脱硝数据传输系统远程无线监控技术的研发与应用

摘 要： 脱硝系统投运以来，远传数据设备经常发生死机。送环保的远传数据与送DCS的数据不是同一路，公司内部无法对送环保数据进行监视，只能通过人工巡视的方法来了解设备运行情况。为了解决问题，我们结合常用的GSM网络、单片机等相关技术，开发了脱销数据故障监视系统，以监视传输网络的工作状态，一旦出现问题，系统可通过短信的方式通知检修人员及时处理缺陷，提高环保数据传送的可靠性。

关键词：短信 监控 GSM 单片机 IMCP 接口

中图分类号：TK325 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0261-02

引言

国务院印发的《节能减排“十二五”规划》中明确规定，在十二五期间完成4亿千瓦现役燃煤机组脱硝设施建设工程，在这一目标下，全国大型火力发电机组迅速展开脱硝改造工作，托克托电厂在2012年开始，逐步对全厂共10台机组进行脱硝改造，目前已经全部完成，脱硝投产以后，负责向环保部门传数用的数据采集器以及报表电脑的可靠性就显得尤为重要，任何一个环节故障或者设备死机，都会造成环保部门采集数据的缺失。送环保的数据与送DCS的数据不是同一路数据，公司内部无法对送环保数据进行监视，虽然公司制定了巡检规程，但一天一次的巡检还是无法及时发现问题。为了解决上述难题，我们设计了“计算机故障远程监控报警重启装置”用以监视采集器与电脑的运行状态，并在出现问题时及时通知检修人员进行处理，也可通过短信命令方式对计算机进行重启。与现有的报警装置相比，本装置通过与其配套的PC端软件可以对计算机所处的整个网段的设备而非对单一电脑进行监控，还可以通过短信来对电脑进行远程重启。极大的降低运行检修人员的劳动强度。

一、技术概况

托克托电厂至今已完成了全部10台机组的脱销改造，其中脱销CEMS仪表承担着环保监测的重要任务，CEMS数据传送的结构图下图所示：

CEMS测量烟气中的NOX、氧量等信息，测量完成后使用4～20MA信号至隔离器，隔离器输出两路信号，一路去往DCS以供运行人员监视并参与NOX的闭环调节，另一路送采集器汇总之后使用网络传送至报表电脑。再通过报表电脑最终送至环保局的污染源监测中心。运行人员只通过DCS数据进行监盘，送环保的数据一直处于无法检测的状态，若其中有任一设备发生故障均会导致送环保局的数据发生异常，带来不必要的考核。为了提高设备的可靠性，及时发现设备异常，我们设计了本装置以监视整个网络的情况，在通讯出现异常时及时通过短信通知检修人员处理异常。以下是装置的工作原理图（红色为监控数据流）：

装置被安装在报表电脑上，通过串口与装置相连，当与该电脑同一网段的设备出现故障时，电脑将故障信息通过串口发送给报警装置，装置通过短信提醒检修人员。若电脑本身出现问题，无法与装置进行通讯，装置同样会发送报警短信。检修人员接收到短信后可以通过短信命令相应设备进行重启，若重启后故障依则安排人员就地检查。

二、技术方案

1.设计思路

根据设计需求，本装置分为软件与硬件两部分。软件部分在计算机，由CEMS报表软件监控其接受与发送数据状态，一旦出现读取数据错误、数据长时间保持不变、发送数据错误等异常情况将会通过串口向短信报警装置发送相应的报警代码。硬件与计算机相连，接受计算机发来的信息，若有异常信息传来或者长时间无法与计算机取得联系就通过短信模块发送短信。硬件同时接受用户发送的短信，分析其内容，反馈所需信息或者动作相应的继电器以驱动计算机自动重启。

2.硬件电路设计

2.1 短信模块的选择

基于本设备的特点，我们选择了比较常见的短信模块：西门子TC35i。该模块为双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块，支持AT指令，支持中文短信。该模块通过一个40DIP的无阻力插座与单片机电路板相连，如下图所示：

2.2 单片机的选择

根据需求，本装置在与电脑进行串口通讯的同时还需要与TC35i进行串口通讯，所以这里选择了具有双串口功能的单片机：STC12C5A60S2。该单片机为51单片机的增强型设备具有：速度快、支持SPI、支持AD转换、拥有1K的扩展RAM、自带看门狗等特点，可以很方便的完成本设计的任务。以下是单片机的电路图：

2.3 供电电路设计

本装置采用外供电的形式，由一9V的电源适配器提供9V的电压，为求稳定，再由LM2576输出5V的电压供单片机使用。TC35i的典型电压为4.2V，LM2576输出的5V电压通过二极管降压之后即可满足TC35i的需求，以下是电源设计图：

2.4 串口通讯电路的设计

与电脑通讯的串口使用MAX323进行通讯，与TC35i通讯的串口直接通过插座与TC35i相连，同时为了调试方便，设置转换跳线。通过跳线的可以使TC35i跳过单片机直接与电脑连接，以下是电路图：

2.5 继电器控制电路

本装置通过继电器的闭合来对电脑进行重启操作，为提高可靠性，防止计算机外壳带电对装置产生破坏，继电器控制回路与单片机之间采用光隔，以下是继电器控制回路的电路图：

3.程序设计

3.1 主程序

系统在上电之后需要进行初始化才可以进行工作，包括IO系统、串口系统、中断系统以及TC35i等，初始化系统成功后会发送系统成功启动的短信后进入主功能循环程序，该程序不断向TC35i提出申请，获取最新的短信（由用户发送来的指令短信）。若短信获取成功，则分析短信内容同时执行相应的操作，若不成功则重复该过程。同时主功能程序还负责根据由串口中断程序标记的状态位来确定所监控设备的运行情况，若出现死机则发送提示短信。

3.2 串口中断程序

串口中断程序主要是接受电脑发来的通讯信息，若电脑长时间未发来通信，标记电脑死机位，以便主功能程序发送短信。若电脑发来设备故障信息，编辑对应设备故障信息位，以便主功能程序发送故障信息。以下是串口中断程序的流程图（如下图13所示）：

3.3 PC端程序设计

PC端程序会每隔一分钟检查PC数据以及数采仪的工作状态，如果一切正常将会向短信确认信息，若单片机长时间未收到该信息，即认为通讯中断，会发送PC故障报警短信。如果检查发现问题将会向短信装置发送相应的故障代码，短信装置根据收到的故障代码发送故障报警信息。程序逻辑图如下图14所示：

三、结论

通过以上单片机软件硬件以及上微机软件的结合，本装置可以完成预期的目标，可以实现对计算机以及期工作状态的监视。目前该装置已安装在托克托电厂各台机组的CEMS电子间，工作一切正常，电脑死机后已多次提醒维护人员前往维护，减少了由于环保数据传输中断而造成的考核，获得了很好的效果。

参考文献

[1]周润景，张丽娜，Protel 99 SE原理图与印制电路板设计[M]，电子工业出版社，2008

[2]余锡存，曹国华，单片机原理与接口技术（第二版）[M]，西安电子科技大学出版社，2007

[3]谭浩强，C程序设计（第三版）[M]，清华大学出版社，2008

[4]童诗白，华成英，模拟电子技术基础（第四版）[M]，高等教育出版社，2006

作者简介：杨峰，（1989-），男，助理工程师，毕业于内蒙古大学，现任内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司设备部热控二班专责工。