基于gprs的燃气发电机远程监控系统的研究和开发

摘要院煤层气排采现场分散尧部分井场供电线路架设不便袁采用燃气发电机进行供电袁但由于现场环境恶劣袁不适合人员长期驻

守袁不便随时掌握现场状况袁有突发状况时袁不能及时处理袁影响煤层气排采遥针对这一现象袁设计了一种基于GPRS通信模块的远程监控和预警信息系统袁该系统能实时监测发电机状况袁出现故障及时报警袁同时可远程控制发电机袁实现井场无人值守遥

关键词院燃气发电机曰远程监控曰GPRS曰煤层气

0引言煤层气作为清洁能源，其开发和利用也越来越受到国家的重视，而由于煤层气井处于深山、现场分散，供电线路架设不便，因此部分井场采用燃气发电机供电。由于现场环境恶劣，不适合人员长期驻守，而靠巡井的方法工作量太大，采集数据也不及时和精确，很难及时发现生产中存在的问题，如遇雨雪天气巡井人员工作危险系数明显加大，安全风险极高，各种问题得不到及时处理，发电机断电，会造成排采设备断电，煤层气排采会受到影响，造成资源浪费。因此实现燃气发电机远程监控是非常必要的。1系统总体设计燃气发动机远程监控系统主要由远程监控主机（上位机）、现场主控器RTU、GPRS模块（DTU）等组成。现场主控器则通过RS485通讯口监测燃气发动机的运行参数，而远程监控主机与现场主控器（RTU）之间通过GPRS模块实现监测参数的无线上传和控制命令的无线下达，同时用户也可通过手机APP查看各个发电机的状态。监控系统图如图1所示。2系统硬件系统主要包含上位机系统和下位机系统两部分。上位机系统硬件主要是指远程监控主机及监控手机，远程监控主机因需一直采集数据，保证主机一直运行，因此一般采用服务器，也可采用云服务器，监控手机则采用常用的智能手机，需安装为系统所开发的APP。下位机系统硬件主要为控制柜，柜内主要装配断路器、浪涌保护器、UPS电源、主控器RTU、GPRS模块（DTU）等。下位机系统硬件结构图如图2所示。2.1浪涌保护器浪涌保护器，也叫防雷器，由于煤层气排采现场多处于深山，容易遭受雷击，需加防雷保护装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰（如雷击）突然产生尖峰电要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院李红雷（1984-），男，山西运城人，工程师，硕士研究

生，研究方向为自动（智能）控制及其工程应用。

图1监控系统图

图2下位机系统硬件结构图

流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。为使浪涌保护器有效发挥作用，现场监测控制柜需保证可靠接地。2.2UPS电源在发电机断电后，UPS电源将给现场主控器和GPRS模块提供外接电源，需保证远程监控系统能够在72小时之内正常传输采集数据。2.3开关电源开关电源用于电源转换，可以将交流电转化为主控器和GPRS模块所需的直流24V电源，开关电源自带短路、过载及过压保护。2.4主控器RTU主控器RTU是控制系统的硬件核心，实现上位机与发电机数据交互的桥梁。首先通过485通讯口实时读取发电机转速、功率、冷却液温度、输出电流、电压等参数信息，同时也可给发电机发送控制指令；其次通过GPRS网络将数据传输给上位机，同时接受上位机命令，转发控制发电机；主控器有掉电检测功能，控制板能够检测主电源状态，当主电源断电时，主控器能够检测并向上位机发信息进行报警。掉电检测将主电源220V接到控制板，通过电阻分压、光耦隔离，将其转换为数字量接入主控芯片（单片机），单片机将该信号整合，发给上位机。·224·内燃机与配件4.3报警功能当燃气发电机工作过程中出现异常时，燃气发电机自动向监控中心发出报警信息，当监控中心收到燃气发电机组终端返回的报警信息后，将及时把报警信息显示出来。4.4数据管理功能燃气发电机组运行监控中心将接收到的现场实时状主控器需具有数据存储功能，下位机系统不仅需实时转发采集的信息，同时主控器也配备存储模块（SD卡），能够实时存储所采集的发电机状态信息。2.5GPRS模块（DTU）由于煤层气井场分散，若采用有线通信或单独构建无线网，需铺设光缆或建立中继站，设备成本大，不易维护。而采用GSM网络实现，则可依托遍布全球的GSM网，打破距离和地形的限制。利用GPRS数据业务通过Internet网GPRS进行通信收费，资技术的。费便宜无GPRS。线GPRS监控系统传输速模块（实时度较快，且始终在线，采用DTU性高，）采用安无全线性透传强，模按数流量，通过MODBUSTCP/IP协议将数据传输到上位机。2.6远程监控主机（上位机）本系统远程监控主机采用云服务器，有独立的IP，保证DTU将数据准确传输到对应上位机。上位机同时也需对传输的数据进行管理，同时数据展示出来，实现人机交互。3系统软件设计系统软件分上位机软件及下位机软件两部分。下位机采MODUS-RTU集、存储、转发发电机数据，下位机采集信号是采用站，发电机为从协站议，，井基场于有RS485多个发电机接口，时下，位可机控将发电机设为制器为主不同站号地址，控制器循环采集各个发电机数据；数据存储采用SD卡，将实时数据写入SD卡，保证能存储一年的数据；数据转发则是采用MODBUSTCP/IP协议，硬件则需借助DTU模块进行的，DTU上需配置IP地址及端口信息上位机的）。主控器将数据发给DTU，DTU则将数据转发个上位机。上位机系统通过MODBUS-TCP协议读取下位机数据，每个下位机有单独的站号，首先通过DTU与对应下位机建立链路，接下来即可通过该链路向对应下位机发送查询数据或控制发电机指令，下位机收到指令后立即应答上位机，返回上位机所需的数据及控制指令执行状况。当发控制指令时，为避免重复发命令，在发控制指令前，应执行查询指令，查询发电机当前运行状态。上位机系统采用B/S架构，即浏览器/服务器结构，方便客户在其他办公室或其他场所随时了解发电机数据状态。系统采用C#程序完成数据采集并将数据写入数据库，而通过java来进行数据管理，同时上位机提供数据接口，进行手机APP开发，用户可通过智能手机随时查看数据和状态，若发电机发生异常报警或停机时，手机即可立即弹出信息，提示用户处理。4系统功能4.1远程数据采集、传输功能上位机监控中心可以实时监视现场发电机的工作和运行状态，通过固定间隔查发送查询命令，实现燃气发电机组向上位监控中心返回燃气发电机运行状态数据。4.2远程控制功能监控中心向现场发送控制指令，发电机组终端接收控制指令。态信息、报警信息、运行记录等信息保存到数据库。并能够按照要求对历史数据进行统计，可以以日报表、小时报表、分钟报表等报表形式进行显示，也可以曲线的形式进行展现。4.5事件记录功能系统会对上位机每次远控发电机事件进行记录，方便用户查询；同时上位机也可手工记录每个发电机的维保事件，详细记录维保内容，方便查询，也可对固定时间的维保设置提醒功能，以免因维保不及时导致设备损坏。4.6数据断点续传功能煤层气排采大多处于深山，GPRS信号较弱、不稳定，因此上位机数据采集会出现断续的情况，此时下位机仍可正常采集数据并进行保存，当通讯恢复时，上位机可将断点数据重新采集进入数据库，保证上位机系统数据的连续性，方便统计和分析。4.7手机APP客户端用户可以通过手机APP客户端查看各个发电机实时数据、历史数据和报警信息的功能。即输入帐号密码登录后，可通过APP客户端查看各井口的实时数据和历史数据，点击井口号可以查看实时动态曲线。4.8地图模块功能上位机可对每个发电机的经纬度数据进行标定，当发电机出现故障时，用户可调用手机导航，方便直达指定位置。4.9权限设置上位机可对用户权限进行设置，可指定用户对相应发电机的访问权限及操作权限。5结束语燃气发电机程监控系统，实现了发电机组终端与监控中心之间GPRS通信，用户可在监控中心监测发电机的数据，并远程控制发动机，从而减少工作人员的巡井时间和次数，大大减少了人员劳动强度，实现煤层气井场的无人监控，同时自动采集数据，提高数据的实时性和准确性，为系统决策提供依据。参考文献院监控系统设计[1]李福兴，卞建玲.基于无线传感网监控系统设计[2]李自成[J].，刘煤庆田，地王质后与能，勘熊探涛，2018.

的煤层气排采实时监测.煤层气开发数据采集与表的设计[3]凌振萍[J].，李检测技术与数据处理，2019.

远程西师[4]范大钟与学学建实现国报.嵌[J].正（入现明自然式代，孙俊，张骁.基于GPS和GPRS的智能电科Internet科学仪器学版），系统，2012.

2008.

中TCP辕IP协议的实现[J].陕时代[5]，2013.

张智新.SCADA系统在发电机远程监控中的应用[J].电气（