鄧 圣，張初江，陳利芳，余焰文，黃丹萍

(撫州市氣象局，撫州 344000)

0 引言

隨著氣象、水利和工廠等領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展，對相關(guān)設(shè)備、儀器的自動化運行和不間斷供電需求也不斷提高，為了保障效率和運行穩(wěn)定，對設(shè)備持續(xù)供電以支撐運行也逐漸常態(tài)化[1]。

當(dāng)前，柴油發(fā)電機作為最經(jīng)濟實用的常規(guī)備用電源在各個行業(yè)中得到普遍應(yīng)用。在各項技術(shù)取得突破性進(jìn)展前，柴油發(fā)電機將占據(jù)主導(dǎo)地位。但是傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機維護維修完全依靠人工定期現(xiàn)場巡檢[2]，對發(fā)電機運行狀態(tài)的監(jiān)控也主要依賴人工現(xiàn)場查看。隨著人工成本的不斷提高，以及需要管理的柴油發(fā)電機數(shù)量逐漸增多，人力和物力的大量投入成為了亟需解決的問題。此外國家高度重視和推動智能化觀測的發(fā)展，柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程硬件控制技術(shù)符合國家要求[3]。曹春泉[4]、李紅雷[5]、陳安[6]、魏建林[7]、許峰[8]、曾春祥[9]等針對柴油機遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用及相應(yīng)的平臺進(jìn)行了深入研究；閆佩豪[10]、黃東升[11]等分別對柴油發(fā)動機的過程控制策略及排氣噪聲的控制等進(jìn)行了研究。文章將在以上研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于4G通信的柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程硬件控制系統(tǒng)的研發(fā)，旨在減少人工操作，進(jìn)一步提高運行維護效率。

1 研究內(nèi)容

為了有效實現(xiàn)柴油機組遠(yuǎn)程硬件的控制，文章研發(fā)了一款基于4G通信的柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程硬件控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分由柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程智能控制裝置構(gòu)成；軟件部分由用戶計算機的上位機軟件或移動客戶端軟件來實現(xiàn)其功能。該系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程通信硬件、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程智能控制3方面研發(fā)。

1.1 遠(yuǎn)程通信硬件研發(fā)

通過遠(yuǎn)程通信硬件開發(fā)，使通信設(shè)備和柴油發(fā)電機通信端口匹配，從而實現(xiàn)發(fā)電機組運行狀況參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測；用戶可通過遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送命令操作發(fā)電機組，實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護和保障。此外，技術(shù)人員還可以第一時間訪問云服務(wù)器，獲取4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置記錄的數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程分析診斷，減少了維修維護時間，節(jié)省了人員經(jīng)費，提高了工作效率和質(zhì)量。

1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控研發(fā)

遠(yuǎn)程監(jiān)控主要是利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控柴油發(fā)電機組的運行情況。通過無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)移動客戶端與柴油發(fā)電機組的通信連接，并通過移動客戶端實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。移動客戶端一般可實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動運行和停止運行功能，且能夠?qū)崟r自動監(jiān)測柴油發(fā)電機組的油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、負(fù)載狀態(tài)、電池電壓、三相線電壓和三相相電壓等參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備異?；蛘邤?shù)據(jù)異常時，可實時推送報警數(shù)據(jù)。

1.3 遠(yuǎn)程智能控制研發(fā)

遠(yuǎn)程智能控制硬件可實現(xiàn)對柴油發(fā)電機組的按鍵操作，從而遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)電機組的運行情況。當(dāng)發(fā)電機組出現(xiàn)異常時，利用遠(yuǎn)程智能控制硬件，基于TCP/IP通信協(xié)議，發(fā)送相應(yīng)控制命令對柴油發(fā)電機組進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2 柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程硬件控制裝置設(shè)計

柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程硬件控制裝置設(shè)計主要包括發(fā)電機控制硬件、4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置和遠(yuǎn)程故障診斷3方面設(shè)計。

2.1 發(fā)電機控制硬件的設(shè)計

1)基于發(fā)電機專用的云控制器(定制)QX10為核心電控技術(shù)系統(tǒng)，利用云服務(wù)器和用戶信息終端組成一個完整的云發(fā)電機組；

2)以定制的4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置為技術(shù)核心系統(tǒng)，發(fā)電機組控制器、云服務(wù)器和用戶信息終端組成一套完整的云發(fā)電機組。

2.2 4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置設(shè)計

圖1為基于4G柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程智能控制裝置結(jié)構(gòu)圖，其主要通過基站將控制數(shù)據(jù)發(fā)送至Internet網(wǎng)，并將Internet網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至發(fā)電機控制器。在此過程中，使用4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置DTU無線數(shù)據(jù)模塊，通過Internet網(wǎng)4G無線傳輸技術(shù)和云數(shù)據(jù)中心連接遠(yuǎn)端計算機或移動客戶端，解決了RS-232通信串口設(shè)備只能短距離連接計算機的問題，此方法適合在偏遠(yuǎn)地區(qū)及需要開展無人值守的領(lǐng)域應(yīng)用。

圖1 柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程智能控制裝置

該裝置DTU無線數(shù)據(jù)模塊基于ARM平臺和MCU中央處理器嵌入式操作系統(tǒng)，提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232，RS-485，CAN總線通信串口，可以與發(fā)電機控制器快速連接，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將與無線遠(yuǎn)程智能控制裝置DTU無線數(shù)據(jù)模塊相連的設(shè)備數(shù)據(jù)通過Internet傳輸?shù)街鳈C和移動客戶端，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能。此外還可以通過用戶計算機或移動客戶端的軟件遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)電機組運行實時數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測柴油發(fā)電機組的油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、電池電壓、三相線電壓和三相相電壓等重要參數(shù)，從而及時全面地掌握發(fā)電機組的健康狀況。

2.3 遠(yuǎn)程故障診斷設(shè)計

遠(yuǎn)程故障診斷主要是通過軟件(用戶計算機的上位機軟件和移動客戶端軟件)來實現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電機組出現(xiàn)無法及時排除的故障時，技術(shù)人員可以通過軟件第一時間訪問云服務(wù)器，獲取4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置記錄的數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程分析診斷，達(dá)到在最短時間內(nèi)判斷出故障問題的目的，減少維修維護時間和節(jié)省人員經(jīng)費，提高了工作效率和質(zhì)量。

3 業(yè)務(wù)中的實際應(yīng)用效果

目前該系統(tǒng)已投入到撫州地區(qū)進(jìn)行業(yè)務(wù)運行測試，通過移動客戶端和電腦對柴油發(fā)電機組啟動高達(dá)80多次，成功率100%，并有效地實時自動監(jiān)測柴油發(fā)電機組的油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、負(fù)載狀態(tài)、電池電壓、三相線電壓和三相相電壓等參數(shù)，參數(shù)指標(biāo)均正常，為全省乃至全國氣象站柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程控制提供了借鑒。

以撫州市新一代天氣雷達(dá)站柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程控制為例，測試時間為2021-08-29T15：01，測試運行時長為6 h 31 min，通過其移動客戶端軟件查詢歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)柴油發(fā)電機組自動發(fā)電時，手機會接收到短信通知，隨后通過移動客戶端查看柴油發(fā)電機組各項要素參數(shù)，如油壓、三相相電壓、水溫、轉(zhuǎn)速、電池電壓、發(fā)電頻率等各項參數(shù)指標(biāo)都顯示正常。當(dāng)運行6 h 31 min后，柴油發(fā)電機組自動關(guān)閉，手機也收到相關(guān)短信?？梢钥闯鲈撛O(shè)備運行正常，各項參數(shù)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。

以撫州市機場觀測站柴油發(fā)電機組遠(yuǎn)程硬件控制為例，測試時間為2021-09-14T07：27，測試運行時長為10 h 40 min，通過其移動客戶端軟件查詢歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)柴油發(fā)電機組自動發(fā)電時，手機收到短信通知，隨后通過移動客戶端查看柴油發(fā)電機組各項要素參數(shù)，當(dāng)運行10 h 40 min后，柴油發(fā)電機自動關(guān)閉，手機也收到相關(guān)短信。可以看出該設(shè)備運行正常，各項參數(shù)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

文章基于當(dāng)前的4G無線網(wǎng)絡(luò)通信信息技術(shù)，利用發(fā)電機組硬件控制器和4G無線遠(yuǎn)程智能控制裝置(DTU)，通過電腦端和移動客戶端構(gòu)建遠(yuǎn)程設(shè)備和發(fā)電機組的實時通信連接，實現(xiàn)對發(fā)電機組實時運行狀態(tài)的持續(xù)同步遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。該系統(tǒng)可在監(jiān)控到運行異常時，第一時間通過電腦端和移動客戶端發(fā)出操作指令對柴油發(fā)電機組進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，提高了柴油發(fā)電機組的運維效率。