摘要：介绍一种用于组态软件的燃料电池后备电源远程监控系统的设计与研发，阐述该系统的组成和功能特点，详细说明利用组态软件开发控制系统的过程，并给出了现场应用的实例。
关键词：燃料电池 远程监控 组态软件
1概述
本文所述的基于组态软件的燃料电池后备电源远程监控系统，通过丰富灵活的组态方式，设计开发了友好的本机人机界面（local Human Machine Interface）、远程监控界面（Remote Monitoring And Control Interface）和数据库系统。
2燃料电池远程监控系统的组成
燃料电池远程监控系统一般由下位机（现场可编程控制器），通讯模块和协议，本机监控机（人机界面），上位机（装有组态软件的PC机），网络监控机等部分组成。详见下图：
（1）下位机
下位机采用可编程控制器控制，其运算能力强，可完成监控系统中数据采集和数据处理功能。还可以再下位机种设定燃料电池后备电源系统参数，控制系统运行。每台下位机都能够通过专门的通讯接口实时向上位机传送燃料电池后备电源系统的状态，数据，故障灯信息，以便监控是对每个燃料电池后备电源谁被进行监控和管理。
（2）通讯模块和协议
在远程系统中，上位机和下位机之间属于远距离一对多通讯。本设计采用Modbus 通讯模块与GPRS远程模块连接，采用标准的MODBUS协议和宏电DTU协议，协议成熟可靠，简单易用，能够满足燃料电池后备电源系统数据传送的基本要求。
（3）上位机
上位机是指位于监控室的PC机和服务器。一台上位机可同时监控多个下位机。利用组态软件进行人机界面和数据库平台的开发，可以在上位机实现燃料电上位机池后备电源系统的各种监控功能。从下位机传送过来的燃料电池后备电源系统状态和数据，经上位机分析整理后，其一，以图表等形式实时显示到人机界面，供工作人员查看；其二，保存到数据库中，作为历史记录，便于查询调用；其三，以短信方式通知各地区负责人设备报警、故障等情况，进行设备维护。
（4）网络监视机
本系统可以将远程监控界面发布到Internet网络，可供相关部门领导及客户在各地实时查看现场运行情况。
3燃料电池远程监控系统软件设计
（1）设计通讯接口
使用RS485差分方式进行远程通讯时，需要在上位机和下位机采用相同的通讯协议，并设定相关参数。在下位机MODBUS通讯模块设定波特率，数据位，停止位，校验方式等，GPRS模块先设定相同MODBUS的参数，使得下位机数据能通过GPRS模块透传，再设定Internet参数，即网络域名、端口号、协议格式等，实现上位机和下位机之间的数据交换和传送。
（2）利用组态软件进行功能设计
组态软件针对不同的底层硬件设备预装了多种工业设备驱动和通讯协议，还有类似VB“可见即可得”的操作界面，并且集成了报警处理，用户权限管理等在工业中非常实用的功能模块。因此，实用组态软件可以简洁、高效地实现远程监控系统的功能设计。
a)实时监控。组态软件基本功能之一就是对燃料电池后备电源进行实时监控。利用通讯线路，可将下位机所采集到的数据实时显示到上位机的人机界面上。同时，还能实现显示当前燃料电池后备电源系统状态和用户操作状态。另一方面，工作人员还可以通过人机界面向下位机发指令，控制燃料电池后备电源系统的启动和停止。同时，系统管理员可以远程修改下位机中的操作参数和运行参数，以保证燃料电池后备电源系统在各种环境下都能自动安全稳定地运行。
b)故障记录。在燃料电池后备电源系统中，报警和故障记录是必不可少的。燃料电池后备电源系统出现报警和故障后，下位机发出报警信号，并将报警和故障的编号传送到上位机，上位机监控机一方面将此报警和故障发生的时间和内容记录到数据库，以方便今后查阅，复检；另一方面将报警和故障信息显示到界面并通过短信终端发送短信到相关工作人员，进行问题处理。
c)用户管理。在燃料电池后备电源管理中，安全操作是不可忽视的。当不同类型的用户使用同一个远程监控系统时，必须解决好用户使用权限是如何分配的问题。系统必须根据不同的操作人员的职责授予不同的使用权限。对于一般的参观人员，科技监视界面，查看燃料电池后备电源当前工作状态和运行参数；对于一般工作人员，除了监视界面以外，还能进行燃料电池后备电源系统启动和停止等基本控制；对于高层级管理人员，除了基本控制以外还可以进行参数设置，报警处理等操作。
（3）数据库的选择
燃料电池后备电源是一个复杂的运行系统，其中很多重要数据和参数需要及时处理和保存，以供将来调用或汇总后绘制成报表供上级部门查看。因此，一个稳定而可靠的数据库是必不可少的。该组态软件带有历史数据库，能够将采集到的数据保存下来，供界面调用填充表格，绘制曲线等，但是却不能对用户开放，保存的数据无法脱离组态环境查看。因此。本项目选择了Microsoft公司的SQL Sever2008关系型数据库作为外挂数据库。其功能多，运行稳定，并与Windows系统全而集成，能够满足远程监控系统对数据库储存，查找和统计的要求。
利用组态软件记录体和内置的SQL函数，可以很方便的实现对外部数据库的操作和使用，记录报警和故障信息，生成报表等；同时，还可以利用组态软件内嵌的数据库保存数据，绘制曲线，两个数据库互为补充，提高了系统的冗余性。
4应用实例
本文开发的燃料电池后备电源远程监控系统已应用于基站测试，配合自主研发的下位机系统控制器，实现了对基站燃料电池后备电源远程监控的任务。
在主监控界面上，可以查看系统添加的基站后备电源数量，当其中一个燃料电池后备电源运行时，则以绿色表示；当其中一个燃料电池后备电源发生报警和故障时，则以红色标识，以提醒操作人员。点开其中的一个基站点，可以详细查看该燃料电池后备电源运行的详细参数，查看采集数据量，报警和故障状态，性能效率历史曲线等。
5小结
燃料电池后备电源远程监控系统是现代化能源管理中必不可少的重要工具，基于组态软件开发的燃料电池后备电源远程监控系统功能强大，稳定可靠。由于采用了通用的通讯协议和标准的数据存储模式，便于系统以后的升级和维护，具有很强的通用性和扩展性。
参考文献
[1]《组态软件的现状与发展》，工业控制计算机，2002④，欧金成、欧世乐、林德杰等
[2]《氢燃料备用电源应用于通信领域的分析》[J]，侯士彦、李然
[3]《移动通信基站能耗分析与综合节能解决方案》[J]，廖小芳、向兵、谢峰竹、王楚义
论文作者:丁玉红,张莉,郑法,糜梁洁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/9
标签：燃料电池论文; 组态论文; 电源论文; 上位论文; 监控系统论文; 系统论文; 软件论文; 《电力设备》2018年第6期论文;