內(nèi)燃機(jī)電站中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用探討

王新，鄭志強(qiáng)，王艷敏，林海

（1.中國(guó)石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司再制造分公司；2.巨龍鋼管有限公司，河北 滄州 062658）

內(nèi)燃機(jī)電站是由多臺(tái)柴油/天然氣發(fā)電機(jī)組組成的獨(dú)立電源，其用途廣泛。即可作為野外無電網(wǎng)施工的主用電源，也可在電力缺乏地區(qū)與電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰運(yùn)行，還可作為備用電源以保障重要負(fù)荷的正常運(yùn)行。因此內(nèi)燃機(jī)電站的穩(wěn)定、安全運(yùn)行是保證電力正常供應(yīng)的首要條件，電站的運(yùn)行需要一種高效、經(jīng)濟(jì)、專業(yè)的管理模式。傳統(tǒng)的電站運(yùn)行主要是配備專業(yè)的值班人員監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況和執(zhí)行維護(hù)保養(yǎng)工作。日常運(yùn)行依賴個(gè)人能力與態(tài)度，故障處理全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，造成巡檢盲區(qū)多、隱患積累多，存在巨大的隱性風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)、運(yùn)行缺乏數(shù)據(jù)支撐，運(yùn)行無預(yù)警，故障判斷無依據(jù)，造成停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)。利用物聯(lián)網(wǎng)+云監(jiān)控平臺(tái)對(duì)電站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，用信息化手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的值班方式，可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做到實(shí)時(shí)監(jiān)控、提前預(yù)警等智能化管理。

1 系統(tǒng)組成

云監(jiān)控系統(tǒng)組成主要包括現(xiàn)場(chǎng)終端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、用戶終端（手機(jī)APP、大屏顯示、PC用戶端）等部分。典型系統(tǒng)組網(wǎng)方式如圖1。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)終端

現(xiàn)場(chǎng)終端在原發(fā)電機(jī)組控制屏的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能升級(jí)，添加DTU數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)發(fā)電機(jī)組控制器(LXC7220)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程透明傳輸，于此同時(shí)可將前端設(shè)備所處位置的GPS信息上報(bào)至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備定位。發(fā)電機(jī)組控制器采用國(guó)際或國(guó)內(nèi)知名品牌，發(fā)動(dòng)機(jī)熱工參數(shù)以及發(fā)電機(jī)電參數(shù)通過傳感器全部采集至發(fā)電機(jī)組控制器。DTU數(shù)據(jù)采集器與發(fā)電機(jī)組控制器可通過多種方式連接，包括RS232、RS485、USB、LINK等，具體鏈接方式取決于發(fā)電機(jī)組控制器的端口支持。DTU與控制器的通訊采用MODBUS RTU通訊協(xié)議，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與管理。

圖2 DTU數(shù)據(jù)采集器

圖3 現(xiàn)場(chǎng)終端控制屏

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)圖

1.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

DTU設(shè)備內(nèi)部集成了GPRS/CDMA/ET模塊，支持無線通信和以太網(wǎng)通信技術(shù)。使該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)終端、數(shù)據(jù)中心、用戶終端接入互聯(lián)網(wǎng)?？紤]內(nèi)燃機(jī)電站的可移動(dòng)性和便于安裝的目的，大多數(shù)案例的通訊方式采用4G物聯(lián)網(wǎng)卡即GPRS通信。

1.3 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算服務(wù)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。服務(wù)器的構(gòu)成包括處理器、硬盤、內(nèi)存、系統(tǒng)總線等，和通用的計(jì)算機(jī)架構(gòu)類似，但是由于需要提供高可靠的服務(wù)，因此在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展性、可管理性等方面要求較高。因此搭建一臺(tái)服務(wù)器的成本是相對(duì)較高的，目前大多數(shù)用戶使用阿里云提供的租賃服務(wù)器?？筛鶕?jù)用戶設(shè)備數(shù)量匹配合適的服務(wù)器，并方便后期升級(jí)維護(hù)。

數(shù)據(jù)中心主要承擔(dān)三方面作用：1.管理所有DTU模塊傳入的信息。2.管理用戶終端軟件的連接，進(jìn)行身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)管理、用戶交互。3.中轉(zhuǎn)與存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)，定期掃描，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和功能實(shí)現(xiàn)。

1.4 用戶終端

用戶終端是用以顯示信息和遠(yuǎn)程控制的用戶界面。主要以手機(jī)APP、網(wǎng)頁、大屏幕等方式通過友好的軟件界面對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行展示和管理。

圖4 網(wǎng)頁監(jiān)控界面

2 系統(tǒng)配置

為保證現(xiàn)場(chǎng)終端與數(shù)據(jù)中心能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)交互，需要對(duì)DTU設(shè)備進(jìn)行功能配置。配置項(xiàng)目包含但不限于以下內(nèi)容：

2.1 設(shè)備ID號(hào)

DTU設(shè)備的身份編號(hào)，通過這個(gè)編號(hào)，服務(wù)器可識(shí)別已經(jīng)連接的設(shè)備

2.2 設(shè)備軟硬件版本號(hào)

反應(yīng)了設(shè)備的軟硬件版本信息，用于廠家的技術(shù)支持。

2.3 服務(wù)器登錄密碼

為了增加數(shù)據(jù)中心的安全性，DTU 在登錄上目標(biāo)服務(wù)器時(shí)會(huì)發(fā)送一包稱為“注冊(cè)包” 的數(shù)據(jù)。在注冊(cè)包中會(huì)包含該參數(shù)，用戶軟件如果發(fā)現(xiàn)登錄密碼不符，可以拒絕設(shè)備的登錄。“登錄密碼”可以設(shè)置成任何 8 字節(jié)長(zhǎng)的字符串。

2.4 IP地址

IP 地址是 IP 協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式，它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異。

2.5 DNS設(shè)置

當(dāng)使用域名方式連接數(shù)據(jù)中心時(shí)，要配置域名服務(wù)器的 IP。一般情況下使用當(dāng)?shù)匾苿?dòng) DNS 服務(wù)器連接會(huì)比較迅速。另外，此項(xiàng)可留空，留空時(shí)使用 DTU 內(nèi)部固化DNS 地址。

圖5 系統(tǒng)配置界面

3 系統(tǒng)功能

3.1 歷史記錄

對(duì)設(shè)備每次運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，同時(shí)可以文檔的形式輸出打印，代替了人工記錄。也便于故障的早、中、晚期技術(shù)分析。

3.2 故障診斷

對(duì)于超限值的參數(shù)進(jìn)行故障報(bào)警和記錄，同時(shí)記錄故障前18S內(nèi)其他各參數(shù)（黑匣子功能），以便于遠(yuǎn)程故障診斷。

3.3 保養(yǎng)提示

系統(tǒng)內(nèi)可對(duì)各部件的生命周期進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)行時(shí)間到達(dá)后在平臺(tái)上發(fā)出公告提示并記錄保養(yǎng)工單，便于設(shè)備管理。

3.4 區(qū)域定位

系統(tǒng)集成GPS定位功能，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的分布情況。

3.5 實(shí)時(shí)監(jiān)控

系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。即可遠(yuǎn)程控制發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)/停止，斷路器分/合閘；又可對(duì)運(yùn)行狀態(tài)、工作模式進(jìn)行監(jiān)視，包括發(fā)電機(jī)組控制器輸入輸出狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視（轉(zhuǎn)速、電池電壓、運(yùn)行時(shí)間、水溫、油壓、油耗、電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、累積電量）。系統(tǒng)還可以連接現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，查看設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況。

3.6 短信推送

根據(jù)不同用戶的特殊需求，系統(tǒng)具備短信推送功能。即在設(shè)備開/停機(jī)，保養(yǎng)提示，故障報(bào)警時(shí)向指定手機(jī)發(fā)送短信提示。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)電站上的應(yīng)用是科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。云監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，他的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)狀態(tài)跟蹤，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了電站的智能化水平和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，提高了生產(chǎn)效率；同時(shí)強(qiáng)化設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，專家團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程在線支持，提高使用壽命，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的健康管理。