新聞主題	智能型柴油發(fā)電機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)

 

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)電機用戶帶來更加簡單方便的信息應(yīng)用方式。移動互聯(lián)網(wǎng)終端和數(shù)量的加速增長，伴隨而來的是移動互聯(lián)網(wǎng)上的云服務(wù)需求日益凸現(xiàn)，而移動寬帶覆蓋和網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的在柴油發(fā)電機功能上實現(xiàn)成為可能。所謂云計算，是柴油發(fā)電機供電系統(tǒng)分布式處理、并行處理、網(wǎng)格計算、網(wǎng)格存儲及大數(shù)據(jù)中心的進一步發(fā)展和商業(yè)實現(xiàn)，基本原理是將數(shù)據(jù)計算分布在互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模服務(wù)器上，而非本地計算機或遠程服務(wù)器中，數(shù)據(jù)中心的運行與互聯(lián)網(wǎng)相似，用戶根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。

 

一、柴發(fā)自動化裝置的優(yōu)點

 

      云服務(wù)具備可靠和安全的云端數(shù)據(jù)存儲；開放的云端軟件開發(fā)和大量軟件服務(wù)；云端與終端設(shè)備的自動同步，不必下載軟件，軟件可以動態(tài)升級；無所不在、無限強大的云計算，基于云端的大規(guī)模服務(wù)器集群物理位置與用戶無關(guān)，用戶只需通過互聯(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(wǎng)站，就可使用云端提供的服務(wù)。

1、移動云服務(wù)的特點

      移動云服務(wù)是通過移動互聯(lián)網(wǎng)來將服務(wù)從云端推送到終端的一種云服務(wù)。而移動互聯(lián)網(wǎng)是將移動通信設(shè)備和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)兩者結(jié)合起來的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，因移動終端與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)終端的差異性，使得移動云服務(wù)具備了一些新特點。

（1）永遠在線的便捷服務(wù)

      移動云服務(wù)終端設(shè)備一般較為輕便，具有高便攜性，其以遠高于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)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(wù)可以實現(xiàn)24h的貼身服務(wù)，并且移動云服務(wù)的獲取遠比傳統(tǒng)云服務(wù)方便。

（2）綁定移動終端的隱私性

      移動云服務(wù)中終端用戶的隱私性要求遠高于傳統(tǒng)云服務(wù)用戶，其決定了移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)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(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)公開透明的特點。

（3）能實現(xiàn)傳統(tǒng)云服務(wù)在移動互聯(lián)網(wǎng)的擴展應(yīng)用

      通過移動通信網(wǎng)絡(luò)，移動終端可以訪問傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)信息，這就決定了傳統(tǒng)云服務(wù)可擴展到移動云服務(wù)中。

2、五遙自動化系統(tǒng)

      “五遙”是柴油發(fā)電機組自動化遙測、遙信、遙控、遙調(diào)和遙視的簡稱。云監(jiān)控通信模塊是一種4G版本數(shù)據(jù)通信采集模塊，主要功能是采用無線方式將柴油發(fā)電機組控制器連入互聯(lián)網(wǎng)，無需敷設(shè)專用通信線路。有4G網(wǎng)絡(luò)的地方，均可通過手機App和電腦PC端遠程實時監(jiān)控發(fā)電機網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制發(fā)電機組、遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠程故障診斷、發(fā)電機組位置GPS實時定位以及保養(yǎng)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(yīng)的柴油發(fā)電機組控制器通信協(xié)議到模塊。云監(jiān)控模塊可通過RS485接口連接到發(fā)電機組進行數(shù)據(jù)讀取和寫入操作。五遙自動化系統(tǒng)具有諸多特點：

（1）可通過4G無線網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器連接，一個云監(jiān)控模塊監(jiān)控一臺柴油發(fā)電機組。

（2）具備和多種發(fā)電機組控制模塊進行通信的接口，如RS485和USB（Host），可監(jiān)控國際一流品牌的大多數(shù)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(shù)據(jù)通信協(xié)議定時上傳發(fā)電機組數(shù)據(jù)，當網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時可自動重連，保證數(shù)據(jù)傳輸不丟包。

（4）費用低廉。采用專業(yè)壓縮算法，流量消耗比傳統(tǒng)JSON格式數(shù)據(jù)減少70%以上，大大減少了網(wǎng)絡(luò)流量。

（5）方便易用。系統(tǒng)采用阿里云服務(wù)器，系統(tǒng)軟件安裝在服務(wù)器上，無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安裝APP應(yīng)用程序即可使用。

（6）友好的人機界面。通過設(shè)備列表可實時了解所有發(fā)電機組的運行狀態(tài)。第八，通過視頻監(jiān)控讓現(xiàn)場發(fā)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(tǒng)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(fā)電機組的位置信息，實現(xiàn)發(fā)電機組實時定位，圖5為系統(tǒng)的電子地圖界面。

（9）優(yōu)秀的擴展功能。不僅可根據(jù)用戶需要接入環(huán)境監(jiān)測模塊和門禁模塊等，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禁狀態(tài)等。

（10）黑匣子功能。可通過發(fā)電機組故障發(fā)生時的歷史曲線圖查詢數(shù)據(jù)明細，為維護人員判斷故障提供依據(jù)，以便準確定位分析故障原因，為檢修做好準備，節(jié)省維護時間。

（11）維修保養(yǎng)管理功能?？蓪⒚看尉S修保養(yǎng)情況錄入系統(tǒng)，并可查詢指定時間段的維修保養(yǎng)記錄，方便客戶管理維護保養(yǎng)成本。

（12）運行統(tǒng)計功能。可通過本系統(tǒng)查詢指定時間段發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)，如開機時間、停機時間、負載功率、電壓以及電流等數(shù)據(jù)，并可導(dǎo)出EXCEL報表。

 

二、柴發(fā)自動化裝置的組成

 

      云服務(wù)是指采用云計算技術(shù)的大規(guī)模服務(wù)器集群（云端）為用戶提供不必下載、不必安裝、上網(wǎng)即用、操作方便、功能豐富、價格低廉的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。在云計算時代，在云端有專業(yè)人員對數(shù)據(jù)、平臺、軟件進行維護，而用戶只需在瀏覽器中鍵入應(yīng)用的網(wǎng)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(wù)的柴油發(fā)電機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)由柴油發(fā)電機組、柴油發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測各類傳感器、柴油發(fā)電機組控制器、嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集終端、GPRS無線數(shù)傳模塊、天線模塊、服務(wù)器、監(jiān)控系統(tǒng)平臺等組成。一是實現(xiàn)遠程后臺與現(xiàn)場系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理、服務(wù)業(yè)務(wù)拓展的后臺服務(wù)系統(tǒng)，以及建立或選擇相適應(yīng)的運行環(huán)境平臺。

      采用無線傳輸方式接入互聯(lián)網(wǎng)，可以遠程實時監(jiān)控柴油發(fā)電機組：可以對發(fā)電機相（線）電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速、功率、溫度、壓力等情況進行實時監(jiān)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?？赏ㄟ^對柴油發(fā)電機組輸出電壓及頻率與設(shè)定值的比較進行自動調(diào)節(jié)，能自動維持柴油發(fā)電機組的準啟動狀態(tài)，能實現(xiàn)柴油發(fā)電機組的急起、自起，能實現(xiàn)柴油發(fā)電機組與市電的自動切換、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，實現(xiàn)了柴油發(fā)電機組的全方位維護保養(yǎng)管理和發(fā)電量管理。特別是在日常維護管理中，監(jiān)控人員根據(jù)手機收到的實時監(jiān)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)。

     引入移動互聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)在任何時間、任何地點獲取監(jiān)控信息和系統(tǒng)服務(wù)。手機作為移動互聯(lián)網(wǎng)的接入終端，在無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，可以便捷地接入系統(tǒng)進行訪問，采用Web訪問形式，手機通過Web方式獲取云端服務(wù)只需手機端有合適EB瀏覽器即可，云端的交互通過網(wǎng)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(wù)器的交互過程。另外，Web訪問形式對系統(tǒng)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，整個系統(tǒng)只需要在服務(wù)器端增加相應(yīng)的Web頁面即可，而不需要手機端進行復(fù)雜的更新操作，當用戶再次通過手機瀏覽器接入系統(tǒng)時即可訪問更新后的系統(tǒng)服務(wù)。

 

圖1 柴油發(fā)電機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖

圖2  柴油發(fā)電機組云監(jiān)控通信模塊

 

三、 通信與數(shù)據(jù)交互

 

1、核心功能

      核心功能為數(shù)據(jù)的上傳與下聯(lián)，以及不同通信方式間的協(xié)議轉(zhuǎn)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(xiàn)場總線或點對點的通信方式，實時獲取現(xiàn)場被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)及操作記錄的功能，實時下發(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(tǒng)連接的多種廣域通信方式，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及網(wǎng)絡(luò)互連等功能。

（3）適當?shù)臄?shù)據(jù)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(shù)據(jù)與報警數(shù)據(jù)的分級轉(zhuǎn)發(fā)管理、報警數(shù)據(jù)的過濾規(guī)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(xiàn)場管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互連等。

2、系統(tǒng)的監(jiān)控

      系統(tǒng)的監(jiān)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(shè)備。其主要的監(jiān)控參數(shù)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(shè)置與輸出，柴油發(fā)電機組運行環(huán)境的煙感、門禁和水淹等數(shù)據(jù)。

（2）對于柴油發(fā)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(fā)電機組運行狀態(tài)（開／關(guān)機）、柴油發(fā)電機組運行模式（手動或自動）、以及各項運行數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)速、油溫、油壓、電壓、電流、功率因數(shù)、負載變化等）；運行參數(shù)及狀態(tài)的設(shè)置及設(shè)置記錄；報警數(shù)據(jù)與報警記錄；故障數(shù)據(jù)與故障記錄；維護保養(yǎng)記錄與維護保養(yǎng)提醒等。

3、模塊的數(shù)據(jù)管理功能

      模塊的數(shù)據(jù)管理功能應(yīng)能滿足上述數(shù)據(jù)內(nèi)容中的不同類型需求：

（1）區(qū)分狀態(tài)信息、設(shè)置信息、操作（包括運行操作和維護操作）信息，區(qū)分開關(guān)量、模擬量，建立適合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時具有相應(yīng)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(shù)據(jù)的短期歷史性需求，提供一定的短期跟蹤性邏輯（如門限監(jiān)控、有效平均等）。

（3）具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限管理功能，突出強調(diào)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(shù)傳模塊，即內(nèi)嵌GSM/GPRS核心單元的無線Mo-dem，具有完備的電源管理系統(tǒng)，標準的串行數(shù)據(jù)接口，具備針對不同數(shù)據(jù)實時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(yīng)不同的工作現(xiàn)場，具備工業(yè)現(xiàn)場總線接口及點對點通信接口，同時應(yīng)支持業(yè)內(nèi)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(fù)雜應(yīng)用

 

四、遠程數(shù)據(jù)管理與服務(wù)

 

1、基于數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的存儲、查詢、呈現(xiàn)、訪問以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的門限設(shè)置等傳統(tǒng)的管理功能，配合售后服務(wù)業(yè)務(wù)，建立設(shè)備維修、維護的管理系統(tǒng)。

2、基于數(shù)據(jù)挖掘的服務(wù)提升功能

（1）在柴油發(fā)電機組傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理功能之上，通過數(shù)據(jù)的積累和挖掘，為服務(wù)內(nèi)容的拓展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和操作平臺。

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

（3）對于發(fā)電設(shè)備的運營客戶，提供負載跟蹤、運行參數(shù)優(yōu)化支持、備件管理和維護指導(dǎo)等服務(wù)。

3、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)平臺

      應(yīng)在滿足功能性需求的基礎(chǔ)上，突出強調(diào)通信性能（數(shù)據(jù)可靠性、實時性）、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(tǒng)。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(tǒng)的基本布局

      系統(tǒng)的基本布局分為兩個部分：

（1）以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集終端，配置在柴油發(fā)電機組的各個應(yīng)用現(xiàn)場，通過無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)現(xiàn)場與遠程后臺的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)互連。

（2）以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的軟件系統(tǒng)，通過服務(wù)器系統(tǒng)，可以遍布于任何地點數(shù)據(jù)訪問與操作管理系統(tǒng)，實現(xiàn)匯總后數(shù)據(jù)的各種處理，形成處理后數(shù)據(jù)的訪問和操縱界面。

2、系統(tǒng)架構(gòu)模式

      依照對上述功能實現(xiàn)的支持程度差異，以及系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)實現(xiàn)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(tǒng)架構(gòu)模式。基于GPRS的數(shù)據(jù)傳輸信道和后臺數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)布方式，在以下架構(gòu)中的工作模式基本相同；現(xiàn)場終端的下連架構(gòu)相同；后臺的處理內(nèi)容具有相同的彈性。

（1）現(xiàn)場終端下連

① 下連采用以MODBUS為默認協(xié)議的業(yè)內(nèi)標準化通信（對應(yīng)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(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等通信連接方式，建立與具有數(shù)據(jù)通信功能的被監(jiān)控對象間的數(shù)據(jù)信道。

② 針對不具備數(shù)據(jù)通信功能的被監(jiān)控對象（如某些電源模塊），通過擴充模塊，實時獲取對象參數(shù)數(shù)據(jù)、安全輸出對象控制輸入。

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

④ 針對系統(tǒng)整體架構(gòu)下現(xiàn)場終端的功能定位，承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)路由、協(xié)議轉(zhuǎn)換、Web訪問服務(wù)、MA運行等不同任務(wù)。

（2）現(xiàn)場終端與遠程服務(wù)的架構(gòu)

      基于云平臺和移動代理的智能架構(gòu)，在該架構(gòu)中，現(xiàn)場模塊主要完成對被監(jiān)控對象數(shù)據(jù)的獲取和控制輸出，并具有一定的數(shù)據(jù)管理功能?，F(xiàn)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(shù)據(jù)前置機以及其他廣域網(wǎng)上合法客戶端在內(nèi)的webclient的隨時訪問；前臺數(shù)據(jù)前置機及應(yīng)用服務(wù)器作為DBclient操縱數(shù)據(jù)庫；后臺應(yīng)用服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行加工處理，其結(jié)果提供給后臺局域網(wǎng)客戶進行訪問，并經(jīng)過Web服務(wù)器，為外部廣域網(wǎng)客戶提供瀏覽訪問服務(wù)，同時支持MA的運行；MA作為功能性智能體，主要面向設(shè)置性任務(wù)、控制性任務(wù)的完成，也可取代Web服務(wù)，進行常規(guī)數(shù)據(jù)的定期傳遞。

 

總結(jié)：

      康明斯云計算遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)安裝在應(yīng)急柴油發(fā)電機上，可以通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)控發(fā)電機的性能分析指標。遠程監(jiān)控技術(shù)可以檢測到發(fā)電機組運轉(zhuǎn)環(huán)境如柴油、機油不足、電源故障等問題，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，康明斯云計算遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)向用戶發(fā)現(xiàn)緊急預(yù)警，解決掉大部分可避免的問題。用戶可以及時采取相應(yīng)的措施。該方案具有技術(shù)上的先進性，更主要的是適于集監(jiān)測控制于一體的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，云平臺的架構(gòu)，可有效應(yīng)對分布范圍更廣的現(xiàn)場終端的服務(wù)響應(yīng)，有效解決后臺服務(wù)其系統(tǒng)的多機集成、任務(wù)優(yōu)化分配、數(shù)據(jù)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，更為逐步開展的涉及現(xiàn)場終端、現(xiàn)場被監(jiān)控對象的售后服務(wù)內(nèi)容的拓展，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

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