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基于动态域名解析的瓦斯发电站互联网远程监控系统设计

2024-08-05 51 上传者：管理员

摘要：为了保障瓦斯发电机组的高效运行和安全管理，设计了瓦斯发电站互联网远程监控系统。该系统主要由就地控制柜和远程工控机组成，就地控制柜采用西门子S7-200 SMART PLC,PLC通过模拟量模块实时读取各项压力数据，通过RS485通讯读取多个测量模块采集的各类运行数据。远程工控机采用亚控KingView组态软件通过以太网通讯读取PLC采集的所有运行数据，并且借助贝锐花生壳的动态域名解析功能，实现了内网穿透，进而实现了瓦斯发电机组的互联网远程监控。

关键词：
互联网
亚控KingView
瓦斯发电
贝锐花生壳
远程监控
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在全球气候变化和环境保护的紧迫形势下，中国提出了“碳达峰、碳中和”的战略目标，旨在推动绿色低碳发展。瓦斯发电技术作为一种将矿井瓦斯(煤层气)转化为电能的清洁能源利用方式，不仅能够有效减少温室气体排放，提高能源利用效率，而且还具备显著的经济和环境效益，逐渐受到广泛关注和应用[1]。为了保障瓦斯发电站的高效运行和安全管理，远程监控系统的建设变得尤为关键。

本文以亚控KingView组态软件及贝锐花生壳为基础，开发了瓦斯发电站互联网远程监控系统，实现了对瓦斯发电站发电机组各项运行数据实时采集、监控显示、实时报警、数据记录、管理控制等，从而大幅度提高了瓦斯发电站的管理效率和运行可靠性。

1、监控系统硬件选型

互联网监控系统硬件选型主要包括就地控制柜和远程工控机两大部分。

1.1 就地控制柜硬件配置选型

就地控制柜要实现瓦斯发电机组排温、水温、油温、油压、水压、燃气压力、转速、电压、电流、功率、功率因数等各种信号的实时采集监测。为了实现以上功能，具体选型如下：

(1)排温工作温度较高选用K型热电偶采集，水温、油温等工作温度相对较低选用PT100热电阻，各路温度信号直接由热电偶、热电阻采集模块读取。

(2)油压、水压、燃气压力采用4-20mA信号输出的压力传感器，由PLC配套的EM AM06 模拟量模块读取[2]。

(3)电压、电流、功率、功率因数等电量参数由发电机组配套开关柜通过二次接线引至就地控制柜内COMAP控制器测量；转速信号同样由COMAP控制器测量。

(4)各仪表完成相应数据测量后由PLC通过RS485通讯对各仪表所测量数据进行统一读取[3]。

1.2 远程工控机硬件配置选型

远程工控机首先要实现与就地控制柜内PLC的通讯，然后读取显示PLC内采集的所有发电机组运行数据，最后将所有数据转发至互联网，实现互联网远程访问[4]。为了实现以上功能，具体选型如下：

(1)远程工控机选用工业领用专用并且质量可靠的研华工控机。

(2)远程工控机与就地控制柜内PLC通讯选用以太网通讯方式，因此就地控制柜与远程工控机均应配备交换机，并且在两者间敷设网线。

(3)为了实现监控数据的互联网访问，远程工控机必须连接互联网，因此需要配备无线路由器一个。

(4)为了保证远程工控机在正常供电电源意外切断的情况下仍然能够监控发电机组，实现机组的正常停机，远程工控机需要配备AC220V UPS不间断电源一个。

2、监控系统软件配置

远程工控机组态软件选择亚控KingView, 动态域名解析软件选择贝锐花生壳。

2.1 组态软件介绍

KingView(组态王)软件是一款在工业自动化领域广泛应用的组态软件。该软件具备强大的数据采集与处理功能，支持从PLC、智能仪表等多种设备实时获取和处理数据。它提供丰富的图形界面设计工具，用户可以轻松创建直观的监控界面和详细的报表。此外，KingView具备完善的报警管理功能，包括报警的生成、记录和处理，确保系统的安全运行。其历史数据管理功能允许用户存储、查询和分析历史数据，便于进行趋势分析和数据追溯。软件支持多种网络通信协议，能够轻松实现分布式系统的集成与管理[5]。

2.2 动态域名解析软件介绍

动态域名解析服务(DDNS)是将用户的动态IP地址映射到一个固定的域名解析服务上，用户每次连接网络时，客户端程序就会通过信息传递把该主机的动态IP地址传送给位于服务商主机上的服务器程序，服务器程序负责提供DNS服务并实现动态域名解析。贝锐花生壳软件利用动态域名解析技术，使用户能够通过互联网远程访问位于内网中的服务器、摄像头、NAS等设备，打破传统的网络限制。花生壳软件支持多种协议，包括HTTP、HTTPS、TCP等。它操作简便，只需进行简单配置即可使用，无需更改路由器设置或公网IP[6]。

3、监控系统整体结构搭建

经过上述选型，整个瓦斯发电站互联网远程监控系统软、硬件配置如下表1所示。

表1 瓦斯发电站互联网远程监控系统软、硬件配置

图1 互联网监控系统网络结构图

4、监控系统界面设计

考虑监控工程大小、监控界面美观实用、通讯时效等综合因素，设计的监控系统原则上同时监控机组数量不超过5台。监控系统应具备机组远程控制、运行数据查看、历史数据查询、数据曲线查看等功能。

(1)监控主画面设计。

主画面可以同时显示多台机组运行数据，鉴于画面空间有限，只显示每台机组运行的重要参数，包括发电量、发电时间、排温、转速、油压、油温、水温、燃气压力、蝶阀开度等。

(2)监控单机画面设计。

单机画面相比主画面显示内容更加全面，能够显示每台机组PLC采集的所有数据。单机画面具备实时报警窗口，可以显示每台机组实时报警信息。单机画面具备机组远程操作的各类按钮，能够远程实现机组启动、怠速转额速、储能、合闸、分闸、停机等操作。

(3)历史数据查询界面设计。

监控系统工程建立连接变量时对所有数据都进行了记录，并且设置变量每秒记录一次，如果机组发生异常或故障，可以通过历史数据查询界面的“自定义历史数据查询”按钮，自定义选择需要查询的时间段、变量名称、时间间隔等。

(4)历史曲线查询画面设计。

利用KingView自带历史曲线控件可以实现对记录的所有变量进行历史曲线查询，通过可视化的曲线更容易对所查询变量进行变化趋势的分析。

5、互联网远程访问功能设计

借助亚控KingView软件的Web发布功能，结合贝锐花生壳的动态域名解析功能可以实现发电机组互联网远程监控。

5.1 监控系统亚控KingView就地工程配置

进行互联网监控域名发布，就地监控系统需要创建2个工程，一个是服务器工程，一个是客户端工程。

(1)服务器工程配置。

所谓的服务器工程就是就地监控系统运行的工程，域名发布前首先需要对服务器工程进行网络配置。点击工具栏中的“网络”或者菜单栏中系统配置中的“网络配置”,在“网络参数”中选择连网，将本机节点名换成本机固定的 IP,在“节点类型”中勾选“本机是登录服务器”“本机是IO服务器”“进行历史数据备份”选项，“客户配置”不需要进行设置，直接点击确定服务端工程便设置完成了。

服务器工程网络配置完成后，需要对服务器工程进行共享，找到服务器工程所在文件夹，右击属性之后进行共享，添加一个Everyone用户权限设置为读取/写入，点击共享，确定。整个服务器工程便配置完成了。

(2)客户端工程创建

互联网远程访问的画面为客户端工程画面，客户端工程可由服务器工程导入实现，新建一个工程命名为“客户端工程”, 在工程浏览器中选择-工程-导入，导入服务器工程的画面和脚本。该工程需放置在硬盘的根目录下。客户端工程导入后再进行远程站点配置和客户端工程网络配置。客户端工程网络配置完成后需要进行站点名替换，此时客户端工程画面中的变量都还是本站点变量，需要把全部本站点的变量替换为远程站点的变量。如果单个替换工作量比较大，可以使用替换工具。

5.2 贝锐花生壳内网穿透功能配置

服务器工程及客户端工程均配置完成后，需进行花生壳内网穿透配置。首先登陆花生壳客户端，然后添加映射，需要注意的是服务器工程映射类型选择TCP,内网端口号使用2001端口，客户端工程映射类型选择HTTP,内网端口号使用80端口，如下图2所示。

图2 花生壳内网映射配置

5.3 域名发布

花生壳内网映射配置完成后便可进行域名发布，运行组态王安装目录下的Web发布工具，选择域名发布，客户端及服务器分别输入映射后的访问地址，点击发布，发布成功后便可通过32位IE浏览器，输入发布的客户端访问链接互联网远程访问机组监控画面。如图3所示。

图3 IE浏览器访问机组监控画面

5.4 手机APP互联网远程监控

通过手机APP也可以通过WIFI/4G/5G网络远程访问机组数据，但需要在花生壳再添加两条映射，服务器工程及客户端工程跟电脑端配置类似，唯一不同的是移动客户端发布时，服务器工程内部端口号使用802端口，客户端工程内部端口号使用800端口，手机APP访问机组数据如下图4所示。

图4 手机APP互联网远程监控

6、结束语

本文介绍了基于西门子S7-200 Smart PLC、亚控KingView组态软件和贝锐花生壳动态域名解析软件的瓦斯发电站互联网远程监控系统的设计与实施。通过详细的系统架构设计和应用实施，展示了如何在工业自动化控制中有效集成现代互联网技术，从而实现对瓦斯发电站的远程监控与管理。该系统的设计不仅提升了瓦斯发电站的运行效率和安全性，还极大地减少了现场操作人员的工作负担，提高了应对突发事件的响应速度。实际应用表明，系统运行稳定，监控数据实时准确，达到了预期的效果。通过本次互联网远程监控的设计与实施，我们对PLC控制系统、组态软件的应用以及动态域名解析技术有了更深刻的理解，为今后的相关研究和应用提供了宝贵的经验。未来，随着通信技术和数据分析技术的进一步发展，瓦斯发电站远程监控系统将更加智能化和高效化，为能源管理和安全运行提供更加有力的保障。

参考文献:

[1]聂隆.煤矿瓦斯发电技术的发展现状及前景[J].能源与节能,2024,(4):153-156.

[2]李家璇,杨洁.基于PLC与组态王的农业大棚温湿度监测系统设计[J].农业装备技术,2023,49(4):42-47.

[3]廖常初.S7-200 SMART PLC编程及应用[M].第5版.北京:机械工业出版社,2019.

[4]郭玉静.基于S7 200 SMART PLC和组态王的雾炮机控制系统设计[J].唐山学院学报,2023,36(3):33-37.

[5]黄小花,周玉印,荣俊香,杨飞.基于力控组态软件的光伏微电网远程监控系统的设计[J].自动化应用,2024,65(5):96-98.

[6]吴景来.基于Real Historian和花生壳内网穿透技术应用研究[J].工业控制计算机,2023,36(3):14-15.

文章来源:陈洪刚,李奇,司志飞,等.基于动态域名解析的瓦斯发电站互联网远程监控系统设计[J].内燃机与配件,2024,(15):49-51.