。

在二次冷凝器b的出口4a处增加高温架样水出口温度传感器，耐温范围最高到达100℃，能够输出电信号。

同时，在闭式除盐水系统9的入口7a处增加冷却水出口温度传感器，闭式除盐水系统的出口8a处增加冷却水进口温度传感器，能够输出电信号。

进一步，电动样品减压阀的前端安装9a处安装低温架进口温度传感器，能够输出电信号；安全阀6所在的管路5a上安装安全阀弹出信号传感器,样品电磁阀11的管路10a处安装电磁阀工作信号传感器，在样品过滤器前端11a和后端12a处增加过滤器入口压力传感器和过滤器出口压力传感器，能够输出电信号；手工取样阀所在的手工取样管路6a上增加手工取样口样品流量计，能够输出电信号；样品恒温装置13的出口13a处和14a处增加恒温器出口温度传感器和仪表样品流量计，能够输出电信号；各个仪表流路上均增加数字流量计。一次冷凝器a和二次冷凝器b之间的管路15a上设有冷却水二次冷却入口温度传感器。

另外，安全阀6的弹出能够输出开关量信号，一种方案为定制一种能够输出开关量信号的安全阀，另一种优选方案为在安全阀的管路5a上增加安全阀弹出信号传感器，能够反应安全阀的开关状态。

其中，安全阀6的弹出能够输出开关量信号，样品电磁阀11能够输出开关量信号。

电气柜安装于高温架侧面，系统主机镶嵌在低温架中；数字传感器的数据实时传输至系统主机，系统主机之前安装无线网关，无线网关配置wifi模块，手机通过访问网关获得取样装置的运行数据；

以上各个数字传感器是在传统传感器中集成cpu、ad、存储器、通讯模块，通过数据总线上传数字信号的智能传感器，智能取样架的温度、压力、流量、开关量、电动样品减压阀定位均通过数字化传感器来监测实时数据。

本发明中，安装有编码器定位的电动减压阀，实现对减压阀的智能控制，保证汽水分析样水流量的稳定性，以及故障诊断的需求；安装有控制水路走向的电磁阀。

智能仪表及工业现场总线：取样架中还安装了ph、电导率、溶解氧、钠离子、硅酸根、磷酸根等智能化学仪表，具有自校准、自学习、自诊断、自适应等能力。包括样品的温度、压力、流量数据，以及智能ph、电导率、溶解个氧、钠离子、硅酸根、磷酸根等测量数据，以及仪表的工作状态，关键节点数据源，置信度等。

工业现场总线：智能传感器和智能分析仪表的数据，都通过工业现场总线传送到系统主机中，并记录分析。

进一步，如图3所示，系统主机采集并存储数字传感器和智能分析仪表上传的数据，进行综合分析和诊断，根据预定的模型和逻辑控制智能电动高压电动样品减压阀和相关样品电磁阀，实现自学习、自诊断、自适应、以及部件生命周期管理；系统主机包含如下三个分析系统：

a.智能水汽取样分析系统，实现样水降温降压的过程监控，可视化管理，专家诊断系统，状态分析，数据管理等；

b.取样架专家诊断系统：通过智能传感器和智能仪表给出的过程数据，通过调整智能高压电动样品减压阀的开度，结合历史记录大数据，对智能取样架系统进行故障诊断，状态行为分析，生命周期管理；通过样品的温度压力流量参数，进行合理的逻辑判断，通过之前的历史数据，进行数据分析和判断，通过以往出现过的问题的数据进行经验判断，实现对取样架的样品前处理系统，进行故障诊断和判断，以及对出现的异常数据进行评估，来预测可能发生的故障的位置和大致的时间；人工智能判断，按照故障出现的频率，共分为14个判断逻辑；

c.锅炉系统水汽指标的专家诊断系统：通过智能仪表给出的锅炉水汽系统的过程数据，结合历史记录大数据，对锅炉水汽系统进行故障诊断，状态行为分析，传感器生命周期管理，故障预测；通过对样品的ph、电导率、溶解氧、钠离子、硅酸根、磷酸根等物理指标的相关性，来综合判断整个锅炉水汽系统的运行状态和工况，通过之前的历史数据，进行数据分析和判断，通过以往出现过的问题的数据进行经验判断，实现对锅炉水汽系统故障诊断和判断，以及对出现的异常数据进行评估，来预测可能发生的故障的位置和大致的时间。

使用了人工智能技术：人工智能本身，是依托于现场经验、测量数据、环境变化等多方面的大数据的集成与统计分析。让智能取样架拥有自感知、自诊断、自适应、自学习、自校准的能力，形成智能取样架和行业专家共同搭建的人机一体化智能系统，是未来取样架的发展趋势。综合分析传感器测量的各种数据，结合现象和经验，找寻取样架出现的问题以及用户需求的相关性，通过数据的数学模型来体现出来。通过智能程序的处理，使取样架具备自诊断、自学习、自适应、自补偿的能力。实现自学习、自校准、自诊断等功能，通过大量现场仪器运行数据，完善人工智能的数学模型。实现数据智能判断和识别，故障智能判断，工作状态智能判读，漂移量智能判断并给出补偿模型，实现自学习的目的，并进行补偿，减小漂移。

如图4a-图4h所示，本发明智能取样架故障判断的人工智能逻辑关系具体如下：

1.高温架冷却水报警逻辑，就代表整个降温系统不能正常运行，要提示客户高温架不能正常使用，要提示客户赶紧处理要么影响高温架无法使用，这里要分三阶段，第一个阶段设备还可以运行，马上就要影响高温架正常运行，压力低于2公斤高于1.5公斤流量低于15％高于20％时。这时候要根据炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽的冷却器出口温度此时的温度比正常时的温度要高，高出高温架冷却水入口温度加上5度以上，就是高温架冷却水流量不够要及时处理要不要有影响高温架降温。第二点是冷却水压力低于1.5公斤流量低于20％时，样水温度严重超温，这时通知他高温架已无法正常运行。第三种就是压力正常流量低于20％时或者流量正常压力低于1.5公斤，样水温度正常(不超过冷却水温度加上5°)通知维护人员检查仪表；

2.单路高温架样水冷却器进出口温度相差超过5°，就说明冷却器有问题，第一点就是冷却器流量不够检查阀门，通知维修人员检查阀门或，第二是样水流量超过2500mg/n，通过样水总流量来判断通知维护人员调整流量，第三就是样水冷却管路内漏，这时冷却器内有异响声通知维修人员维修。

3.高温架样水无流量或流量过低第一通知维修人员检修是否停机，第二如不是停机通知维修人员调整减压阀调到正常范围内。

4.高温架的样水温度过高，样水出口温度超过冷却水温度+5度就是就是冷却系统有问题，第一是冷却器流量不够，通知维修人员检查冷却器进出口阀门是否关闭或半开，第二就是冷却器结垢，冷却器冷却水进出口温度正常，就是冷却器样水管结垢，通知维修人员更换冷却器，第三就是样水流量超过2500mg/n，样水总流量计报警，通知维修人员调整减压阀到正常范围内。

5.高温架排污管出口温度。第一排污管温度超过60°就是设备在做排污，大约半个小时温度没有降到60°一下，通知维修人员检查排污阀没有关严，第二温度一直在超过60°以上就排污阀内漏通知维修人员更换排污阀门。

6.高温架安全阀开启信号，第一检查样水压力，压力超标已经报警(不能大于1map)，告诉维修人员调整压力。第二压力正常那就是安全阀动作之后没有恢复，告诉维修人员需要维修，把安全阀拆开清洗后重新安装，如有配件损坏就更换新的配件。

7.高温架减压阀出口温度高，第一冷却水流量不够、冷却阀门没有开或者冷却水管堵塞冷却盘管结垢，通知维修人员检查冷却水。第二排污阀内漏，样水流量过大，通知维修人员检查排污阀和安全阀有无泄漏。第三调整减压阀使样水压力都恢复到正常。

8.减压阀入口压力，第一压力不够冷却器冷却水出口温度过高，是冷却器内漏，通知维修人员检查冷却器。第二压力不够是样水管堵塞或是停炉，通知维修人员打开排污阀能感觉到排污有水样时，排污管道出口温度很高就是高温架样水管路堵塞，把一次阀关闭，打开减压阀进口，打开一次阀门少开进行冲洗，在把减压阀冲洗干净，恢复原样调整好压力。如排污没有样水流出就是锅炉停机。

9.仪表屏样水温度过高温度接近45°时，要根据样水总流量超标不，冷却水温度报警吧(冷却水温度超过40°)，冷却水流量报警不，排污阀内漏报警不，安全阀内漏报警不，冷却器内漏报警等根据以上数据分析样水温度过高的原因。通知维修人员进行维护

10.仪表屏样水的压力报警(样水压力超过0.25map)，要检查仪表的流量或手工取样的流量是否低报，仪表流量和手工取样要控制在仪表所需的范围内(见表1)，如果他们的流量都正常就是减压阀调整过大需要调整减压阀。通知维护人员根据报警的提示进行维护。

11.仪表屏手工取样流量和仪表的流量之和要控制在500-2000ml/min范围内，如果超出这个范围要提示一个报警，通知维护人员进行调整维护。

12.仪表屏仪表样水的流量，电导表，溶解氧表，ph表等仪表流量要控制在150-300ml/min。磷表，硅表，钠表，硬度等仪表流量要控制在300-500ml/min，每一块仪表都有设置流量上下线报警，通知维护人员及时调整流量保证仪表的正常和稳定运行。

13.仪表屏仪表样水恒温装置的温度应控制在25℃±1℃，仪表样水温度控制在25℃±1.5℃，恒温样水入口的温度40℃-18℃，流量控制在＜1500ml/min，如果超出这几点范围就报警，通知维护人员进行维护，温度过高或过低都是恒温装置没有运行或有故障。

14.仪表屏仪表样水的压力够，仪表的样水流量不足，就是样水过滤器堵塞，通知维护人员需要清洗或更换滤芯。

该智能取样架结构上继承了传统汽水取样架的技术特点，但在关键节点上，安装了很多数字传感器，比如温度、压力、流量等，用数字传感器监测各个节点数据，精准、高效地实现设备工作状态的监测。同时对样品水的电动样品减压阀采用可编码定位的电动样品减压阀，实现减压程度的量化及可连续可调、可控。

智能取样架实现电厂智能化和人性化管理，打造了工业物联网与智能应用体系。智能取样架是电厂锅炉水质智能监控远程管理系统的有效解决方案，作为在电厂设备监控领域在工业物联网领域的应用，将仪表工作状态和取样架工作状态监控和云计算联系起来，开发了智能故障诊断系统，实现了远程监控和智能控制。在火电行业，围绕智能仪表和智能传感器的应用，以提取运行数据并进行多维度的数据分析为手段，根据分析结果展开工业应用，对设备可靠性、系统运营效率、工艺质量进行优化，判断何时对设备进行调整、维修或备件替换，这是保证生产高效运转的关键，进而提高产能、质量和降低运行成本。通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。对实现无人值守、远程维护、建立智慧电厂有重要意义。

智能取样架首次提出并实现基于大数据的实时状态模式分析与智能化监控的融合，引入了适用的数字传感器，包括不同形式的温度传感器、压力传感器、数字流量计、流量开关、数字电导率、数字ph、数字溶解氧等，这些传感器和智能仪表将汽水取样架的运行数据集成于上位机，透过大数据分析，可以根据需求以更好地服务客户。

智能取样架在传统数据采集和应用的基础上，对历史运行数据进行了深度分析和挖掘，实现设备故障自诊断，设备运行健康状态评价，数据自助统计分析，自动生成取样架运行状态报告，在取样架工作过程中，工作人员能够预先发现设备存在的问题，进行及时有效的维护，针对已经发生故障的设备，智能取样架能够识别故障发生原因并给出如何维护的专业化方案。数据自助分析系统中，通过简单的光标选择，即可对数据流进行提取、分析和统计，结合形象的可视化显示实现智能取样架固定周期内的运行情况一目了然，极大的方便了管理人员进行业绩评价。此外智能取样架支持局域网的网络通讯，手机可以通过应用连接至智能取样架，实现远程管理和监控取样架的运行情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。