自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的通信,是指計(jì)算機(jī)通過專線或公共電話交換網(wǎng)與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障記錄和數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。當(dāng)距離較近時(shí),計(jì)算機(jī)可直接與發(fā)電機(jī)組進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí),計(jì)算機(jī)與發(fā)電機(jī)組的通信要通過公共電話交換網(wǎng)。由于計(jì)算機(jī)的信號(hào)是數(shù)字信號(hào),公共電話交換網(wǎng)傳輸?shù)氖且纛l信號(hào),因此需通過調(diào)制解調(diào)器連接。
(1)通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的功能和組成介紹如下:
1)通信電源集中監(jiān)控的基本功能:電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控是指對(duì)于分散分布的電源裝置,由中央集控室通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行遙測(cè)、遙信和遙控(常稱為"三遙U,實(shí)時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行記錄、報(bào)警處理等,從而形成電源及相關(guān)設(shè)備的少人或元人值守與集中維護(hù)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
采用集中監(jiān)控管理系統(tǒng)后,利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程、通信技術(shù)及測(cè)控技術(shù)等現(xiàn)代手段,可將通信電源系統(tǒng)及其他自動(dòng)化電站的維護(hù)管理提高到一個(gè)新的水平。集中監(jiān)控管理系統(tǒng),就是對(duì)被控設(shè)備實(shí)行遙信、遙測(cè)和遙控。
、龠b信是指將正在運(yùn)行的電源設(shè)備的各種狀態(tài),反映到監(jiān)控中心。主要內(nèi)容有:
a.哪一路交流電在工作;市電還是柴油發(fā)電機(jī)組;電壓、頻率是否五常。
b.直流輸出是否正常;蓄電池處在浮充還是均充狀態(tài);每臺(tái)整流器是否正常運(yùn)行。
c.電池組的運(yùn)行情況是否正常;有無過放電。
、谶b測(cè)是根據(jù)遙信獲得的資料,及時(shí)判斷所發(fā)生的情況,或者定時(shí)測(cè)試必要的技術(shù)數(shù)據(jù),以便分析故障。主要內(nèi)容有:
a.市電停電后,柴油發(fā)電機(jī)組在多長時(shí)間內(nèi)正常供電。
b.市電停電后,柴油發(fā)電機(jī)組尚未起動(dòng)時(shí),蓄電池能夠單獨(dú)供電的時(shí)間有多長;恢復(fù)供電后,蓄電池均充時(shí)間是否與設(shè)定的均充時(shí)間相符。
c.正在運(yùn)行中的某一臺(tái)整流器發(fā)生故障時(shí),能遙測(cè)出故障的性質(zhì)。
d.遙測(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)。如停電時(shí)間;故障時(shí)間和次數(shù);柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間等均能自動(dòng)記錄、顯示和打印。
、圻b控即遠(yuǎn)距離操作。遙控主要的內(nèi)容有:
a.遙控關(guān)機(jī)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不正常時(shí),應(yīng)先遙控關(guān)機(jī),查清情況或修理后再開機(jī)。
b.遙控開機(jī)。在無人值守的機(jī)房中,若市電停電,必須遙控起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。整流器自動(dòng)開機(jī)失敗后,也可用手動(dòng)遙控開機(jī)。
2)監(jiān)控對(duì)象及內(nèi)容,目前,主用電源和備用電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象和內(nèi)容包括
①高壓配電設(shè)備遙測(cè)三相電壓、三相電流、高壓操作電流和電壓。遙信變壓器溫度過高、瓦斯報(bào)警等。
、诘蛪号潆娫O(shè)備遙測(cè)進(jìn)線柜三相電壓、三相電流、頻率、功率因數(shù)、重要部位的溫度。遙信主要開關(guān)狀態(tài)、缺相、過電壓、欠電壓等。遙控重要配電開關(guān)分合閘。
、壅髟O(shè)備遙測(cè)交流輸人電壓和電流、直流輸出電壓和總輸出電流、主要熔斷器溫度、各整流器的輸出電流。遙信蓄電池工作在浮充或均充狀態(tài)、整流器故障、直流輸出過電壓和欠電壓、熔絲斷。遙控整流器復(fù)位、開機(jī)和關(guān)機(jī)。
、苄铍姵剡b測(cè)總電壓,充放電安時(shí)數(shù)、各電池端電壓、電池工作溫度等。
、葑詣(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組遙測(cè)三相電壓、三相電流、輸出功率、頻率(轉(zhuǎn)速)、燃油油位、冷卻水水位、潤滑油油壓、起動(dòng)蓄電池電壓等。遙信工作狀態(tài)(運(yùn)行與停機(jī))、工作方式(自動(dòng)與手動(dòng))、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)、機(jī)油壓力低、水溫高、燃油油位低、電壓異常、過電流、頻率(轉(zhuǎn)速)、超速、起動(dòng)失敗、起動(dòng)電池低電壓等狀態(tài)指示與異常報(bào)警。遙控起動(dòng)或停機(jī)、緊急停機(jī)、負(fù)載變換等。
、藿涣鞣(wěn)壓器遙測(cè)一次電壓和二次電壓。遙信穩(wěn)壓器工作、市電直通、穩(wěn)壓器故障等。
、卟婚g斷電源(UPS)遙測(cè)交流輸入電壓、直流電壓、標(biāo)準(zhǔn)電池端電壓、交流輸出電壓、電流、頻率等。遙信市電故障、整流器故障、逆變器故障、UPS供電、市電供電、電池電壓低等。
、嗑植靠照{(diào)設(shè)備遙測(cè)機(jī)房溫度,迸氣壓力與排氣壓力等。遙信工作狀態(tài)、溫度過高、溫度過低、濕度過大、濕度過小、風(fēng)機(jī)故障、壓縮機(jī)故障、加濕器故障、排氣壓力過大、進(jìn)氣壓力過低等。遙控開機(jī)和關(guān)機(jī)。
、嶂醒肟照{(diào)設(shè)備遙測(cè)冷凍水的進(jìn)出溫度、重要機(jī)房的溫度、濕度、電源電壓和電流。遙信電源缺相、機(jī)油溫度高、壓縮機(jī)運(yùn)行或停機(jī)等。遙控開機(jī)和關(guān)機(jī)。
⑩機(jī)房環(huán)境包括各電源空調(diào)機(jī)房溫度、濕度、煙霧、潮濕、門開報(bào)警等。為了實(shí)施集中監(jiān)控管理,被控設(shè)備必須具有監(jiān)控功能及監(jiān)控接口,即遙測(cè)信號(hào)必須有測(cè)試點(diǎn),被測(cè)參數(shù)能通過接口傳送到主計(jì)算機(jī),被控設(shè)備還必須具有執(zhí)行遙控信號(hào)的執(zhí)行部件等。
3)監(jiān)控系統(tǒng)的組成:主用電源和備用電源集申監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它由地市維護(hù)管理中心、縣區(qū)監(jiān)控管理申心、端局監(jiān)控器以及它們之間的傳輸通道組成。
圖1主用電源和備用電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
監(jiān)控系統(tǒng)通常分為兩層,即管理層和采集控制層。管理層包括縣區(qū)級(jí)監(jiān)控管理中心和地市級(jí)維護(hù)管理中心,其作用是對(duì)所有端局的被控設(shè)備實(shí)施監(jiān)控管理。利用軟件設(shè)置,可以賦予各級(jí)中心相應(yīng)的權(quán)限及管理內(nèi)容。采集控制層由端局監(jiān)控器(監(jiān)控主計(jì)算機(jī))和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器等組成。各端局則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,選用不同的模塊和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備。
維護(hù)、監(jiān)控管理中心的結(jié)構(gòu)如圖2所示。分發(fā)臺(tái)通過LAN與多種業(yè)務(wù)臺(tái)(如控制臺(tái)、查詢臺(tái)、大屏幕控制臺(tái)、攝像顯示臺(tái)等)和服務(wù)器相連,同時(shí)保持與各個(gè)端局監(jiān)控站的數(shù)據(jù)通路,控制所有上下行數(shù)據(jù)的分配及轉(zhuǎn)發(fā)。服務(wù)器中保存所有被監(jiān)控的詳細(xì)數(shù)據(jù)資料、實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和操作記錄,以備查詢。
圖2維護(hù)、監(jiān)控管理中心的結(jié)構(gòu)
若被監(jiān)控點(diǎn)較少,也可采用分發(fā)臺(tái)與業(yè)務(wù)臺(tái)合一的單機(jī)方式。端局監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。端局監(jiān)控器主要由以下四大部分組成:
①監(jiān)控管理對(duì)象包括高低壓配電設(shè)備、整流器或開關(guān)電源、直流-直流變換器、蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)組和UPS等,它們均為智能設(shè)備。
、谠O(shè)備與微機(jī)的通信接口應(yīng)能完成主要設(shè)備與微機(jī)間的信號(hào)傳輸。
、郜F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器是一個(gè)智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),由一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。通常采用通用工業(yè)控制機(jī),如T業(yè)PC、STD總線工控機(jī)、PLC等。目前應(yīng)用較多的是專用工控機(jī),其核心是單片計(jì)算機(jī),如8031、8051、80C51、8098、89C51等。它的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)采集和信號(hào)控制,通過接口與被控設(shè)備相連。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器一般與被控設(shè)備置于同一現(xiàn)場(chǎng),并通過接口與監(jiān)控中心的主計(jì)算機(jī)相連,實(shí)現(xiàn)與主計(jì)算機(jī)的通信。
、鼙O(jiān)控主計(jì)算機(jī)一般選用高級(jí)微型計(jì)算機(jī),如586、PII、PIII微機(jī)等。主計(jì)算機(jī)通過通信接口與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器相連,向現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器發(fā)送遙控命令,并接收其送來的信息和數(shù)據(jù)。另外,通過配置一定的通信接口,可與其他端局監(jiān)控器一起組成縣區(qū)監(jiān)控管理中心,形成采集控制層,構(gòu)成多級(jí)分散式系統(tǒng)。
端局監(jiān)控器(監(jiān)控主計(jì)算機(jī))與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器之間,均采用一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接,連接形式為星形或總線型,如圖4所示。
圖3端局監(jiān)控系器的結(jié)構(gòu)
圖4端局監(jiān)控器與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器的鏈接
a)星型結(jié)構(gòu)b)總線型結(jié)構(gòu)
(2)通信接口與通信協(xié)議如下:
1)信號(hào)傳輸方式:在監(jiān)控系統(tǒng)中,一般采用現(xiàn)場(chǎng)通信和遠(yuǎn)程通信兩種信號(hào)傳輸方式。
現(xiàn)場(chǎng)通信傳輸方式是,端局監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器與被控設(shè)備、被控設(shè)備之間,通過R5232、R5422或R5485接口通信。
遠(yuǎn)程通信傳輸方式是,端局監(jiān)控器(監(jiān)控主計(jì)算機(jī))與縣區(qū)監(jiān)控管理中心以及地市維護(hù)管理中心之間的通信,可以采用以下兒種連接方式。
、貺APD高速數(shù)據(jù)鏈路連接。利用PCM中的一個(gè)時(shí)隙,透過各種交換機(jī)及傳輸設(shè)備,提供被維護(hù)點(diǎn)到中心的64kbit/sLAPD高速數(shù)據(jù)鏈路連接。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,不增加線路投資,而且數(shù)據(jù)傳輸速率高。但僅當(dāng)整個(gè)網(wǎng)內(nèi)為全數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí),才能采用LAPD方式。
、贒DN網(wǎng)絡(luò)連接。利用DDN專線,也可提供64kbit/s的高速數(shù)據(jù)通道。由于DDN與交換網(wǎng)的不相關(guān)性,所以這種方式更加穩(wěn)定可靠。但是,當(dāng)被控點(diǎn)較多時(shí),占用的DDN資源較多。
、鄣蛑平庹{(diào)器方式連接。當(dāng)網(wǎng)上有模擬信號(hào)傳輸時(shí),可以采用這種方式連接,最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)19.2kbit/s,并可根據(jù)線路狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整速率。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍較廣。
調(diào)制解調(diào)器的種類很多,按不同的分類方式可分為半雙工、全雙工、二線制、四線制、外接式、內(nèi)置式、交流直流等,用戶可按需要選配。凋制解調(diào)器在安裝后要進(jìn)行設(shè)置。不同的調(diào)制解調(diào)器有不同的要求,一般包括初始化、通信速率選擇、文件傳輸協(xié)議等,具體內(nèi)容可參閱調(diào)制解調(diào)器使用手冊(cè)。
調(diào)制解調(diào)器的面板上有一些指示燈,盡管不同類型的調(diào)制解調(diào)器指示燈的數(shù)量有所不同,但常用指示燈的設(shè)置和含義基本相同。下面是一些使用較多的指示燈。
當(dāng)SD指示燈閃爍時(shí),表示調(diào)制解調(diào)器收到了計(jì)算機(jī)送來的信息,或正在往對(duì)方調(diào)制解調(diào)器發(fā)信息。
當(dāng)RD指示燈閃爍時(shí),表示調(diào)制解調(diào)器正在接收對(duì)方必來的信息并送人計(jì)算機(jī)。
當(dāng)CD指示燈亮?xí)r,表示調(diào)制解調(diào)器已檢測(cè)到來自電話線的信號(hào),說明調(diào)制解調(diào)器間的線路已經(jīng)接通。
當(dāng)OH指示燈亮?xí)r,表示兩臺(tái)設(shè)備間的線路己正式接通(對(duì)方已應(yīng)答)。
當(dāng)TR指示燈亮?xí)r,表示計(jì)算機(jī)接口已準(zhǔn)備好接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。
2)通信接口:無論是現(xiàn)場(chǎng)通信,還是遠(yuǎn)程通信,都必須通過接口才能實(shí)現(xiàn)。監(jiān)控系統(tǒng)一般都采用串行通信方式。采用串行通信時(shí),數(shù)據(jù)字節(jié)一位一位按順序發(fā)送與接收。串行通信有同步和異步之分。
采用同步串行通信方式時(shí),傳送數(shù)據(jù)開始時(shí),約定1~2個(gè)字符作同步指示,利用時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端同步,異步串行通信方式則為一幀幀數(shù)據(jù)傳送。由于異步通信傳送的每一幀都有固定格式,所以硬件結(jié)構(gòu)較同步方式簡(jiǎn)單,而且可以用校驗(yàn)位糾錯(cuò)。所以異步通信方式廣泛用于CRT終端、字符打印機(jī)及電話數(shù)據(jù)通信。
異步通信數(shù)據(jù)為幀,每一幀包含一個(gè)字符代碼或一字節(jié)數(shù)據(jù)。一個(gè)字符代碼為起始位(0),數(shù)據(jù)位(DO~D7),奇偶校驗(yàn)位P(1),停止位(1),每幀之間還可以有等待狀態(tài)的空閑位。異步通信傳送通道帶寬用波特率衡量。波特率表示每秒鐘傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)。
串行通信中,數(shù)據(jù)是一位一位依次傳送的,但在微處理器內(nèi)部是并行傳送的,所以當(dāng)數(shù)據(jù)由微機(jī)送往終端時(shí),應(yīng)首先將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù),才能加工處理。這種串行轉(zhuǎn)換工作可以由軟件及硬件電路實(shí)現(xiàn)。
、賀S232接口:RS232接口是美國電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)(ETA)制定的串行通信接口的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),適用于數(shù)據(jù)電路終端(DCE)和數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DEC)之間的二進(jìn)制通信,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的C版本,即RS232C被國際電聯(lián)(ITU)采用。
RS232C總線電平及信號(hào)定義是,+3~+25V之間電壓為負(fù)邏輯電平"0",-3~-25V之間電壓為邏輯電平"1"。微型計(jì)算機(jī)中通常采用十I2V或十l5V為邏輯"0",-12V或-15V為邏輯"1"。還規(guī)定用25線連接器作信號(hào)引線:4個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào),12個(gè)控制信號(hào),3個(gè)時(shí)鐘信號(hào),2個(gè)地(保護(hù)地,信號(hào)地),常用的有10個(gè)引腳。各引腳功能如表1所示。
表1RS232C引腳功能
計(jì)算機(jī)與終端R5232C接口總線的連接方法如圖5所示。圖中的終端可以是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器、被控智能設(shè)備,也可以是其他計(jì)算機(jī)。由于傳輸電纜中的損耗及噪聲干擾,終端距離應(yīng)小于2Om。
圖5計(jì)算機(jī)與終端直接用RS232C接口總線連接
當(dāng)計(jì)算機(jī)與終端之間較遠(yuǎn)時(shí),可采用調(diào)制解調(diào)器、通過公用電話網(wǎng)或其他專線,進(jìn)行遠(yuǎn)程通信,如圖6所示。
調(diào)制解調(diào)器的主要功能是調(diào)制和解調(diào)。讕制是指將計(jì)算機(jī)發(fā)送出來的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成帶寬小于4kHz的模擬信號(hào),以便在電話網(wǎng)上遠(yuǎn)距離傳輸解調(diào)是指在接收端將經(jīng)電話網(wǎng)送來的已調(diào)制信號(hào)還原成計(jì)算機(jī)能夠接收的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。
圖6計(jì)算機(jī)與終端RS232C經(jīng)調(diào)制解調(diào)器的鏈接
調(diào)制解調(diào)器上裝有與計(jì)算機(jī)相連的RS232C連接器,與電話網(wǎng)相連的插座以及電源線。調(diào)制解調(diào)器還可作成調(diào)制解調(diào)卡,直接插在計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi),與計(jì)算機(jī)成為一體,使用非常方便。
②R5422和R5485接口總線:由于R5232C傳輸距離短,速率低,接收器工作特性差等缺點(diǎn),美國ETA又頒布了RS422及RS485標(biāo)準(zhǔn)總線,目前己廣泛用于計(jì)算機(jī)及智能設(shè)備之間的遠(yuǎn)程通信。R5422有26個(gè)引腳,常用的引腳只有8個(gè)。引腳功能如表4-2所示。
表2RS422常用引腳功能
RS485的引腳與RS422完全相同。兩者差別是,RS485為半雙工,RS422為全雙工。所謂全雙工,就是指在某一時(shí)刻,可同時(shí)發(fā)送和接收。而半雙工則是指在某一時(shí)刻,只能一端發(fā)送,另一端接收。半雙工用于多個(gè)終端互連時(shí),可節(jié)省信號(hào)線,有利于提高通信速度。
RS485和RS422的主要電氣參數(shù)如表3所示。RS485、RS422的電路由發(fā)送器、平衡連接傳輸線、終端負(fù)載及接收器構(gòu)成。發(fā)送通路有兩根線,接收通路也有兩根線。兩條線間的電壓表示信號(hào),每個(gè)通道的兩條信號(hào)線,若其中一條為邏輯"1"狀態(tài),另一條就為邏輯"0"狀態(tài)。電路中只允許有一個(gè)發(fā)送器,可以有多個(gè)接收器。
表3RS485和RS422的主要電氣參數(shù)
R5485和R5422采用平衡接收和差分接收電路,如圖7所示。由于兩條傳輸線扭在一起,所以兩條線上的干擾相互抵消。同時(shí)平衡驅(qū)動(dòng)器的地與差分接收器輸入端的地不連,傳輸線允許較大的衰減損耗,圖7中差分接收器信號(hào)UR~2UT。
R5485及R5422通信接口適用于大樓集中監(jiān)控系統(tǒng)及其他遠(yuǎn)程通信。
圖7RS485和RS422的平衡接收和查分接收電路
3)通信協(xié)議:接口和總線為計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與被控設(shè)備之間的通信提供了硬件保證。為了完成通信,通信的發(fā)送方和接收方還應(yīng)該共同遵守一系列"約定"。這些"約定"通常稱為通信協(xié)議。
通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議是針對(duì)特定環(huán)境和內(nèi)容制定的。通信協(xié)議應(yīng)根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的內(nèi)容分類、規(guī)范、編碼,并按監(jiān)控系統(tǒng)要求的功能制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式,因此通信協(xié)議是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的前提。
在主用電源和備用電源集中監(jiān)控系統(tǒng)中,必須特別強(qiáng)調(diào)通信協(xié)議的統(tǒng)一性。如果監(jiān)控系統(tǒng)不采用統(tǒng)一的協(xié)議,系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)困難,甚至使系統(tǒng)無法運(yùn)行。CIMC一Y系列自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議見表4。
表4CIMC-Y系列自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議
為方便實(shí)施,通信協(xié)議應(yīng)具有靈活性、開放性、可擴(kuò)展性和可實(shí)現(xiàn)性。詳細(xì)內(nèi)容可查閱原郵電部YDNO23一1996《通信電源和空調(diào)集中監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求》中All柴油發(fā)電機(jī)組供電系統(tǒng)通信協(xié)議的有關(guān)內(nèi)容。
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