基于多串口通信的柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺

　　柴油發(fā)電機組在無市電供應(yīng)及需要不間斷供電的地方，如電信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)的機站、機房，銀行、醫(yī)院等單位的供電系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。在電信系統(tǒng)內(nèi)，通常一個縣級局要管理多個供電機房，這些機房有的位于市區(qū)，有的位于偏僻的高山，有的有人值守，有的無人值守，但都需要不間斷供電，一般每個機房有一至數(shù)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)電機組實現(xiàn)計算機自動監(jiān)控和統(tǒng)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(nèi)設(shè)集中監(jiān)控中心，監(jiān)控主機通過公用電話網(wǎng)實現(xiàn)對各個下級機站柴油發(fā)電機組的遠(yuǎn)程實時自動監(jiān)控和管理，系統(tǒng)構(gòu)建方便，實現(xiàn)簡單，使用可靠，適合實際的需求，得到了廣泛應(yīng)用。
　　
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　柴油發(fā)電機組經(jīng)MODEM與電話線路相連，在電話線路的另一端再經(jīng)MODEM與監(jiān)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SDH信道傳輸數(shù)據(jù)，從而省掉電話線路兩邊的MODEM，等同于RS-232串口電纜直接相連。
　　
　　如果一個下級機站內(nèi)有多臺柴油發(fā)電機組需要監(jiān)控，在電話線路允許的情況下，可以為每臺機組分配一條電話線，各占用監(jiān)控主機的一個RS-232串口。如果電話線路有限，也可將機站內(nèi)的各臺柴油發(fā)電機組通過RS-485總線連成一個網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器，再接MODEM（見圖2），通過一條電話線路與監(jiān)控主機相連，只占用監(jiān)控主機的一個RS-232串口，每個機組分配一個地址，監(jiān)控主機依靠地址來區(qū)分機組，輪流通過同一條電話線路監(jiān)控各臺機組，但這樣一來會降低監(jiān)控系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

　　RS-485總線為兩線半雙工串口總線，使用雙絞線以平衡差分方式傳送數(shù)據(jù)，其主要特點有：傳送速率快，最快達(dá)每秒10M位；傳送距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)達(dá)1200米；抗干擾能力強，在噪聲環(huán)境下長距離驅(qū)動32個節(jié)點。

　　
2 柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊
　　
　　每臺柴油發(fā)電機組配一個監(jiān)控模塊，就可以通過串口對柴油發(fā)電機組進行計算機監(jiān)控，各種信號從柴油發(fā)電機組電控箱內(nèi)取。
　　
　　我們選用80C552單片機作監(jiān)控模塊控制****，采用大規(guī)模集成電路，并結(jié)合了先進的設(shè)計技術(shù)。監(jiān)控模塊帶有雙看門狗電路，確保系統(tǒng)在意外死機時能自動恢復(fù)工作，這在無人值守的情況下是極其重要的。
　　
　　柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊測量機組輸出三相電壓、三相電流、機組頻率、機組轉(zhuǎn)速、機油壓力、冷卻水溫、燃油油位、機組啟動電池電壓、輸出功率等運行參數(shù)并根據(jù)需要發(fā)送至監(jiān)控主機。冷卻水溫、機油油壓等參數(shù)的測量傳感器一般都不是線性的，而且不同柴油發(fā)電機組生產(chǎn)廠家選用的傳感器差異很大，監(jiān)控模塊保存監(jiān)控主機發(fā)來的數(shù)據(jù)表格，并根據(jù)表格對采來的冷卻水溫、機油油壓等參數(shù)進行線性化處理，以適應(yīng)不同的傳感器。監(jiān)控模塊有不掉電存儲器，可以保存大量的工作、控制參數(shù)。
　　
　　當(dāng)測量的運行參數(shù)超出設(shè)定的上下限報警值，監(jiān)控模塊根據(jù)復(fù)雜的控制邏輯控制柴油發(fā)電機組的各種動作：起動、停機、ATS轉(zhuǎn)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/手動狀態(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(jiān)控主機。
　　
　　監(jiān)控主機也可根據(jù)需要遙控機組開機、關(guān)機、緊急停機、市電/油機ATS轉(zhuǎn)換或油機/油機ATS轉(zhuǎn)換等。
　　
　　柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊的所有設(shè)置都可以在現(xiàn)場通過面板鍵盤完成，或者由監(jiān)控主機在遠(yuǎn)處通過串口進行。監(jiān)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(shù)據(jù)8位，停止1位，無校驗位），數(shù)據(jù)傳輸率1.2kb/s—19.2kb/s可選，監(jiān)控主機和監(jiān)控模塊之間采用嚴(yán)格的主從方式交換數(shù)據(jù)（監(jiān)控模塊只有在收到監(jiān)控主機的命令后才會返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，而不會主動發(fā)送數(shù)據(jù)給監(jiān)控主機）。這樣的設(shè)計非常適合構(gòu)建我們的柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺。
　　
　　柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊根據(jù)功能的強弱不同，已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，以適應(yīng)不同的需求。監(jiān)控模塊本身結(jié)構(gòu)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(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)前端智能設(shè)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(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗。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(jié)）；
　　
　　CC： 命令（兩字節(jié)）；
　　
　　SSSS： 數(shù)據(jù)地址（四字節(jié)）；
　　
　　WWWW：數(shù)據(jù)（四字節(jié)）；
　　
　　LRC： 校驗碼（兩字節(jié)）；
　　
　　CR： 回車；
　　
　　LR： 換行。
　　
　　響應(yīng)格式：AA，CC，RENUM，DATA，LRC，CR，LR
　　
　　RENUM：返回響應(yīng)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)；
　　
　　DATA： 返回數(shù)據(jù)；
　　
　　其余解釋與命令格式相同。

　　
4 串口擴充
　　
　　通常一個縣級局管理著幾個下級機站，如果采用監(jiān)控中心只用一條電話線路，由監(jiān)控主機撥號接通一個下級機站，監(jiān)控一下，掛斷連接，再撥號接通另一個機站的輪流分時監(jiān)控的方案，在機站較多時，系統(tǒng)反應(yīng)時間太慢，難以做到實時監(jiān)控，所以監(jiān)控中心為每個下級機站分配一條電話線路，同時連接監(jiān)控所有機站。但是用作監(jiān)控主機的系統(tǒng)計算機一般只有兩個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(shù)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(shù)庫和多種工具，支持VB、 Delphi、C++等流行編程語言，使用時可以直接調(diào)用，方便編程，但應(yīng)注意，函數(shù)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(tǒng)本身具有多任務(wù)的特點，所以可以通過精心設(shè)計監(jiān)控平臺軟件同時操縱這些RS-232串口并行地監(jiān)控各個下級機站，做到實時監(jiān)控（如果某下級機站有不止一臺的柴油發(fā)電機組需要監(jiān)控而采用RS-485方式相連，那么對這些機組仍需分時監(jiān)控）。
　　
5 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件
　　
　　柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺對分布的柴油發(fā)電機組進行遙控、遙信和遙測，實時監(jiān)視其運行參數(shù)，監(jiān)測和處理故障，記錄和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)設(shè)備少人或無人值守及集中維護。
　　
　　遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件包括兩部分：監(jiān)控軟件和界面構(gòu)造軟件，整套軟件用Delphi5.0編制。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件同樣可以用來監(jiān)控別的設(shè)備。
　　
　　遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件按照通信協(xié)議區(qū)分有兩個版本：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(jiān)控模塊監(jiān)控。
　　
　　遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件對軟、硬件環(huán)境要求不高，普通的奔騰機，16M內(nèi)存，中文版Windows95以上版本就可正常運行。
　　
　　5.1 界面構(gòu)造軟件
　　
　　由于我們的柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊是一系列化產(chǎn)品，監(jiān)控的參數(shù)有一些差別，而且即使使用同一型號的監(jiān)控模塊，不同的用戶在監(jiān)控的參數(shù)上也有數(shù)量和名稱的不同，為了避免重復(fù)開發(fā)監(jiān)控軟件，以及現(xiàn)場安裝調(diào)試的方便，我們開發(fā)了一套界面構(gòu)造軟件。
　　
　　根據(jù)提供的軟件使用說明書和相應(yīng)的通信協(xié)議，即使是用戶也能方便地針對某一臺需監(jiān)控的柴油發(fā)電機組設(shè)計一個監(jiān)控界面，監(jiān)控的參數(shù)數(shù)量，參數(shù)的名稱，以及字體，顏色，背景畫面等，都可以根據(jù)需要和自己的喜好設(shè)定。設(shè)計一個監(jiān)控界面，并生成界面文件后，指定每一個監(jiān)控對象對應(yīng)的界面文件，監(jiān)控軟件自動調(diào)入這些界面文件轉(zhuǎn)化成界面并監(jiān)控相應(yīng)的柴油發(fā)電機組。
　　
　　5.2 監(jiān)控軟件
　　
　　監(jiān)控軟件的功能框圖如下（圖3）：

　　在完成必要的參數(shù)設(shè)置后，監(jiān)控軟件分別撥號與需要監(jiān)控的柴油發(fā)電機組建立連接，同時操縱多個RS-232串口發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，監(jiān)控柴油發(fā)電機組，反應(yīng)時間與只監(jiān)控一個機組的反應(yīng)時間是一致的，約2秒完成一次實時數(shù)據(jù)刷新。如果一個機站內(nèi)有多臺機組連成RS-485網(wǎng)絡(luò)通過一條電話線路與監(jiān)控主機相連，則監(jiān)控軟件對這幾臺機組輪流分時監(jiān)控，數(shù)據(jù)刷新時間= （同一RS-485網(wǎng)絡(luò)上的機組數(shù)X 2）秒。監(jiān)控軟件收集各個柴油發(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(jiān)控機組選擇：
　　
　　導(dǎo)航樹窗口清晰地顯示出整個監(jiān)控平臺系統(tǒng)的構(gòu)造：系統(tǒng)內(nèi)有多少個機站，每個機站內(nèi)有多少臺柴油發(fā)電機組，機站與監(jiān)控中心監(jiān)控主機之間是通過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(jiān)控狀態(tài)等。點擊某機組圖標(biāo)，則其監(jiān)控界面彈至最前，作為主監(jiān)控界面，此時可以監(jiān)視機組狀況，并完成控制、參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。
　　
　　撥號和掛機：
　　
　　對所有需監(jiān)控的機站按各自設(shè)定的電話號碼進行撥號連接，工作結(jié)束后，將所有已撥號連接的機站斷開撥號通信連接。可以所有機站同時自動操作，也可各個機站獨立操作。系統(tǒng)設(shè)有定時自動監(jiān)控功能，按設(shè)定的時間自動撥號連接，監(jiān)控時間到后，斷開撥號通信連接。
　　
　　如果通過SDH信道傳輸數(shù)據(jù)，則相當(dāng)于用RS-232串口直接電纜相連，不需撥號和掛機功能。
　　
　　系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：
　　
　　設(shè)置需要監(jiān)控的機站，以及電話號碼、機組地址、定時撥號、對應(yīng)RS-232串口、通信波特率等參數(shù)。
　　
　　模塊參數(shù)設(shè)置：
　　
　　對每一個柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊，要使其按預(yù)定的功能正常工作，必須設(shè)置許多參數(shù)：機組地址、通信波特率、上下限報警值、傳感器線性化參數(shù)、監(jiān)控模塊系統(tǒng)參數(shù)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(shù)。
　　
　　報警記錄：
　　
　　當(dāng)某臺柴油發(fā)電機組有報警信息產(chǎn)生時，其對應(yīng)的監(jiān)控界面彈至最前，成為主監(jiān)控界面，同時發(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)生一個報警文件，以當(dāng)天的日期做文件名。報警文件定期清除。
　　
　　報表打印：
　　
　　可以單獨打印每一個報警日志，也可以將當(dāng)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(dāng)天的工作日志存檔或上報。
　　
6 結(jié)束

　　我們開發(fā)的柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺系統(tǒng)投入使用以來，已經(jīng)先后在廣西、安徽、新疆等?。▍^(qū)）的多個縣級局內(nèi)安裝使用，雖然因為各地區(qū)的具體情況有些不同，系統(tǒng)的構(gòu)建也有些差異，但就用戶反饋回來的信息來看，各個遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺系統(tǒng)操作簡單，工作穩(wěn)定，提高了工作效率和管理水平，用戶反應(yīng)還是比較滿意的。相信隨著電信系統(tǒng)對原有柴油發(fā)電機組進行計算機自動監(jiān)控改造工作的逐步展開，該柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺系統(tǒng)的使用量還會有較大數(shù)量的增長。