新聞主題	智能型柴油發電機組遠程監控系統

 

摘要：云計算是繼PC、互聯網之后信息技術發展的最新趨勢。以云計算為重要支撐的云服務正為柴油發電機用戶帶來更加簡單方便的信息應用方式。移動互聯網終端和數量的加速增長，伴隨而來的是移動互聯網上的云服務需求日益凸現，而移動寬帶覆蓋和網絡云服務的在柴油發電機功能上實現成為可能。所謂云計算，是柴油發電機供電系統分布式處理、并行處理、網格計算、網格存儲及大數據中心的進一步發展和商業實現，基本原理是將數據計算分布在互聯網的大規模服務器上，而非本地計算機或遠程服務器中，數據中心的運行與互聯網相似，用戶根據需求訪問計算機和存儲系統。

 

一、柴發自動化裝置的優點

 

      云服務具備可靠和安全的云端數據存儲；開放的云端軟件開發和大量軟件服務；云端與終端設備的自動同步，不必下載軟件，軟件可以動態升級；無所不在、無限強大的云計算，基于云端的大規模服務器集群物理位置與用戶無關，用戶只需通過互聯網登錄即用，十分方便，服務器集群相互協作，計算能力將遠超過任何個人計算機；終端硬件配置需求降低。只要終端通過瀏覽器軟件打開云端網站，就可使用云端提供的服務。

1、移動云服務的特點

      移動云服務是通過移動互聯網來將服務從云端推送到終端的一種云服務。而移動互聯網是將移動通信設備和傳統互聯網兩者結合起來的互聯網絡，因移動終端與傳統互聯網終端的差異性，使得移動云服務具備了一些新特點。

（1）永遠在線的便捷服務

      移動云服務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網終端的使用時間與用戶體感直接接觸。這個特點決定了移動云服務可以實現24h的貼身服務，并且移動云服務的獲取遠比傳統云服務方便。

（2）綁定移動終端的隱私性

      移動云服務中終端用戶的隱私性要求遠高于傳統云服務用戶，其決定了移動互聯網數據共享時既要保障認證客戶的有效性，又要保證信息的安全性。這是不同于傳統互聯網公開透明的特點。

（3）能實現傳統云服務在移動互聯網的擴展應用

      通過移動通信網絡，移動終端可以訪問傳統互聯網信息，這就決定了傳統云服務可擴展到移動云服務中。

2、五遙自動化系統

      “五遙”是柴油發電機組自動化遙測、遙信、遙控、遙調和遙視的簡稱。云監控通信模塊是一種4G版本數據通信采集模塊，主要功能是采用無線方式將柴油發電機組控制器連入互聯網，無需敷設專用通信線路。有4G網絡的地方，均可通過手機App和電腦PC端遠程實時監控發電機網，實現遠程控制發電機組、遠程數據監控、遠程故障診斷、發電機組位置GPS實時定位以及保養維護管理等功能。模塊登錄云服務器后，云服務器將傳送相應的柴油發電機組控制器通信協議到模塊。云監控模塊可通過RS485接口連接到發電機組進行數據讀取和寫入操作。五遙自動化系統具有諸多特點：

（1）可通過4G無線網絡與云服務器連接，一個云監控模塊監控一臺柴油發電機組。

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

（3）安全可靠。DTU模塊采用加密的網絡數據通信協議定時上傳發電機組數據，當網絡不穩定時可自動重連，保證數據傳輸不丟包。

（4）費用低廉。采用專業壓縮算法，流量消耗比傳統JSON格式數據減少70%以上，大大減少了網絡流量。

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

（6）友好的人機界面。通過設備列表可實時了解所有發電機組的運行狀態。第八，通過視頻監控讓現場發電機組如同近在咫尺。

（7）采用原裝進口ARM32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。

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

（9）優秀的擴展功能。不僅可根據用戶需要接入環境監測模塊和門禁模塊等，還可以擴展檢測環境溫度、環境濕度、一氧化碳濃度以及門禁狀態等。

（10）黑匣子功能。可通過發電機組故障發生時的歷史曲線圖查詢數據明細，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，節省維護時間。

（11）維修保養管理功能。可將每次維修保養情況錄入系統，并可查詢指定時間段的維修保養記錄，方便客戶管理維護保養成本。

（12）運行統計功能。可通過本系統查詢指定時間段發電機組運行數據，如開機時間、停機時間、負載功率、電壓以及電流等數據，并可導出EXCEL報表。

 

二、柴發自動化裝置的組成

 

      云服務是指采用云計算技術的大規模服務器集群（云端）為用戶提供不必下載、不必安裝、上網即用、操作方便、功能豐富、價格低廉的互聯網服務。在云計算時代，在云端有專業人員對數據、平臺、軟件進行維護，而用戶只需在瀏覽器中鍵入應用的網址，登錄后即可在瀏覽器中做以前在個人電腦上所做的一切事情。

      移動云服務的柴油發電機組遠程監控系統組成如圖1所示。系統由柴油發電機組、柴油發電機組狀態監測各類傳感器、柴油發電機組控制器、嵌入式系統為基礎的數據采集終端、GPRS無線數傳模塊、天線模塊、服務器、監控系統平臺等組成。一是實現遠程后臺與現場系統間的通信和數據交互，進而完成基本的遠程測控功能；二是建立易于隨時隨地訪問、便于數據處理、服務業務拓展的后臺服務系統，以及建立或選擇相適應的運行環境平臺。

      采用無線傳輸方式接入互聯網，可以遠程實時監控柴油發電機組：可以對發電機相（線）電壓、電流、頻率、轉速、功率、溫度、壓力等情況進行實時監控。對過速、油壓低、水溫高、過電壓、欠電壓、過頻、欠頻、過電流、短路、啟動等故障能實時報警。可通過對柴油發電機組輸出電壓及頻率與設定值的比較進行自動調節，能自動維持柴油發電機組的準啟動狀態，能實現柴油發電機組的急起、自起，能實現柴油發電機組與市電的自動切換、柴油發電機組運行狀況、燃油狀況、市電狀況等，發送短信通知相關維護人員，實現了柴油發電機組的全方位維護保養管理和發電量管理。特別是在日常維護管理中，監控人員根據手機收到的實時監控的故障或告警信息（機油壓力、水箱溫度、燃油量、發電電壓）及時匯報并處理，保障柴油發電機組始終處于良好的運行狀態。

     引入移動互聯網的交互式訪問模式利用移動終端接入的便捷性，可以讓系統在任何時間、任何地點獲取監控信息和系統服務。手機作為移動互聯網的接入終端，在無線通信網絡覆蓋的區域，可以便捷地接入系統進行訪問，采用Web訪問形式，手機通過Web方式獲取云端服務只需手機端有合適EB瀏覽器即可，云端的交互通過網頁的形式被手機獲取，利用瀏覽器的輸入框、按鈕等控件，用戶完成與服務器的交互過程。另外，Web訪問形式對系統的擴展約束較小，當服務器端添加新的功能、增加新的業務邏輯時，整個系統只需要在服務器端增加相應的Web頁面即可，而不需要手機端進行復雜的更新操作，當用戶再次通過手機瀏覽器接入系統時即可訪問更新后的系統服務。

 

圖1 柴油發電機組遠程監控系統原理示意圖

圖2  柴油發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，以及不同通信方式間的協議轉換。具體功能和任務包括：

（1）下聯功能。

      兼容多種柴油發電機組現場總線或點對點的通信方式，實時獲取現場被監控對象的運行數據及操作記錄的功能，實時下發遠程控制與操作命令的功能。

（2）上傳功能。

      采用適于柴油發電機組遠程后臺系統連接的多種廣域通信方式，實現現場數據的數據包轉發、協議轉換以及網絡互連等功能。

（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管理、報警數據的過濾規則等。

（4）友好性拓展功能。

      如柴油發電機組任務提醒、告警提示的信道拓展，現場管理系統的網絡互連等。

2、系統的監控

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

（1）對于柴油發電機組機房環境。

      柴油發電機組運行環境溫濕度及其報警設置與輸出，柴油發電機組運行環境的煙感、門禁和水淹等數據。

（2）對于柴油發電機組及其智能管理模塊。

      （通過智能管理模塊獲得的）柴油發電機組運行狀態（開／關機）、柴油發電機組運行模式（手動或自動）、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足上述數據內容中的不同類型需求：

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

（2）在滿足可檢索性前提下，滿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（如門限監控、有效平均等）。

（3）具有相應的數據訪問權限管理功能，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GPRS無線數傳模塊，即內嵌GSM/GPRS核心單元的無線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時性和安全性需求的上層通信管理能力和廣域網互連能力。考慮適應不同的工作現場，具備工業現場總線接口及點對點通信接口，同時應支持業內使用較廣的MODBUS等上層協議，具備基于TCP/IP的局域網互連RJ45接口。

 

圖3  柴油發電機通訊協議模塊控制圖

圖4  柴油發電機多分段、多電網、復雜應用

 

四、遠程數據管理與服務

 

1、基于數據管理的測控功能

      主要面向匯集后的柴油發電機組運行數據的存儲、查詢、呈現、訪問以及現場數據的門限設置等傳統的管理功能，配合售后服務業務，建立設備維修、維護的管理系統。

2、基于數據挖掘的服務提升功能

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

（2）對于發電機等生產廠商，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，配件產能預判等支持。

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

3、數據管理與服務平臺

      應在滿足功能性需求的基礎上，突出強調通信性能（數據可靠性、實時性）、終端的廣泛分布性、網絡容量和功能模塊的可擴充能力，不建議企業自建后臺服務系統。軟件升級及功能模塊的擴展支持能力。

 

五、技術框架及其關鍵技術

 

1、系統的基本布局

      系統的基本布局分為兩個部分：

（1）以嵌入式系統為基礎的數據采集終端，配置在柴油發電機組的各個應用現場，通過無線數傳模塊實現現場與遠程后臺的網絡連接和數據互連。

（2）以數據庫為基礎的軟件系統，通過服務器系統，可以遍布于任何地點數據訪問與操作管理系統，實現匯總后數據的各種處理，形成處理后數據的訪問和操縱界面。

2、系統架構模式

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

（1）現場終端下連

① 下連采用以MODBUS為默認協議的業內標準化通信（對應不同通信連接分別采用MODB-US-RTU、MODBUS-TCP等），通過RS232遠傳、諸如RS485等現場總線、工業以太網等通信連接方式，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），通過擴充模塊，實時獲取對象參數數據、安全輸出對象控制輸入。

③ 相對于被監控對象，現場終端既是TCP-Server或TCP-Client（具體取決于被監控對象在現場以太網中的角色），又是總線網絡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終端的功能定位，承擔網絡路由、協議轉換、Web訪問服務、MA運行等不同任務。

（2）現場終端與遠程服務的架構

      基于云平臺和移動代理的智能架構，在該架構中，現場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。現場模塊作為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上合法客戶端在內的webclient的隨時訪問；前臺數據前置機及應用服務器作為DBclient操縱數據庫；后臺應用服務器對數據進行加工處理，其結果提供給后臺局域網客戶進行訪問，并經過Web服務器，為外部廣域網客戶提供瀏覽訪問服務，同時支持MA的運行；MA作為功能性智能體，主要面向設置性任務、控制性任務的完成，也可取代Web服務，進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電機上，可以通過實時數據監控發電機的性能分析指標。遠程監控技術可以檢測到發電機組運轉環境如柴油、機油不足、電源故障等問題，有可能造成發電機組不能正常運行，甚至燒毀發電機組時，康明斯云計算遠程監控管理系統向用戶發現緊急預警，解決掉大部分可避免的問題。用戶可以及時采取相應的措施。該方案具有技術上的先進性，更主要的是適于集監測控制于一體的網絡化應用，云平臺的架構，可有效應對分布范圍更廣的現場終端的服務響應，有效解決后臺服務其系統的多機集成、任務優化分配、數據挖掘提升功能的擴充；智能體技術，不僅具有網絡帶寬小、配置靈活的技術優勢，更為逐步開展的涉及現場終端、現場被監控對象的售后服務內容的拓展，奠定了技術基礎。

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