脫硝數據傳輸系統遠程無線監控技術的研發與應用

摘 要： 脫硝系統投運以來，遠傳數據設備經常發生死機。送環保的遠傳數據與送DCS的數據不是同一路，公司內部無法對送環保數據進行監視，只能通過人工巡視的方法來了解設備運行情況。為了解決問題，我們結合常用的GSM網絡、單片機等相關技術，開發了脫銷數據故障監視系統，以監視傳輸網絡的工作狀態，一旦出現問題，系統可通過短信的方式通知檢修人員及時處理缺陷，提高環保數據傳送的可靠性。

關鍵詞：短信 監控 GSM 單片機 IMCP 接口

中圖分類號：TK325 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0261-02

引言

國務院印發的《節能減排“十二五”規劃》中明確規定，在十二五期間完成4億千瓦現役燃煤機組脫硝設施建設工程，在這一目標下，全國大型火力發電機組迅速展開脫硝改造工作，托克托電廠在2012年開始，逐步對全廠共10臺機組進行脫硝改造，目前已經全部完成，脫硝投產以后，負責向環保部門傳數用的數據采集器以及報表電腦的可靠性就顯得尤為重要，任何一個環節故障或者設備死機，都會造成環保部門采集數據的缺失。送環保的數據與送DCS的數據不是同一路數據，公司內部無法對送環保數據進行監視，雖然公司制定了巡檢規程，但一天一次的巡檢還是無法及時發現問題。為了解決上述難題，我們設計了“計算機故障遠程監控報警重啟裝置”用以監視采集器與電腦的運行狀態，并在出現問題時及時通知檢修人員進行處理，也可通過短信命令方式對計算機進行重啟。與現有的報警裝置相比，本裝置通過與其配套的PC端軟件可以對計算機所處的整個網段的設備而非對單一電腦進行監控，還可以通過短信來對電腦進行遠程重啟。極大的降低運行檢修人員的勞動強度。

一、技術概況

托克托電廠至今已完成了全部10臺機組的脫銷改造，其中脫銷CEMS儀表承擔著環保監測的重要任務，CEMS數據傳送的結構圖下圖所示：

CEMS測量煙氣中的NOX、氧量等信息，測量完成后使用4～20MA信號至隔離器，隔離器輸出兩路信號，一路去往DCS以供運行人員監視并參與NOX的閉環調節，另一路送采集器匯總之后使用網絡傳送至報表電腦。再通過報表電腦最終送至環保局的污染源監測中心。運行人員只通過DCS數據進行監盤，送環保的數據一直處于無法檢測的狀態，若其中有任一設備發生故障均會導致送環保局的數據發生異常，帶來不必要的考核。為了提高設備的可靠性，及時發現設備異常，我們設計了本裝置以監視整個網絡的情況，在通訊出現異常時及時通過短信通知檢修人員處理異常。以下是裝置的工作原理圖（紅色為監控數據流）：

裝置被安裝在報表電腦上，通過串口與裝置相連，當與該電腦同一網段的設備出現故障時，電腦將故障信息通過串口發送給報警裝置，裝置通過短信提醒檢修人員。若電腦本身出現問題，無法與裝置進行通訊，裝置同樣會發送報警短信。檢修人員接收到短信后可以通過短信命令相應設備進行重啟，若重啟后故障依則安排人員就地檢查。

二、技術方案

1.設計思路

根據設計需求，本裝置分為軟件與硬件兩部分。軟件部分在計算機，由CEMS報表軟件監控其接受與發送數據狀態，一旦出現讀取數據錯誤、數據長時間保持不變、發送數據錯誤等異常情況將會通過串口向短信報警裝置發送相應的報警代碼。硬件與計算機相連，接受計算機發來的信息，若有異常信息傳來或者長時間無法與計算機取得聯系就通過短信模塊發送短信。硬件同時接受用戶發送的短信，分析其內容，反饋所需信息或者動作相應的繼電器以驅動計算機自動重啟。

2.硬件電路設計

2.1 短信模塊的選擇

基于本設備的特點，我們選擇了比較常見的短信模塊：西門子TC35i。該模塊為雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊，支持AT指令，支持中文短信。該模塊通過一個40DIP的無阻力插座與單片機電路板相連，如下圖所示：

2.2 單片機的選擇

根據需求，本裝置在與電腦進行串口通訊的同時還需要與TC35i進行串口通訊，所以這里選擇了具有雙串口功能的單片機：STC12C5A60S2。該單片機為51單片機的增強型設備具有：速度快、支持SPI、支持AD轉換、擁有1K的擴展RAM、自帶看門狗等特點，可以很方便的完成本設計的任務。以下是單片機的電路圖：

2.3 供電電路設計

本裝置采用外供電的形式，由一9V的電源適配器提供9V的電壓，為求穩定，再由LM2576輸出5V的電壓供單片機使用。TC35i的典型電壓為4.2V，LM2576輸出的5V電壓通過二極管降壓之后即可滿足TC35i的需求，以下是電源設計圖：

2.4 串口通訊電路的設計

與電腦通訊的串口使用MAX323進行通訊，與TC35i通訊的串口直接通過插座與TC35i相連，同時為了調試方便，設置轉換跳線。通過跳線的可以使TC35i跳過單片機直接與電腦連接，以下是電路圖：

2.5 繼電器控制電路

本裝置通過繼電器的閉合來對電腦進行重啟操作，為提高可靠性，防止計算機外殼帶電對裝置產生破壞，繼電器控制回路與單片機之間采用光隔，以下是繼電器控制回路的電路圖：

3.程序設計

3.1 主程序

系統在上電之后需要進行初始化才可以進行工作，包括IO系統、串口系統、中斷系統以及TC35i等，初始化系統成功后會發送系統成功啟動的短信后進入主功能循環程序，該程序不斷向TC35i提出申請，獲取最新的短信（由用戶發送來的指令短信）。若短信獲取成功，則分析短信內容同時執行相應的操作，若不成功則重復該過程。同時主功能程序還負責根據由串口中斷程序標記的狀態位來確定所監控設備的運行情況，若出現死機則發送提示短信。

3.2 串口中斷程序

串口中斷程序主要是接受電腦發來的通訊信息，若電腦長時間未發來通信，標記電腦死機位，以便主功能程序發送短信。若電腦發來設備故障信息，編輯對應設備故障信息位，以便主功能程序發送故障信息。以下是串口中斷程序的流程圖（如下圖13所示）：

3.3 PC端程序設計

PC端程序會每隔一分鐘檢查PC數據以及數采儀的工作狀態，如果一切正常將會向短信確認信息，若單片機長時間未收到該信息，即認為通訊中斷，會發送PC故障報警短信。如果檢查發現問題將會向短信裝置發送相應的故障代碼，短信裝置根據收到的故障代碼發送故障報警信息。程序邏輯圖如下圖14所示：

三、結論

通過以上單片機軟件硬件以及上微機軟件的結合，本裝置可以完成預期的目標，可以實現對計算機以及期工作狀態的監視。目前該裝置已安裝在托克托電廠各臺機組的CEMS電子間，工作一切正常，電腦死機后已多次提醒維護人員前往維護，減少了由于環保數據傳輸中斷而造成的考核，獲得了很好的效果。

參考文獻

[1]周潤景，張麗娜，Protel 99 SE原理圖與印制電路板設計[M]，電子工業出版社，2008

[2]余錫存，曹國華，單片機原理與接口技術（第二版）[M]，西安電子科技大學出版社，2007

[3]譚浩強，C程序設計（第三版）[M]，清華大學出版社，2008

[4]童詩白，華成英，模擬電子技術基礎（第四版）[M]，高等教育出版社，2006

作者簡介：楊峰，（1989-），男，助理工程師，畢業于內蒙古大學，現任內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司設備部熱控二班專責工。