基于GPRS和虛擬串口的遠(yuǎn)程CEMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐董冬　王菊

摘要：為實(shí)現(xiàn)電廠CEMS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，建立CEMS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集中心，本文主要提出一種基于GPRS和虛擬串口技術(shù)的解決方案。通過本地串口服務(wù)器將本地上位機(jī)中的數(shù)據(jù)提取出來，再利用GPRS DTU將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至具有固定IP的數(shù)據(jù)接收端，最后利用虛擬串口技術(shù)進(jìn)行界面還原，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控的詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：GPRS 虛擬串口 遠(yuǎn)程CEMS系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0179-01

CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的縮寫，是指對(duì)大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測(cè)并將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置，被稱為“煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)”。傳統(tǒng)的CEMS系統(tǒng)采取“分而治之”的方案，即每一套脫硫脫銷設(shè)備對(duì)應(yīng)一套CEMS系統(tǒng)。而每一個(gè)電廠又會(huì)有多臺(tái)機(jī)組，往往分布于廠區(qū)不同區(qū)域，這樣，既會(huì)增加相關(guān)運(yùn)維部門的運(yùn)維開支，又不利于電廠對(duì)于CEMS的集中管控。因此有必要對(duì)CEMS進(jìn)行在線監(jiān)控和集中管控。鑒于現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)無(wú)法直接接入Internet，因此本文提出一種采用GPRS和虛擬串口技術(shù)的解決方案，基于FameView平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和集中控制的CEMS系統(tǒng)，使設(shè)備商和設(shè)備管理人員可以隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)CEMS相關(guān)設(shè)備存在問題和缺陷。

1 遠(yuǎn)程CEMS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

以某電廠實(shí)際CEMS集控系統(tǒng)為例，現(xiàn)場(chǎng)有4臺(tái)發(fā)電機(jī)組，也即對(duì)應(yīng)4套CEMS運(yùn)行系統(tǒng)。每套CEMS獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)CEMS進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，運(yùn)維效率不高。

為了實(shí)現(xiàn)CEMS系統(tǒng)集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)的融合，并使融合后的系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和集中管理的功能。由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境限制，采用GPRS DTU作為傳輸介質(zhì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有運(yùn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，包括脫硫入口數(shù)據(jù)、脫硫出口數(shù)據(jù)、脫硝入口數(shù)據(jù)、脫硝出口數(shù)據(jù)、相關(guān)折算數(shù)據(jù)、探頭反吹狀態(tài)等。

遠(yuǎn)程CEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心上位機(jī)采用功能強(qiáng)大的FameView平臺(tái)開發(fā)，利用SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)管理工具。打開本地串口服務(wù)器，發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，采用GPRS技術(shù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心上位機(jī)的IP地址，利用虛擬串口“USR VCOM”作為數(shù)據(jù)接收端，將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)界面還原并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，制作數(shù)據(jù)報(bào)表和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)多套CEMS系統(tǒng)的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)有利于數(shù)據(jù)匯總，而且可以實(shí)現(xiàn)跨廠區(qū)之間的數(shù)據(jù)互通，有利于管理人員和設(shè)備供應(yīng)商隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的缺陷，大大提升了運(yùn)維效率和設(shè)備安全性。如圖1所示。

2 相關(guān)通訊配置

2.1 本地串口服務(wù)器配置

本地串口服務(wù)器配置可以通過配置FameView提供的“數(shù)據(jù)服務(wù)”功能實(shí)現(xiàn)。在FameView中選擇“數(shù)據(jù)服務(wù)”菜單下的“設(shè)置串口服務(wù)器”，進(jìn)行通訊串口參數(shù)設(shè)置，例如COM4 （9600，8，1，None）。設(shè)置好相應(yīng)的串口參數(shù)后，選擇“定義變量包”，將點(diǎn)表中的變量AI和DI，加入到相應(yīng)的變量包中，記下各個(gè)變量在變量包中的地址。然后在FameView的“我的系統(tǒng)”菜單下的“設(shè)置”，選擇“啟動(dòng)任務(wù)”勾選“串口服務(wù)器”并確定即可。

2.2 GPRS配置

GPRS DTU的相關(guān)配置可以通過DTU自帶的模塊配置軟件進(jìn)行相關(guān)配置。不同的品牌配置軟件的實(shí)現(xiàn)方式不盡相同，但需要配置主要參數(shù)都是一樣的。需要配置的主要參數(shù)包括串口基本參數(shù)、DTU終端編號(hào)、目標(biāo)的IP的地址或域名和目標(biāo)端口號(hào)，選擇傳輸協(xié)議為TCP/IP協(xié)議即可。配置成功后，DTU就可以與目標(biāo)IP地址的主機(jī)建立鏈接發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包含登陸幀、心跳幀和數(shù)據(jù)幀。

2.3 虛擬串口配置

在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)名為“USR VCOM”的虛擬串口軟件。這是一款能夠接收TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式，并將此數(shù)據(jù)映射為支持RS-232協(xié)議格式的串口通訊數(shù)據(jù)送入用戶虛擬出來的串口中。打開“USR VCOM”后，點(diǎn)擊“添加”，添加一個(gè)新的虛擬串口，選擇串口號(hào)，“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”選擇“TCP Client”，“目標(biāo)IP”填寫遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的IP地址，“目標(biāo)端口”填寫一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)中未被使用的端口號(hào)，最后點(diǎn)擊確定即可。

3 遠(yuǎn)程接收端配置

遠(yuǎn)程接收端仍然以FameView實(shí)現(xiàn)，首先需要在FameView中添加相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，選擇“基本應(yīng)用”菜單下的“設(shè)備通訊”，首先安裝名為“FMTELE”的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它實(shí)際上是FameView封裝的MODBUS協(xié)議，主要用于通過電話撥號(hào)或串口直連來訪問遠(yuǎn)程串口服務(wù)器。安裝完成后，就需要添加相應(yīng)的設(shè)備。點(diǎn)擊“設(shè)備驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)表”，這里我們可以將每一個(gè)CEMS系統(tǒng)看成一個(gè)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)CEMS系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)。“遠(yuǎn)程參數(shù)”中需根據(jù)DTU中SIM卡的電話號(hào)碼填寫；“本地參數(shù)”中所使用的就是我們利用“USR VCOM”虛擬出來的串口“COM1”；“通訊數(shù)據(jù)”可根據(jù)“模擬變量包”的規(guī)模定義相應(yīng)的參數(shù)。

3.1 軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程CEMS系統(tǒng)基于FameViwe軟件實(shí)現(xiàn)。采用模塊化編程思想，主要將軟件分為數(shù)據(jù)采集預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊和組態(tài)顯示畫面3個(gè)部分。

數(shù)據(jù)采集預(yù)處理模塊主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硫化物和氮氧化物數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，以及變量的轉(zhuǎn)換、標(biāo)定，數(shù)據(jù)濾波，編程中間量和簡(jiǎn)單的計(jì)算等功能。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊

出于對(duì)數(shù)據(jù)安全性和完整性的考慮，系統(tǒng)采用SQL SERVER2000作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇ODBC數(shù)據(jù)源橋接作為數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接工具，每5分鐘記錄一次，實(shí)時(shí)保存所有監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)和狀態(tài)量，對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化以及報(bào)表處理提供依據(jù)。

3.3 組態(tài)顯示畫面

系統(tǒng)界面采用多屏幕切換，清晰直觀，包括數(shù)值監(jiān)測(cè)、量程設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CEMS系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行控制。其中實(shí)時(shí)參數(shù)以數(shù)值和實(shí)時(shí)曲線方式顯示，歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警信息以報(bào)表形式記錄，并可通過打印機(jī)進(jìn)行打印。

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)在 FameView 平臺(tái)下，基于 GPRS和虛擬串口技術(shù)，發(fā)送端利用GPRS網(wǎng)絡(luò)資源，搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，連接現(xiàn)場(chǎng)CEMS系統(tǒng)并利用DTU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收端采用虛擬串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收，建立起在遠(yuǎn)程對(duì)于多個(gè)CEMS系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)測(cè)，程序界面友好直觀，保障了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)CEMS工況，并能夠通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在的缺陷和問題，節(jié)省了大量人力物力，對(duì)于提高管理效率降低運(yùn)維成本有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]成春旺.監(jiān)控系統(tǒng)中基于 GPRS 的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2006.

[2]趙濤.基于 OPC 和 PLC 的煤礦主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[D].太原：太原理工大學(xué)，2010.

[3]韓亞東.基于GPRS技術(shù)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和研究與設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[4]楊楊，潘洪躍.基于虛擬串口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].大眾科，2008（4）：73-75.

[5]姜玉葉，丁保華，趙志科，張曉光.基于 OPC 和 GPRS 的空壓機(jī)遠(yuǎn)程通信狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2015（3）：107-110.

[6]劉從新.基于GPRS的分布式監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].電力系統(tǒng)通信，2004，25（8）：16-19.