摘 要：以單片機(jī)作為下位機(jī)，以系統(tǒng)機(jī)作為上位機(jī)通過RS-232串口進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種基于多個(gè)RS-232串口通信，通過公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組，監(jiān)控系統(tǒng)，RS-232串口
柴油發(fā)電機(jī)組在無市電供應(yīng)及需要不間斷供電的地方，如電信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)的機(jī)站、機(jī)房，銀行、醫(yī)院等單位的供電系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。在電信系統(tǒng)內(nèi)，通常一個(gè)縣級(jí)局要管理多個(gè)供電機(jī)房，這些機(jī)房有的位于市區(qū)，有的位于偏僻的高山，有的有人值守，有的無人值守，但都需要不間斷供電，一般每個(gè)機(jī)房有一至數(shù)臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，作為市電供電的備用電源，或是幾臺(tái)機(jī)組互為主備供電。對(duì)這些柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控和統(tǒng)一管理就顯得很重要，這樣有助于減少值班人員的工作強(qiáng)度，提高工作效率，提高管理水平。在縣級(jí)局內(nèi)設(shè)集中監(jiān)控中心，監(jiān)控主機(jī)通過公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)下級(jí)機(jī)站柴油發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控和管理，系統(tǒng)構(gòu)建方便，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，使用可靠，適合實(shí)際的需求，得到了廣泛應(yīng)用。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)MODEM與電話線路相連，在電話線路的另一端再經(jīng)MODEM與監(jiān)控主機(jī)的RS-232串口相連。
很多縣級(jí)局和下級(jí)機(jī)站之間都有SDH信道相通，如果有附加的RS-232串口，也可以通過SDH信道傳輸數(shù)據(jù)，從而省掉電話線路兩邊的MODEM，等同于RS-232串口電纜直接相連。
如果一個(gè)下級(jí)機(jī)站內(nèi)有多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組需要監(jiān)控，在電話線路允許的情況下，可以為每臺(tái)機(jī)組分配一條電話線，各占用監(jiān)控主機(jī)的一個(gè)RS-232串口。如果電話線路有限，也可將機(jī)站內(nèi)的各臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組通過RS-485總線連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器，再接MODEM（見圖2），通過一條電話線路與監(jiān)控主機(jī)相連，只占用監(jiān)控主機(jī)的一個(gè)RS-232串口，每個(gè)機(jī)組分配一個(gè)地址，監(jiān)控主機(jī)依靠地址來區(qū)分機(jī)組，輪流通過同一條電話線路監(jiān)控各臺(tái)機(jī)組，但這樣一來會(huì)降低監(jiān)控系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
RS-485總線為兩線半雙工串口總線，使用雙絞線以平衡差分方式傳送數(shù)據(jù)，其主要特點(diǎn)有：傳送速率快，最快達(dá)每秒10M位；傳送距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)達(dá)1200米；抗干擾能力強(qiáng)，在噪聲環(huán)境下長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)32個(gè)節(jié)點(diǎn)。
2 柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控模塊
每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組配一個(gè)監(jiān)控模塊，就可以通過串口對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控，各種信號(hào)從柴油發(fā)電機(jī)組電控箱內(nèi)取。
我們選用80C552 單片機(jī)作監(jiān)控模塊控制****，采用大規(guī)模集成電路，并結(jié)合了先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)。監(jiān)控模塊帶有雙看門狗電路，確保系統(tǒng)在意外死機(jī)時(shí)能自動(dòng)恢復(fù)工作，這在無人值守的情況下是極其重要的。
柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控模塊測(cè)量機(jī)組輸出三相電壓、三相電流、機(jī)組頻率、機(jī)組轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、冷卻水溫、燃油油位、機(jī)組啟動(dòng)電池電壓、輸出功率等運(yùn)行參數(shù)并根據(jù)需要發(fā)送至監(jiān)控主機(jī)。冷卻水溫、機(jī)油油壓等參數(shù)的測(cè)量傳感器一般都不是線性的，而且不同柴油發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家選用的傳感器差異很大，監(jiān)控模塊保存監(jiān)控主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)表格，并根據(jù)表格對(duì)采來的冷卻水溫、機(jī)油油壓等參數(shù)進(jìn)行線性化處理，以適應(yīng)不同的傳感器。監(jiān)控模塊有不掉電存儲(chǔ)器，可以保存大量的工作、控制參數(shù)。
當(dāng)測(cè)量的運(yùn)行參數(shù)超出設(shè)定的上下限報(bào)警值，監(jiān)控模塊根據(jù)復(fù)雜的控制邏輯控制柴油發(fā)電機(jī)組的各種動(dòng)作：起動(dòng)、停機(jī)、ATS轉(zhuǎn)換等，并將各種報(bào)警信息以及柴油發(fā)電機(jī)組的各種狀態(tài)（自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行/停機(jī)狀態(tài)、市電/油機(jī)ATS狀態(tài)、油機(jī)/油機(jī)ATS狀態(tài)）報(bào)告監(jiān)控主機(jī)。
監(jiān)控主機(jī)也可根據(jù)需要遙控機(jī)組開機(jī)、關(guān)機(jī)、緊急停機(jī)、市電/油機(jī)ATS轉(zhuǎn)換或油機(jī)/油機(jī)ATS轉(zhuǎn)換等。
柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控模塊的所有設(shè)置都可以在現(xiàn)場(chǎng)通過面板鍵盤完成，或者由監(jiān)控主機(jī)在遠(yuǎn)處通過串口進(jìn)行。監(jiān)控模塊提供RS-232和RS-485兩種接口，有電信總局協(xié)議和MODBUS協(xié)議兩種型號(hào)，采用10位異步串行通信方式（起始1位，數(shù)據(jù)8位，停止1位，無校驗(yàn)位），數(shù)據(jù)傳輸率1.2kb/s— 19.2kb/s可選，監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控模塊之間采用嚴(yán)格的主從方式交換數(shù)據(jù)（監(jiān)控模塊只有在收到監(jiān)控主機(jī)的命令后才會(huì)返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，而不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)給監(jiān)控主機(jī)）。這樣的設(shè)計(jì)非常適合構(gòu)建我們的柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。
柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控模塊根據(jù)功能的強(qiáng)弱不同，已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，以適應(yīng)不同的需求。監(jiān)控模塊本身結(jié)構(gòu)靈活，功能擴(kuò)充也很方便。
3 通信協(xié)議
我們使用兩種通信協(xié)議：電信總局通信協(xié)議和MODBUS通信協(xié)議。
電信總局通信協(xié)議參照電信總局《通信局（站）電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)前端智能設(shè)備通信協(xié)議》，編碼方式為ASCII碼。信息傳輸方式為異步方式，起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗(yàn)。傳輸波特率為19.2KB/S，9.6KB/S，2.4KB/S，1.2KB/S，0.6KB /S，0.3KB/S可選。
MODBUS通信協(xié)議的編碼方式、信息傳輸方式與電信總局通信協(xié)議要求相同。
MODBUS協(xié)議描述如下：
命令格式：AA，CC，SSSS，WWWW，LRC，CR，LR
AA： 地址（兩字節(jié)）；
CC： 命令（兩字節(jié)）；
SSSS： 數(shù)據(jù)地址（四字節(jié)）；
WWWW：數(shù)據(jù)（四字節(jié)）；
LRC： 校驗(yàn)碼（兩字節(jié)）；
CR： 回車；
LR： 換行。
響應(yīng)格式：AA，CC，RENUM，DATA，LRC，CR，LR
RENUM：返回響應(yīng)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)；
DATA： 返回?cái)?shù)據(jù)；
其余解釋與命令格式相同。
4 串口擴(kuò)充
通常一個(gè)縣級(jí)局管理著幾個(gè)下級(jí)機(jī)站，如果采用監(jiān)控中心只用一條電話線路，由監(jiān)控主機(jī)撥號(hào)接通一個(gè)下級(jí)機(jī)站，監(jiān)控一下，掛斷連接，再撥號(hào)接通另一個(gè)機(jī)站的輪流分時(shí)監(jiān)控的方案，在機(jī)站較多時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間太慢，難以做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以監(jiān)控中心為每個(gè)下級(jí)機(jī)站分配一條電話線路，同時(shí)連接監(jiān)控所有機(jī)站。但是用作監(jiān)控主機(jī)的系統(tǒng)計(jì)算機(jī)一般只有兩個(gè)RS-232串口，不夠使用，需要擴(kuò)充。
采用MOXA公司生產(chǎn)的系列多串口卡（使用較多的是C168H八串口卡）可以很方便地將RS-232串口擴(kuò)充至需要的數(shù)量，而且這些擴(kuò)充的串口的操作相互獨(dú)立。多串口卡本身附帶了豐富的函數(shù)庫(kù)和多種工具，支持VB、 Delphi、C++等流行編程語言，使用時(shí)可以直接調(diào)用，方便編程，但應(yīng)注意，函數(shù)庫(kù)只支持串口卡上的串口。使用編程平臺(tái)提供的通信控件，可以同等地操縱串口卡上和計(jì)算機(jī)本身的RS-232串口。
由于Windows操作系統(tǒng)本身具有多任務(wù)的特點(diǎn)，所以可以通過精心設(shè)計(jì)監(jiān)控平臺(tái)軟件同時(shí)操縱這些RS-232串口并行地監(jiān)控各個(gè)下級(jí)機(jī)站，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控（如果某下級(jí)機(jī)站有不止一臺(tái)的柴油發(fā)電機(jī)組需要監(jiān)控而采用RS-485方式相連，那么對(duì)這些機(jī)組仍需分時(shí)監(jiān)控）。
5 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件
柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)對(duì)分布的柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行遙控、遙信和遙測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)視其運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)測(cè)和處理故障，記錄和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備少人或無人值守及集中維護(hù)。
遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件包括兩部分：監(jiān)控軟件和界面構(gòu)造軟件，整套軟件用Delphi5.0編制。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件同樣可以用來監(jiān)控別的設(shè)備。
遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件按照通信協(xié)議區(qū)分有兩個(gè)版本：版本A符合電信總局通信協(xié)議，版本B符合MODBUS通信協(xié)議，適用于對(duì)不同協(xié)議型號(hào)的監(jiān)控模塊監(jiān)控。
遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件對(duì)軟、硬件環(huán)境要求不高，普通的奔騰機(jī)，16M內(nèi)存，中文版Windows95以上版本就可正常運(yùn)行。
5.1 界面構(gòu)造軟件
由于我們的柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控模塊是一系列化產(chǎn)品，監(jiān)控的參數(shù)有一些差別，而且即使使用同一型號(hào)的監(jiān)控模塊，不同的用戶在監(jiān)控的參數(shù)上也有數(shù)量和名稱的不同，為了避免重復(fù)開發(fā)監(jiān)控軟件，以及現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的方便，我們開發(fā)了一套界面構(gòu)造軟件。
根據(jù)提供的軟件使用說明書和相應(yīng)的通信協(xié)議，即使是用戶也能方便地針對(duì)某一臺(tái)需監(jiān)控的柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控界面，監(jiān)控的參數(shù)數(shù)量，參數(shù)的名稱，以及字體，顏色，背景畫面等，都可以根據(jù)需要和自己的喜好設(shè)定。設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控界面，并生成界面文件后，指定每一個(gè)監(jiān)控對(duì)象對(duì)應(yīng)的界面文件，監(jiān)控軟件自動(dòng)調(diào)入這些界面文件轉(zhuǎn)化成界面并監(jiān)控相應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)組。
5.2 監(jiān)控軟件
監(jiān)控軟件的功能框圖如下（圖3）：
在完成必要的參數(shù)設(shè)置后，監(jiān)控軟件分別撥號(hào)與需要監(jiān)控的柴油發(fā)電機(jī)組建立連接，同時(shí)操縱多個(gè)RS-232串口發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，監(jiān)控柴油發(fā)電機(jī)組，反應(yīng)時(shí)間與只監(jiān)控一個(gè)機(jī)組的反應(yīng)時(shí)間是一致的，約2秒完成一次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新。如果一個(gè)機(jī)站內(nèi)有多臺(tái)機(jī)組連成RS-485網(wǎng)絡(luò)通過一條電話線路與監(jiān)控主機(jī)相連，則監(jiān)
