新聞主題	智能型柴油發(fā)電機組遠程監控系統

 

摘要：云計算是繼PC、互聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)發(fā)展的最新趨勢。以云計算為重要支撐的云服務(wù)正為柴油發(fā)電機用戶(hù)帶來(lái)更加簡(jiǎn)單方便的信息應用方式。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端和數量的加速增長(cháng)，伴隨而來(lái)的是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上的云服務(wù)需求日益凸現，而移動(dòng)寬帶覆蓋和網(wǎng)絡(luò )云服務(wù)的在柴油發(fā)電機功能上實(shí)現成為可能。所謂云計算，是柴油發(fā)電機供電系統分布式處理、并行處理、網(wǎng)格計算、網(wǎng)格存儲及大數據中心的進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)實(shí)現，基本原理是將數據計算分布在互聯(lián)網(wǎng)的大規模服務(wù)器上，而非本地計算機或遠程服務(wù)器中，數據中心的運行與互聯(lián)網(wǎng)相似，用戶(hù)根據需求訪(fǎng)問(wèn)計算機和存儲系統。

 

一、柴發(fā)自動(dòng)化裝置的優(yōu)點(diǎn)

 

      云服務(wù)具備可靠和安全的云端數據存儲；開(kāi)放的云端軟件開(kāi)發(fā)和大量軟件服務(wù)；云端與終端設備的自動(dòng)同步，不必下載軟件，軟件可以動(dòng)態(tài)升級；無(wú)所不在、無(wú)限強大的云計算，基于云端的大規模服務(wù)器集群物理位置與用戶(hù)無(wú)關(guān)，用戶(hù)只需通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄即用，十分方便，服務(wù)器集群相互協(xié)作，計算能力將遠超過(guò)任何個(gè)人計算機；終端硬件配置需求降低。只要終端通過(guò)瀏覽器軟件打開(kāi)云端網(wǎng)站，就可使用云端提供的服務(wù)。

1、移動(dòng)云服務(wù)的特點(diǎn)

      移動(dòng)云服務(wù)是通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)將服務(wù)從云端推送到終端的一種云服務(wù)。而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是將移動(dòng)通信設備和傳統互聯(lián)網(wǎng)兩者結合起來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，因移動(dòng)終端與傳統互聯(lián)網(wǎng)終端的差異性，使得移動(dòng)云服務(wù)具備了一些新特點(diǎn)。

（1）永遠在線(xiàn)的便捷服務(wù)

      移動(dòng)云服務(wù)終端設備一般較為輕便，具有高便攜性，其以遠高于傳統互聯(lián)網(wǎng)終端的使用時(shí)間與用戶(hù)體感直接接觸。這個(gè)特點(diǎn)決定了移動(dòng)云服務(wù)可以實(shí)現24h的貼身服務(wù)，并且移動(dòng)云服務(wù)的獲取遠比傳統云服務(wù)方便。

（2）綁定移動(dòng)終端的隱私性

      移動(dòng)云服務(wù)中終端用戶(hù)的隱私性要求遠高于傳統云服務(wù)用戶(hù)，其決定了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數據共享時(shí)既要保障認證客戶(hù)的有效性，又要保證信息的安全性。這是不同于傳統互聯(lián)網(wǎng)公開(kāi)透明的特點(diǎn)。

（3）能實(shí)現傳統云服務(wù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的擴展應用

      通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，移動(dòng)終端可以訪(fǎng)問(wèn)傳統互聯(lián)網(wǎng)信息，這就決定了傳統云服務(wù)可擴展到移動(dòng)云服務(wù)中。

2、五遙自動(dòng)化系統

      “五遙”是柴油發(fā)電機組自動(dòng)化遙測、遙信、遙控、遙調和遙視的簡(jiǎn)稱(chēng)。云監控通信模塊是一種4G版本數據通信采集模塊，主要功能是采用無(wú)線(xiàn)方式將柴油發(fā)電機組控制器連入互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)需敷設專(zhuān)用通信線(xiàn)路。有4G網(wǎng)絡(luò )的地方，均可通過(guò)手機App和電腦PC端遠程實(shí)時(shí)監控發(fā)電機網(wǎng)，實(shí)現遠程控制發(fā)電機組、遠程數據監控、遠程故障診斷、發(fā)電機組位置GPS實(shí)時(shí)定位以及保養維護管理等功能。模塊登錄云服務(wù)器后，云服務(wù)器將傳送相應的柴油發(fā)電機組控制器通信協(xié)議到模塊。云監控模塊可通過(guò)RS485接口連接到發(fā)電機組進(jìn)行數據讀取和寫(xiě)入操作。五遙自動(dòng)化系統具有諸多特點(diǎn)：

（1）可通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與云服務(wù)器連接，一個(gè)云監控模塊監控一臺柴油發(fā)電機組。

（2）具備和多種發(fā)電機組控制模塊進(jìn)行通信的接口，如RS485和USB（Host），可監控國際一流品牌的大多數柴油發(fā)電機組控制模塊。

（3）安全可靠。DTU模塊采用加密的網(wǎng)絡(luò )數據通信協(xié)議定時(shí)上傳發(fā)電機組數據，當網(wǎng)絡(luò )不穩定時(shí)可自動(dòng)重連，保證數據傳輸不丟包。

（4）費用低廉。采用專(zhuān)業(yè)壓縮算法，流量消耗比傳統JSON格式數據減少70%以上，大大減少了網(wǎng)絡(luò )流量。

（5）方便易用。系統采用阿里云服務(wù)器，系統軟件安裝在服務(wù)器上，無(wú)需單獨安裝控制軟件，能上網(wǎng)的電腦均可使用，而手機或平板電腦通過(guò)安裝APP應用程序即可使用。

（6）友好的人機界面。通過(guò)設備列表可實(shí)時(shí)了解所有發(fā)電機組的運行狀態(tài)。第八，通過(guò)視頻監控讓現場(chǎng)發(fā)電機組如同近在咫尺。

（7）采用原裝進(jìn)口A(yíng)RM32位單片機，具有處理速度快、系統集成度高以及擴展能力強的特點(diǎn)。

（8）模塊具有GPS定位和基站定位功能，可獲取發(fā)電機組的位置信息，實(shí)現發(fā)電機組實(shí)時(shí)定位，圖5為系統的電子地圖界面。

（9）優(yōu)秀的擴展功能。不僅可根據用戶(hù)需要接入環(huán)境監測模塊和門(mén)禁模塊等，還可以擴展檢測環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、一氧化碳濃度以及門(mén)禁狀態(tài)等。

（10）黑匣子功能?？赏ㄟ^(guò)發(fā)電機組故障發(fā)生時(shí)的歷史曲線(xiàn)圖查詢(xún)數據明細，為維護人員判斷故障提供依據，以便準確定位分析故障原因，為檢修做好準備，節省維護時(shí)間。

（11）維修保養管理功能?？蓪⒚看尉S修保養情況錄入系統，并可查詢(xún)指定時(shí)間段的維修保養記錄，方便客戶(hù)管理維護保養成本。

（12）運行統計功能?？赏ㄟ^(guò)本系統查詢(xún)指定時(shí)間段發(fā)電機組運行數據，如開(kāi)機時(shí)間、停機時(shí)間、負載功率、電壓以及電流等數據，并可導出EXCEL報表。

 

二、柴發(fā)自動(dòng)化裝置的組成

 

      云服務(wù)是指采用云計算技術(shù)的大規模服務(wù)器集群（云端）為用戶(hù)提供不必下載、不必安裝、上網(wǎng)即用、操作方便、功能豐富、價(jià)格低廉的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。在云計算時(shí)代，在云端有專(zhuān)業(yè)人員對數據、平臺、軟件進(jìn)行維護，而用戶(hù)只需在瀏覽器中鍵入應用的網(wǎng)址，登錄后即可在瀏覽器中做以前在個(gè)人電腦上所做的一切事情。

      移動(dòng)云服務(wù)的柴油發(fā)電機組遠程監控系統組成如圖1所示。系統由柴油發(fā)電機組、柴油發(fā)電機組狀態(tài)監測各類(lèi)傳感器、柴油發(fā)電機組控制器、嵌入式系統為基礎的數據采集終端、GPRS無(wú)線(xiàn)數傳模塊、天線(xiàn)模塊、服務(wù)器、監控系統平臺等組成。一是實(shí)現遠程后臺與現場(chǎng)系統間的通信和數據交互，進(jìn)而完成基本的遠程測控功能；二是建立易于隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)、便于數據處理、服務(wù)業(yè)務(wù)拓展的后臺服務(wù)系統，以及建立或選擇相適應的運行環(huán)境平臺。

      采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式接入互聯(lián)網(wǎng)，可以遠程實(shí)時(shí)監控柴油發(fā)電機組：可以對發(fā)電機相（線(xiàn)）電壓、電流、頻率、轉速、功率、溫度、壓力等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。對過(guò)速、油壓低、水溫高、過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)頻、欠頻、過(guò)電流、短路、啟動(dòng)等故障能實(shí)時(shí)報警?？赏ㄟ^(guò)對柴油發(fā)電機組輸出電壓及頻率與設定值的比較進(jìn)行自動(dòng)調節，能自動(dòng)維持柴油發(fā)電機組的準啟動(dòng)狀態(tài)，能實(shí)現柴油發(fā)電機組的急起、自起，能實(shí)現柴油發(fā)電機組與市電的自動(dòng)切換、柴油發(fā)電機組運行狀況、燃油狀況、市電狀況等，發(fā)送短信通知相關(guān)維護人員，實(shí)現了柴油發(fā)電機組的全方位維護保養管理和發(fā)電量管理。特別是在日常維護管理中，監控人員根據手機收到的實(shí)時(shí)監控的故障或告警信息（機油壓力、水箱溫度、燃油量、發(fā)電電壓）及時(shí)匯報并處理，保障柴油發(fā)電機組始終處于良好的運行狀態(tài)。

     引入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的交互式訪(fǎng)問(wèn)模式利用移動(dòng)終端接入的便捷性，可以讓系統在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)獲取監控信息和系統服務(wù)。手機作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的接入終端，在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )覆蓋的區域，可以便捷地接入系統進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，采用Web訪(fǎng)問(wèn)形式，手機通過(guò)Web方式獲取云端服務(wù)只需手機端有合適EB瀏覽器即可，云端的交互通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式被手機獲取，利用瀏覽器的輸入框、按鈕等控件，用戶(hù)完成與服務(wù)器的交互過(guò)程。另外，Web訪(fǎng)問(wèn)形式對系統的擴展約束較小，當服務(wù)器端添加新的功能、增加新的業(yè)務(wù)邏輯時(shí)，整個(gè)系統只需要在服務(wù)器端增加相應的Web頁(yè)面即可，而不需要手機端進(jìn)行復雜的更新操作，當用戶(hù)再次通過(guò)手機瀏覽器接入系統時(shí)即可訪(fǎng)問(wèn)更新后的系統服務(wù)。

 

圖1 柴油發(fā)電機組遠程監控系統原理示意圖

圖2  柴油發(fā)電機組云監控通信模塊

 

三、 通信與數據交互

 

1、核心功能

      核心功能為數據的上傳與下聯(lián)，以及不同通信方式間的協(xié)議轉換。具體功能和任務(wù)包括：

（1）下聯(lián)功能。

      兼容多種柴油發(fā)電機組現場(chǎng)總線(xiàn)或點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，實(shí)時(shí)獲取現場(chǎng)被監控對象的運行數據及操作記錄的功能，實(shí)時(shí)下發(fā)遠程控制與操作命令的功能。

（2）上傳功能。

      采用適于柴油發(fā)電機組遠程后臺系統連接的多種廣域通信方式，實(shí)現現場(chǎng)數據的數據包轉發(fā)、協(xié)議轉換以及網(wǎng)絡(luò )互連等功能。

（3）適當的數據管理功能與控制邏輯功能。

      如柴油發(fā)電機組控制操作的安全處理邏輯、普通數據與報警數據的分級轉發(fā)管理、報警數據的過(guò)濾規則等。

（4）友好性拓展功能。

      如柴油發(fā)電機組任務(wù)提醒、告警提示的信道拓展，現場(chǎng)管理系統的網(wǎng)絡(luò )互連等。

2、系統的監控

      系統的監控對象，一般包括柴油發(fā)電機組及其智能管理模塊、機房環(huán)境及配套設備。其主要的監控參數包括：

（1）對于柴油發(fā)電機組機房環(huán)境。

      柴油發(fā)電機組運行環(huán)境溫濕度及其報警設置與輸出，柴油發(fā)電機組運行環(huán)境的煙感、門(mén)禁和水淹等數據。

（2）對于柴油發(fā)電機組及其智能管理模塊。

      （通過(guò)智能管理模塊獲得的）柴油發(fā)電機組運行狀態(tài)（開(kāi)／關(guān)機）、柴油發(fā)電機組運行模式（手動(dòng)或自動(dòng)）、以及各項運行數據（轉速、油溫、油壓、電壓、電流、功率因數、負載變化等）；運行參數及狀態(tài)的設置及設置記錄；報警數據與報警記錄；故障數據與故障記錄；維護保養記錄與維護保養提醒等。

3、模塊的數據管理功能

      模塊的數據管理功能應能滿(mǎn)足上述數據內容中的不同類(lèi)型需求：

（1）區分狀態(tài)信息、設置信息、操作（包括運行操作和維護操作）信息，區分開(kāi)關(guān)量、模擬量，建立適合的數據結構，同時(shí)具有相應的信息項增減接口或界面。

（2）在滿(mǎn)足可檢索性前提下，滿(mǎn)足部分數據的短期歷史性需求，提供一定的短期跟蹤性邏輯（如門(mén)限監控、有效平均等）。

（3）具有相應的數據訪(fǎng)問(wèn)權限管理功能，突出強調其下傳輸出的控制信息的安全管理。

4、多種通信接口能力

      上傳通信及下傳通信均通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)數傳模塊，即內嵌GSM/GPRS核心單元的無(wú)線(xiàn)Mo-dem，具有完備的電源管理系統，標準的串行數據接口，具備針對不同數據實(shí)時(shí)性和安全性需求的上層通信管理能力和廣域網(wǎng)互連能力。考慮適應不同的工作現場(chǎng)，具備工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)接口及點(diǎn)對點(diǎn)通信接口，同時(shí)應支持業(yè)內使用較廣的MODBUS等上層協(xié)議，具備基于TCP/IP的局域網(wǎng)互連RJ45接口。

 

圖3  柴油發(fā)電機通訊協(xié)議模塊控制圖

圖4  柴油發(fā)電機多分段、多電網(wǎng)、復雜應用

 

四、遠程數據管理與服務(wù)

 

1、基于數據管理的測控功能

      主要面向匯集后的柴油發(fā)電機組運行數據的存儲、查詢(xún)、呈現、訪(fǎng)問(wèn)以及現場(chǎng)數據的門(mén)限設置等傳統的管理功能，配合售后服務(wù)業(yè)務(wù)，建立設備維修、維護的管理系統。

2、基于數據挖掘的服務(wù)提升功能

（1）在柴油發(fā)電機組傳統數據管理功能之上，通過(guò)數據的積累和挖掘，為服務(wù)內容的拓展提供數據基礎和操作平臺。

（2）對于發(fā)電機等生產(chǎn)廠(chǎng)商，提供定期維護提醒，功能性失效及故障預測，故障原因分析與排障支持，配件產(chǎn)能預判等支持。

（3）對于發(fā)電設備的運營(yíng)客戶(hù)，提供負載跟蹤、運行參數優(yōu)化支持、備件管理和維護指導等服務(wù)。

3、數據管理與服務(wù)平臺

      應在滿(mǎn)足功能性需求的基礎上，突出強調通信性能（數據可靠性、實(shí)時(shí)性）、終端的廣泛分布性、網(wǎng)絡(luò )容量和功能模塊的可擴充能力，不建議企業(yè)自建后臺服務(wù)系統。軟件升級及功能模塊的擴展支持能力。

 

五、技術(shù)框架及其關(guān)鍵技術(shù)

 

1、系統的基本布局

      系統的基本布局分為兩個(gè)部分：

（1）以嵌入式系統為基礎的數據采集終端，配置在柴油發(fā)電機組的各個(gè)應用現場(chǎng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊實(shí)現現場(chǎng)與遠程后臺的網(wǎng)絡(luò )連接和數據互連。

（2）以數據庫為基礎的軟件系統，通過(guò)服務(wù)器系統，可以遍布于任何地點(diǎn)數據訪(fǎng)問(wèn)與操作管理系統，實(shí)現匯總后數據的各種處理，形成處理后數據的訪(fǎng)問(wèn)和操縱界面。

2、系統架構模式

      依照對上述功能實(shí)現的支持程度差異，以及系統架構的技術(shù)實(shí)現方式上的不同，在廣域網(wǎng)環(huán)境下，存在以下可選擇的系統架構模式?；贕PRS的數據傳輸信道和后臺數據處理結果發(fā)布方式，在以下架構中的工作模式基本相同；現場(chǎng)終端的下連架構相同；后臺的處理內容具有相同的彈性。

（1）現場(chǎng)終端下連

① 下連采用以MODBUS為默認協(xié)議的業(yè)內標準化通信（對應不同通信連接分別采用MODB-US-RTU、MODBUS-TCP等），通過(guò)RS232遠傳、諸如RS485等現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等通信連接方式，建立與具有數據通信功能的被監控對象間的數據信道。

② 針對不具備數據通信功能的被監控對象（如某些電源模塊），通過(guò)擴充模塊，實(shí)時(shí)獲取對象參數數據、安全輸出對象控制輸入。

③ 相對于被監控對象，現場(chǎng)終端既是TCP-Server或TCP-Client（具體取決于被監控對象在現場(chǎng)以太網(wǎng)中的角色），又是總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的控制器和測控擴展模塊的調度器。

④ 針對系統整體架構下現場(chǎng)終端的功能定位，承擔網(wǎng)絡(luò )路由、協(xié)議轉換、Web訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)、MA運行等不同任務(wù)。

（2）現場(chǎng)終端與遠程服務(wù)的架構

      基于云平臺和移動(dòng)代理的智能架構，在該架構中，現場(chǎng)模塊主要完成對被監控對象數據的獲取和控制輸出，并具有一定的數據管理功能?，F場(chǎng)模塊作為webserver，支持包括以Web文本挖掘為主要功能的后臺數據前置機以及其他廣域網(wǎng)上合法客戶(hù)端在內的webclient的隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)；前臺數據前置機及應用服務(wù)器作為DBclient操縱數據庫；后臺應用服務(wù)器對數據進(jìn)行加工處理，其結果提供給后臺局域網(wǎng)客戶(hù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，并經(jīng)過(guò)Web服務(wù)器，為外部廣域網(wǎng)客戶(hù)提供瀏覽訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，同時(shí)支持MA的運行；MA作為功能性智能體，主要面向設置性任務(wù)、控制性任務(wù)的完成，也可取代Web服務(wù)，進(jìn)行常規數據的定期傳遞。

 

總結：

      康明斯云計算遠程監控管理系統安裝在應急柴油發(fā)電機上，可以通過(guò)實(shí)時(shí)數據監控發(fā)電機的性能分析指標。遠程監控技術(shù)可以檢測到發(fā)電機組運轉環(huán)境如柴油、機油不足、電源故障等問(wèn)題，有可能造成發(fā)電機組不能正常運行，甚至燒毀發(fā)電機組時(shí)，康明斯云計算遠程監控管理系統向用戶(hù)發(fā)現緊急預警，解決掉大部分可避免的問(wèn)題。用戶(hù)可以及時(shí)采取相應的措施。該方案具有技術(shù)上的先進(jìn)性，更主要的是適于集監測控制于一體的網(wǎng)絡(luò )化應用，云平臺的架構，可有效應對分布范圍更廣的現場(chǎng)終端的服務(wù)響應，有效解決后臺服務(wù)其系統的多機集成、任務(wù)優(yōu)化分配、數據挖掘提升功能的擴充；智能體技術(shù)，不僅具有網(wǎng)絡(luò )帶寬小、配置靈活的技術(shù)優(yōu)勢，更為逐步開(kāi)展的涉及現場(chǎng)終端、現場(chǎng)被監控對象的售后服務(wù)內容的拓展，奠定了技術(shù)基礎。

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