內燃機電站中物聯網技術的應用探討

王新，鄭志強，王艷敏，林海

（1.中國石油集團濟柴動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）

內燃機電站是由多臺柴油/天然氣發電機組組成的獨立電源，其用途廣泛。即可作為野外無電網施工的主用電源，也可在電力缺乏地區與電網進行調峰運行，還可作為備用電源以保障重要負荷的正常運行。因此內燃機電站的穩定、安全運行是保證電力正常供應的首要條件，電站的運行需要一種高效、經濟、專業的管理模式。傳統的電站運行主要是配備專業的值班人員監控設備的運行情況和執行維護保養工作。日常運行依賴個人能力與態度，故障處理全憑個人經驗，造成巡檢盲區多、隱患積累多，存在巨大的隱性風險。同時、運行缺乏數據支撐，運行無預警，故障判斷無依據，造成停機時間長。

物聯網是通過信息傳感設備，按約定的協議，把物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，它是在互聯網基礎上延伸和擴展的一種網絡。利用物聯網+云監控平臺對電站進行遠程監控和管理，用信息化手段代替傳統的值班方式，可對設備的運行狀態做到實時監控、提前預警等智能化管理。

1 系統組成

云監控系統組成主要包括現場終端、數據傳輸網絡、數據中心、用戶終端（手機APP、大屏顯示、PC用戶端）等部分。典型系統組網方式如圖1。

1.1 現場終端

現場終端在原發電機組控制屏的基礎上進行功能升級，添加DTU數據采集設備，對發電機組控制器(LXC7220)中的數據進行采集并上傳至數據中心服務器，實現設備數據遠程透明傳輸，于此同時可將前端設備所處位置的GPS信息上報至服務器，實現設備定位。發電機組控制器采用國際或國內知名品牌，發動機熱工參數以及發電機電參數通過傳感器全部采集至發電機組控制器。DTU數據采集器與發電機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電機組控制器的端口支持。DTU與控制器的通訊采用MODBUS RTU通訊協議，進行數據讀取與管理。

圖2 DTU數據采集器

圖3 現場終端控制屏

圖1 系統組網圖

1.2 數據傳輸網絡

DTU設備內部集成了GPRS/CDMA/ET模塊，支持無線通信和以太網通信技術。使該系統現場終端、數據中心、用戶終端接入互聯網。考慮內燃機電站的可移動性和便于安裝的目的，大多數案例的通訊方式采用4G物聯網卡即GPRS通信。

1.3 數據中心服務器

數據中心承擔著整個系統的計算服務，是整個系統的核心部分。服務器的構成包括處理器、硬盤、內存、系統總線等，和通用的計算機架構類似，但是由于需要提供高可靠的服務，因此在處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面要求較高。因此搭建一臺服務器的成本是相對較高的，目前大多數用戶使用阿里云提供的租賃服務器。可根據用戶設備數量匹配合適的服務器，并方便后期升級維護。

數據中心主要承擔三方面作用：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，進行身份驗證、數據管理、用戶交互。3.中轉與存儲所有數據，定期掃描，對設備的運行狀態進行實時監控和功能實現。

1.4 用戶終端

用戶終端是用以顯示信息和遠程控制的用戶界面。主要以手機APP、網頁、大屏幕等方式通過友好的軟件界面對設備信息進行展示和管理。

圖4 網頁監控界面

2 系統配置

為保證現場終端與數據中心能夠進行正常的數據交互，需要對DTU設備進行功能配置。配置項目包含但不限于以下內容：

2.1 設備ID號

DTU設備的身份編號，通過這個編號，服務器可識別已經連接的設備

2.2 設備軟硬件版本號

反應了設備的軟硬件版本信息，用于廠家的技術支持。

2.3 服務器登錄密碼

為了增加數據中心的安全性，DTU 在登錄上目標服務器時會發送一包稱為“注冊包” 的數據。在注冊包中會包含該參數，用戶軟件如果發現登錄密碼不符，可以拒絕設備的登錄。“登錄密碼”可以設置成任何 8 字節長的字符串。

2.4 IP地址

IP 地址是 IP 協議提供的一種統一的地址格式，它為互聯網上的每一個網絡和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異。

2.5 DNS設置

當使用域名方式連接數據中心時，要配置域名服務器的 IP。一般情況下使用當地移動 DNS 服務器連接會比較迅速。另外，此項可留空，留空時使用 DTU 內部固化DNS 地址。

圖5 系統配置界面

3 系統功能

3.1 歷史記錄

對設備每次運行的數據進行記錄，同時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、晚期技術分析。

3.2 故障診斷

對于超限值的參數進行故障報警和記錄，同時記錄故障前18S內其他各參數（黑匣子功能），以便于遠程故障診斷。

3.3 保養提示

系統內可對各部件的生命周期進行設置，運行時間到達后在平臺上發出公告提示并記錄保養工單，便于設備管理。

3.4 區域定位

系統集成GPS定位功能，實時掌握設備的分布情況。

3.5 實時監控

系統可對設備的運行狀態進行實時監控。即可遠程控制發電機組啟動/停止，斷路器分/合閘；又可對運行狀態、工作模式進行監視，包括發電機組控制器輸入輸出狀態、運行數據監視（轉速、電池電壓、運行時間、水溫、油壓、油耗、電壓、電流、功率、功率因數、頻率、累積電量）。系統還可以連接現場網絡攝像頭，查看設備現場情況。

3.6 短信推送

根據不同用戶的特殊需求，系統具備短信推送功能。即在設備開/停機，保養提示，故障報警時向指定手機發送短信提示。

4 結語

物聯網技術在內燃機電站上的應用是科技和經濟發展的必然趨勢。云監控系統的開發產生了可觀的經濟和社會效益，他的應用實現了設備的自動狀態跟蹤，降低了操作人員的勞動強度，提高了電站的智能化水平和數據的準確度，提高了生產效率；同時強化設備的維護保養，專家團隊遠程在線支持，提高使用壽命，實現了設備的健康管理。