基于多串口通信的柴油發(fā)電機組遠程監控平臺

　　柴油發(fā)電機組在無(wú)市電供應及需要不間斷供電的地方，如電信系統、電力系統、廣播電視系統的機站、機房，銀行、醫院等單位的供電系統等得到了廣泛應用。在電信系統內，通常一個(gè)縣級局要管理多個(gè)供電機房，這些機房有的位于市區，有的位于偏僻的高山，有的有人值守，有的無(wú)人值守，但都需要不間斷供電，一般每個(gè)機房有一至數臺柴油發(fā)電機組，作為市電供電的備用電源，或是幾臺機組互為主備供電。對這些柴油發(fā)電機組實(shí)現計算機自動(dòng)監控和統一管理就顯得很重要，這樣有助于減少值班人員的工作強度，提高工作效率，提高管理水平。在縣級局內設集中監控中心，監控主機通過(guò)公用電話(huà)網(wǎng)實(shí)現對各個(gè)下級機站柴油發(fā)電機組的遠程實(shí)時(shí)自動(dòng)監控和管理，系統構建方便，實(shí)現簡(jiǎn)單，使用可靠，適合實(shí)際的需求，得到了廣泛應用。
　　
1 系統結構
　　
　　柴油發(fā)電機組遠程監控平臺的系統結構如圖1所示。

　　柴油發(fā)電機組經(jīng)MODEM與電話(huà)線(xiàn)路相連，在電話(huà)線(xiàn)路的另一端再經(jīng)MODEM與監控主機的RS-232串口相連。
　　
　　很多縣級局和下級機站之間都有SDH信道相通，如果有附加的RS-232串口，也可以通過(guò)SDH信道傳輸數據，從而省掉電話(huà)線(xiàn)路兩邊的MODEM，等同于RS-232串口電纜直接相連。
　　
　　如果一個(gè)下級機站內有多臺柴油發(fā)電機組需要監控，在電話(huà)線(xiàn)路允許的情況下，可以為每臺機組分配一條電話(huà)線(xiàn)，各占用監控主機的一個(gè)RS-232串口。如果電話(huà)線(xiàn)路有限，也可將機站內的各臺柴油發(fā)電機組通過(guò)RS-485總線(xiàn)連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，經(jīng)過(guò)RS-485/RS-232轉換器，再接MODEM（見(jiàn)圖2），通過(guò)一條電話(huà)線(xiàn)路與監控主機相連，只占用監控主機的一個(gè)RS-232串口，每個(gè)機組分配一個(gè)地址，監控主機依靠地址來(lái)區分機組，輪流通過(guò)同一條電話(huà)線(xiàn)路監控各臺機組，但這樣一來(lái)會(huì )降低監控系統的反應速度。

　　RS-485總線(xiàn)為兩線(xiàn)半雙工串口總線(xiàn)，使用雙絞線(xiàn)以平衡差分方式傳送數據，其主要特點(diǎn)有：傳送速率快，最快達每秒10M位；傳送距離遠，最遠達1200米；抗干擾能力強，在噪聲環(huán)境下長(cháng)距離驅動(dòng)32個(gè)節點(diǎn)。

　　
2 柴油發(fā)電機組監控模塊
　　
　　每臺柴油發(fā)電機組配一個(gè)監控模塊，就可以通過(guò)串口對柴油發(fā)電機組進(jìn)行計算機監控，各種信號從柴油發(fā)電機組電控箱內取。
　　
　　我們選用80C552單片機作監控模塊控制****，采用大規模集成電路，并結合了先進(jìn)的設計技術(shù)。監控模塊帶有雙看門(mén)狗電路，確保系統在意外死機時(shí)能自動(dòng)恢復工作，這在無(wú)人值守的情況下是極其重要的。
　　
　　柴油發(fā)電機組監控模塊測量機組輸出三相電壓、三相電流、機組頻率、機組轉速、機油壓力、冷卻水溫、燃油油位、機組啟動(dòng)電池電壓、輸出功率等運行參數并根據需要發(fā)送至監控主機。冷卻水溫、機油油壓等參數的測量傳感器一般都不是線(xiàn)性的，而且不同柴油發(fā)電機組生產(chǎn)廠(chǎng)家選用的傳感器差異很大，監控模塊保存監控主機發(fā)來(lái)的數據表格，并根據表格對采來(lái)的冷卻水溫、機油油壓等參數進(jìn)行線(xiàn)性化處理，以適應不同的傳感器。監控模塊有不掉電存儲器，可以保存大量的工作、控制參數。
　　
　　當測量的運行參數超出設定的上下限報警值，監控模塊根據復雜的控制邏輯控制柴油發(fā)電機組的各種動(dòng)作：起動(dòng)、停機、ATS轉換等，并將各種報警信息以及柴油發(fā)電機組的各種狀態(tài)（自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)、運行/停機狀態(tài)、市電/油機ATS狀態(tài)、油機/油機ATS狀態(tài)）報告監控主機。
　　
　　監控主機也可根據需要遙控機組開(kāi)機、關(guān)機、緊急停機、市電/油機ATS轉換或油機/油機ATS轉換等。
　　
　　柴油發(fā)電機組監控模塊的所有設置都可以在現場(chǎng)通過(guò)面板鍵盤(pán)完成，或者由監控主機在遠處通過(guò)串口進(jìn)行。監控模塊提供RS-232和RS-485兩種接口，有電信總局協(xié)議和MODBUS協(xié)議兩種型號，采用10位異步串行通信方式（起始1位，數據8位，停止1位，無(wú)校驗位），數據傳輸率1.2kb/s—19.2kb/s可選，監控主機和監控模塊之間采用嚴格的主從方式交換數據（監控模塊只有在收到監控主機的命令后才會(huì )返回相應的數據，而不會(huì )主動(dòng)發(fā)送數據給監控主機）。這樣的設計非常適合構建我們的柴油發(fā)電機組遠程監控平臺。
　　
　　柴油發(fā)電機組監控模塊根據功能的強弱不同，已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，以適應不同的需求。監控模塊本身結構靈活，功能擴充也很方便。
　　
3 通信協(xié)議
　　
　　我們使用兩種通信協(xié)議：電信總局通信協(xié)議和MODBUS通信協(xié)議。
　　
　　電信總局通信協(xié)議參照電信總局《通信局（站）電源、空調及環(huán)境集中監控管理系統前端智能設備通信協(xié)議》，編碼方式為ASCII碼。信息傳輸方式為異步方式，起始位1位，數據位8位，停止位1位，無(wú)校驗。傳輸波特率為19.2KB/S，9.6KB/S，2.4KB/S，1.2KB/S，0.6KB/S，0.3KB/S可選。
　　
　　MODBUS通信協(xié)議的編碼方式、信息傳輸方式與電信總局通信協(xié)議要求相同。
　　
　　MODBUS協(xié)議描述如下：
　　
　　命令格式：AA，CC，SSSS，WWWW，LRC，CR，LR
　　
　　AA： 地址（兩字節）；
　　
　　CC： 命令（兩字節）；
　　
　　SSSS： 數據地址（四字節）；
　　
　　WWWW：數據（四字節）；
　　
　　LRC： 校驗碼（兩字節）；
　　
　　CR： 回車(chē)；
　　
　　LR： 換行。
　　
　　響應格式：AA，CC，RENUM，DATA，LRC，CR，LR
　　
　　RENUM：返回響應數據字節數；
　　
　　DATA： 返回數據；
　　
　　其余解釋與命令格式相同。

　　
4 串口擴充
　　
　　通常一個(gè)縣級局管理著(zhù)幾個(gè)下級機站，如果采用監控中心只用一條電話(huà)線(xiàn)路，由監控主機撥號接通一個(gè)下級機站，監控一下，掛斷連接，再撥號接通另一個(gè)機站的輪流分時(shí)監控的方案，在機站較多時(shí)，系統反應時(shí)間太慢，難以做到實(shí)時(shí)監控，所以監控中心為每個(gè)下級機站分配一條電話(huà)線(xiàn)路，同時(shí)連接監控所有機站。但是用作監控主機的系統計算機一般只有兩個(gè)RS-232串口，不夠使用，需要擴充。
　　
　　采用MOXA公司生產(chǎn)的系列多串口卡（使用較多的是C168H八串口卡）可以很方便地將RS-232串口擴充至需要的數量，而且這些擴充的串口的操作相互獨立。多串口卡本身附帶了豐富的函數庫和多種工具，支持VB、 Delphi、C++等流行編程語(yǔ)言，使用時(shí)可以直接調用，方便編程，但應注意，函數庫只支持串口卡上的串口。使用編程平臺提供的通信控件，可以同等地操縱串口卡上和計算機本身的RS-232串口。
　　
　　由于Windows操作系統本身具有多任務(wù)的特點(diǎn)，所以可以通過(guò)精心設計監控平臺軟件同時(shí)操縱這些RS-232串口并行地監控各個(gè)下級機站，做到實(shí)時(shí)監控（如果某下級機站有不止一臺的柴油發(fā)電機組需要監控而采用RS-485方式相連，那么對這些機組仍需分時(shí)監控）。
　　
5 遠程監控平臺軟件
　　
　　柴油發(fā)電機組遠程監控平臺對分布的柴油發(fā)電機組進(jìn)行遙控、遙信和遙測，實(shí)時(shí)監視其運行參數，監測和處理故障，記錄和處理相關(guān)數據，從而實(shí)現設備少人或無(wú)人值守及集中維護。
　　
　　遠程監控平臺軟件包括兩部分：監控軟件和界面構造軟件，整套軟件用Delphi5.0編制。遠程監控平臺軟件同樣可以用來(lái)監控別的設備。
　　
　　遠程監控平臺軟件按照通信協(xié)議區分有兩個(gè)版本：版本A符合電信總局通信協(xié)議，版本B符合MODBUS通信協(xié)議，適用于對不同協(xié)議型號的監控模塊監控。
　　
　　遠程監控平臺軟件對軟、硬件環(huán)境要求不高，普通的奔騰機，16M內存，中文版Windows95以上版本就可正常運行。
　　
　　5.1 界面構造軟件
　　
　　由于我們的柴油發(fā)電機組監控模塊是一系列化產(chǎn)品，監控的參數有一些差別，而且即使使用同一型號的監控模塊，不同的用戶(hù)在監控的參數上也有數量和名稱(chēng)的不同，為了避免重復開(kāi)發(fā)監控軟件，以及現場(chǎng)安裝調試的方便，我們開(kāi)發(fā)了一套界面構造軟件。
　　
　　根據提供的軟件使用說(shuō)明書(shū)和相應的通信協(xié)議，即使是用戶(hù)也能方便地針對某一臺需監控的柴油發(fā)電機組設計一個(gè)監控界面，監控的參數數量，參數的名稱(chēng)，以及字體，顏色，背景畫(huà)面等，都可以根據需要和自己的喜好設定。設計一個(gè)監控界面，并生成界面文件后，指定每一個(gè)監控對象對應的界面文件，監控軟件自動(dòng)調入這些界面文件轉化成界面并監控相應的柴油發(fā)電機組。
　　
　　5.2 監控軟件
　　
　　監控軟件的功能框圖如下（圖3）：

　　在完成必要的參數設置后，監控軟件分別撥號與需要監控的柴油發(fā)電機組建立連接，同時(shí)操縱多個(gè)RS-232串口發(fā)送、接收數據，監控柴油發(fā)電機組，反應時(shí)間與只監控一個(gè)機組的反應時(shí)間是一致的，約2秒完成一次實(shí)時(shí)數據刷新。如果一個(gè)機站內有多臺機組連成RS-485網(wǎng)絡(luò )通過(guò)一條電話(huà)線(xiàn)路與監控主機相連，則監控軟件對這幾臺機組輪流分時(shí)監控，數據刷新時(shí)間= （同一RS-485網(wǎng)絡(luò )上的機組數X 2）秒。監控軟件收集各個(gè)柴油發(fā)電機組的報警信息，產(chǎn)生報表文件以供打印保存或上報。

　　
　　主監控機組選擇：
　　
　　導航樹(shù)窗口清晰地顯示出整個(gè)監控平臺系統的構造：系統內有多少個(gè)機站，每個(gè)機站內有多少臺柴油發(fā)電機組，機站與監控中心監控主機之間是通過(guò)MODEM撥號通信還是RS-232串口電纜直接相連，目前有多少臺機組正處于監控狀態(tài)等。點(diǎn)擊某機組圖標，則其監控界面彈至最前，作為主監控界面，此時(shí)可以監視機組狀況，并完成控制、參數設置等任務(wù)。
　　
　　撥號和掛機：
　　
　　對所有需監控的機站按各自設定的電話(huà)號碼進(jìn)行撥號連接，工作結束后，將所有已撥號連接的機站斷開(kāi)撥號通信連接?？梢运袡C站同時(shí)自動(dòng)操作，也可各個(gè)機站獨立操作。系統設有定時(shí)自動(dòng)監控功能，按設定的時(shí)間自動(dòng)撥號連接，監控時(shí)間到后，斷開(kāi)撥號通信連接。
　　
　　如果通過(guò)SDH信道傳輸數據，則相當于用RS-232串口直接電纜相連，不需撥號和掛機功能。
　　
　　系統參數設置：
　　
　　設置需要監控的機站，以及電話(huà)號碼、機組地址、定時(shí)撥號、對應RS-232串口、通信波特率等參數。
　　
　　模塊參數設置：
　　
　　對每一個(gè)柴油發(fā)電機組監控模塊，要使其按預定的功能正常工作，必須設置許多參數：機組地址、通信波特率、上下限報警值、傳感器線(xiàn)性化參數、監控模塊系統參數等以及其他許多與柴油發(fā)電機組工作控制有關(guān)的參數。
　　
　　報警記錄：
　　
　　當某臺柴油發(fā)電機組有報警信息產(chǎn)生時(shí)，其對應的監控界面彈至最前，成為主監控界面，同時(shí)發(fā)出聲音報警，保存報警記錄。報警日志以文本形式保存在“報警記錄”文件夾中，每天產(chǎn)生一個(gè)報警文件，以當天的日期做文件名。報警文件定期清除。
　　
　　報表打?。?br /> 　　
　　可以單獨打印每一個(gè)報警日志，也可以將當天所有機組的報警日志按一定的格式歸總生成報表再打印，作為當天的工作日志存檔或上報。
　　
6 結束

　　我們開(kāi)發(fā)的柴油發(fā)電機組遠程監控平臺系統投入使用以來(lái)，已經(jīng)先后在廣西、安徽、新疆等?。▍^）的多個(gè)縣級局內安裝使用，雖然因為各地區的具體情況有些不同，系統的構建也有些差異，但就用戶(hù)反饋回來(lái)的信息來(lái)看，各個(gè)遠程監控平臺系統操作簡(jiǎn)單，工作穩定，提高了工作效率和管理水平，用戶(hù)反應還是比較滿(mǎn)意的。相信隨著(zhù)電信系統對原有柴油發(fā)電機組進(jìn)行計算機自動(dòng)監控改造工作的逐步展開(kāi)，該柴油發(fā)電機組遠程監控平臺系統的使用量還會(huì )有較大數量的增長(cháng)。