基于GPRS和虚拟串口的远程CEMS系统设计

徐董冬　王菊

摘要：为实现电厂CEMS系统的远程监测，建立CEMS远程数据采集中心，本文主要提出一种基于GPRS和虚拟串口技术的解决方案。通过本地串口服务器将本地上位机中的数据提取出来，再利用GPRS DTU将采集到的数据发送至具有固定IP的数据接收端，最后利用虚拟串口技术进行界面还原，最终实现远程在线监控的详细描述。

关键词：GPRS 虚拟串口 远程CEMS系统

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0179-01

CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的缩写，是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，被称为“烟气自动监控系统”。传统的CEMS系统采取“分而治之”的方案，即每一套脱硫脱销设备对应一套CEMS系统。而每一个电厂又会有多台机组，往往分布于厂区不同区域，这样，既会增加相关运维部门的运维开支，又不利于电厂对于CEMS的集中管控。因此有必要对CEMS进行在线监控和集中管控。鉴于现场上位机无法直接接入Internet，因此本文提出一种采用GPRS和虚拟串口技术的解决方案，基于FameView平台，实现具有远程监测和集中控制的CEMS系统，使设备商和设备管理人员可以随时查看现场情况，及时发现CEMS相关设备存在问题和缺陷。

1 远程CEMS系统总体结构

以某电厂实际CEMS集控系统为例，现场有4台发电机组，也即对应4套CEMS运行系统。每套CEMS独立运行，无法实现在同一时间内对多个CEMS进行在线监测，运维效率不高。

为了实现CEMS系统集中远程监控，实现对多个系统的融合，并使融合后的系统具有远程监测和集中管理的功能。由于现场运行环境限制，采用GPRS DTU作为传输介质，实时监测所有运行设备的数据参数和状态参数，包括脱硫入口数据、脱硫出口数据、脱硝入口数据、脱硝出口数据、相关折算数据、探头反吹状态等。

远程CEMS系统结构如图1所示。远程数据中心上位机采用功能强大的FameView平台开发，利用SQL SERVER 2000数据库作为数据管理工具。打开本地串口服务器，发送现场设备的数据参数和状态参数，采用GPRS技术传输现场数据到数据中心上位机的IP地址，利用虚拟串口“USR VCOM”作为数据接收端，将收到的数据进行组态界面还原并存入数据库，制作数据报表和实时数据曲线。这样不仅可以实现多套CEMS系统的同时在线监测有利于数据汇总，而且可以实现跨厂区之间的数据互通，有利于管理人员和设备供应商随时查看现场情况，及时发现设备中存在的缺陷，大大提升了运维效率和设备安全性。如图1所示。

2 相关通讯配置

2.1 本地串口服务器配置

本地串口服务器配置可以通过配置FameView提供的“数据服务”功能实现。在FameView中选择“数据服务”菜单下的“设置串口服务器”，进行通讯串口参数设置，例如COM4 （9600，8，1，None）。设置好相应的串口参数后，选择“定义变量包”，将点表中的变量AI和DI，加入到相应的变量包中，记下各个变量在变量包中的地址。然后在FameView的“我的系统”菜单下的“设置”，选择“启动任务”勾选“串口服务器”并确定即可。

2.2 GPRS配置

GPRS DTU的相关配置可以通过DTU自带的模块配置软件进行相关配置。不同的品牌配置软件的实现方式不尽相同，但需要配置主要参数都是一样的。需要配置的主要参数包括串口基本参数、DTU终端编号、目标的IP的地址或域名和目标端口号，选择传输协议为TCP/IP协议即可。配置成功后，DTU就可以与目标IP地址的主机建立链接发送数据，发送的数据包中包含登陆帧、心跳帧和数据帧。

2.3 虚拟串口配置

在远程监控中心计算机上安装一个名为“USR VCOM”的虚拟串口软件。这是一款能够接收TCP/IP协议的网络数据格式，并将此数据映射为支持RS-232协议格式的串口通讯数据送入用户虚拟出来的串口中。打开“USR VCOM”后，点击“添加”，添加一个新的虚拟串口，选择串口号，“网络协议”选择“TCP Client”，“目标IP”填写远程监控中心的IP地址，“目标端口”填写一个远程监控中心计算机中未被使用的端口号，最后点击确定即可。

3 远程接收端配置

远程接收端仍然以FameView实现，首先需要在FameView中添加相应的设备驱动，选择“基本应用”菜单下的“设备通讯”，首先安装名为“FMTELE”的设备驱动程序，它实际上是FameView封装的MODBUS协议，主要用于通过电话拨号或串口直连来访问远程串口服务器。安装完成后，就需要添加相应的设备。点击“设备驱动数据表”，这里我们可以将每一个CEMS系统看成一个设备，从而实现对多个CEMS系统的集中监测。“远程参数”中需根据DTU中SIM卡的电话号码填写；“本地参数”中所使用的就是我们利用“USR VCOM”虚拟出来的串口“COM1”；“通讯数据”可根据“模拟变量包”的规模定义相应的参数。

3.1 软件设计

远程CEMS系统基于FameViwe软件实现。采用模块化编程思想，主要将软件分为数据采集预处理模块、数据库管理模块和组态显示画面3个部分。

数据采集预处理模块主要完成对现场硫化物和氮氧化物数据的采集和数据预处理功能，以及变量的转换、标定，数据滤波，编程中间量和简单的计算等功能。

3.2 数据库管理模块

出于对数据安全性和完整性的考虑，系统采用SQL SERVER2000作为存储数据库，选择ODBC数据源桥接作为数据库链接工具，每5分钟记录一次，实时保存所有监测到的数据和状态量，对系统优化以及报表处理提供依据。

3.3 组态显示画面

系统界面采用多屏幕切换，清晰直观，包括数值监测、量程设置、参数设置、实时曲线、报表等，实现了对CEMS系统的参数监测和运行控制。其中实时参数以数值和实时曲线方式显示，历史数据和报警信息以报表形式记录，并可通过打印机进行打印。

4 结语

该系统在 FameView 平台下，基于 GPRS和虚拟串口技术，发送端利用GPRS网络资源，搭建网络环境，连接现场CEMS系统并利用DTU进行数据通信，接收端采用虚拟串口实现数据接收，建立起在远程对于多个CEMS系统统一监测，程序界面友好直观，保障了远程实时获取现场CEMS工况，并能够通过远程数据分析及时发现现场存在的缺陷和问题，节省了大量人力物力，对于提高管理效率降低运维成本有一定的意义。

参考文献

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