車載柴油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

□梁 強(qiáng) 楊 璞

長期以來，海峽之聲廣播電臺(tái)330KW 電源車的操作控制和工作狀態(tài)掌握，只能依靠人工方式在發(fā)電車上完成，依靠手工記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)不能完成實(shí)時(shí)記錄，當(dāng)發(fā)電車運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異?；虬l(fā)生故障時(shí)得不到及時(shí)預(yù)警。另外電源車的噪音大、工作環(huán)境差，安全隱患大，不宜安排人員在發(fā)電車前值班。為此，需設(shè)計(jì)一套安全、簡單、可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，以方便維護(hù)，降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

車載柴油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過INTEILITE NT AMF25 科邁控制器信號(hào)采集模塊在本地采集柴油機(jī)組的各種信號(hào)，通過RS232 串口與PLC 進(jìn)行通信。PLC 主要通過梯形圖語言來實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的狀態(tài)信號(hào)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算，根據(jù)上位機(jī)的輸入信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。同時(shí)PLC 與組態(tài)顯示屏通信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。組態(tài)顯示屏在實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)還可以提供故障報(bào)警，以及機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以歷史曲線的方式便于查詢。系統(tǒng)控制原理如圖一所示。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

信號(hào)采集。發(fā)電機(jī)組信號(hào)的采集主要以AMF25 信號(hào)采集模塊為核心，配以分布在柴油機(jī)、電機(jī)各個(gè)部位的電流、電壓互感器、頻率變送器、轉(zhuǎn)速計(jì)、溫度、壓力傳感器等采集來的電站工作狀態(tài)各個(gè)參數(shù)，參數(shù)經(jīng)過處理后進(jìn)入AMF 模塊。AMF 模塊對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理并判斷是否有故障發(fā)生，無故障發(fā)生則循環(huán)執(zhí)行問答程序?？刂破髂軐?shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況進(jìn)行本地控制也可以通過RS232 通訊接口PLC 連接進(jìn)行各種控制邏輯寫入、參數(shù)設(shè)置及遠(yuǎn)程監(jiān)控?？赏耆O(shè)置的7 個(gè)輔助輸入(用戶可自編程定義)和7 個(gè)輔助輸出端，可用于啟動(dòng)、報(bào)警或停機(jī)等其他功能。

圖一：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖

PLC邏輯控制。PLC可選擇維控可編程控制器，它主要將外部的輸入信號(hào)如按鍵、感應(yīng)器、開關(guān)及脈波等的狀態(tài)讀取后，依據(jù)這些輸入信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)值并根據(jù)內(nèi)部儲(chǔ)存預(yù)先編寫的程序，以微處理機(jī)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)如柴油發(fā)電機(jī)組的開關(guān)、機(jī)組合閘分閘的操作。通過電腦或程序書寫器可輕易的編輯/修改程序及監(jiān)控裝置狀態(tài)，進(jìn)行現(xiàn)場程序的維護(hù)與試機(jī)調(diào)整。PLC的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器電氣控制圖，是在原繼電器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。設(shè)計(jì)中使用的元件如按鈕X、中間繼電器M、時(shí)間繼電器T、計(jì)數(shù)器C、觸點(diǎn)等，都和實(shí)際的電氣元件的特性相似。

組態(tài)監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)。車載柴油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要選擇“MCGS 嵌入版組態(tài)軟件”。該軟件是基于RTOS (real-timemulti-tasks operating system）實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的組態(tài)軟件，用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，從而把用戶從繁瑣的編程中解脫出來，使用起來更加得心應(yīng)手。在車載柴油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中為了便于維護(hù)，防止錯(cuò)誤操作帶來的隱患，設(shè)計(jì)了用戶權(quán)限的管理、重要操作的提示等。其次為了便于查詢柴油機(jī)組歷史運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)了歷史運(yùn)行曲線查詢功能。在程序的框架上，主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架，設(shè)備窗口是MCGS 嵌入版系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介，用戶窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的“可視化”。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS 嵌入版系統(tǒng)的核心，運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段。

系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理。遠(yuǎn)程監(jiān)控主要是對(duì)柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，在實(shí)現(xiàn)這一功能時(shí)主要使用一個(gè)PID 算法。首先在循環(huán)策略塊中創(chuàng)建一個(gè)策略行，在策略行的條件部分可以控制該算法是否啟動(dòng)，設(shè)置循環(huán)策略的定時(shí)時(shí)間，在策略行的功能部分放置腳本程序構(gòu)件。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義如下數(shù)據(jù)對(duì)象：

在設(shè)備窗口中加入相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，指定ADdat0 數(shù)據(jù)對(duì)象和設(shè)備的模擬量輸入通道建立連接，指定DAdat0數(shù)據(jù)對(duì)象和設(shè)備的模擬量輸出通道建立連接。在策略行的程序構(gòu)件中編制如下所示的程序：

監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，每隔一秒鐘，執(zhí)行一次上面的程序，從而進(jìn)行一次PID調(diào)節(jié)。在程序中，由設(shè)定值和采集進(jìn)來的實(shí)際值計(jì)算輸出值。而采集和輸出的操作，由系統(tǒng)指揮設(shè)備構(gòu)件來完成，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)況。通過邏輯控制程序編寫、界面設(shè)計(jì)、硬件連接完成后聯(lián)機(jī)測(cè)試，系統(tǒng)可以成功地完成對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

為了便于監(jiān)控，在主監(jiān)控界面下還設(shè)計(jì)一個(gè)用于顯示機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史曲線界面，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過該界面以曲線的方式顯示。

結(jié)語

實(shí)踐證明，采用可編程控制器來取代目前很多繼電器等硬件控制電路是可行的，而且具有明顯的優(yōu)越性。相比使用工控機(jī)的監(jiān)控，使用組態(tài)觸摸屏監(jiān)控可以更加直觀，操作更方便，也更易于維護(hù)。本系統(tǒng)只是對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)際上對(duì)于廣播發(fā)射機(jī)在具備原有通訊協(xié)議和編程協(xié)議情況下也是可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的，故具有廣泛應(yīng)用前景。

①福州富昌維控電子科技有限公司：《WECON HMI PLC 可編程程控制器操作手冊(cè)》

②曹衛(wèi)彬：《C/C++串口通信典型應(yīng)用實(shí)例編程實(shí)踐》[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004。

③田慕玲,楊潔明：《自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的智能化控制與監(jiān)測(cè)》[J]，《煤礦機(jī)電》，2005,26(5):62-64。