工业能源数据采集以及故障排查

摘要：能源消耗一直是工业企业成本支出的重要组成部分，而如何降低成本是企业长期以来一直面临的重要问题。近年来，为实现我国经济建设的可持续性发展，国家提出树立科学发展观，转变粗放型的经济增长模式 ，落实节能减排政策成为企业的一项重要任务。

关键词：能源管理；无线传输；智能化；效益

1 数据采集系统框架

根据系统网络拓扑图，结合施工现场的实际情况，设计出符合现场施工的硬件施工方案。方案的设计是基于能源仪表、互联网、面向生产现场，集数据采集、状态监控、超标报警、数据分析统计为一体。紧抓影响生产的关键环节，从而为精益制造的实现提供可靠的数据支撑和管理抓手。通过生产设备运行过程中的各类现场实时数据的统计、分析，精准掌握生产状况。

2 数据采集系统及其结构：

2.1系统组成

系统组成首先进行表现层SCADA系统软件的开发，建立数据采集，数据展示，远程监控，超限报警，用户管理的平台，再对传输层进行光缆敷设，实现网络的畅通。最后进行串口服务器（数据采集层）N540串口服务器和接收方LG207-L的安装，通过对设备仪表数据的采集，最终实现数据的上传。

2.2数据采集层

2.2.1对施工现场仪表型号进行详细统计，根据仪表的种类查阅相关的技术手册（确定数据的类型以及协议类别，做好相应的记录），设置仪表采集通讯参数，使用MCGS或串口调试工具实现数据的正确读取。

2.3发射端配置

LG207-L 无线传输模块是一个支持点对点通信协议的低频半双工 LoRa 串口 LoRa 数传终端，工作的频段为：410～441Mhz。使用串口进行数据收发，降低了无线应用的门槛，可实现一对一或者一对多的通信。

LoRa具有功率密度集中，抗干扰能力强的优势，LoRa 数传终端通讯距离可达 8000m（空旷视距，晴朗天气，天线增益 5dBi，天线放置高度大于 2m，0.268K 空中速率）

使用点对点通信的低频半双工 LoRa 数传终端有效的摆脱了有线或SIM卡DTU的限制，可实现一对一和一对多的数据通讯，可以让仪表采集更方便，安装更随意。

2.4采集终端配置

接收终端可以是光缆传输层的末端也可以在服务器端配合LG207使用。LG207将接收回的信息传回同一个串口，在接收端需要加装一个N540 串口服务器来接收LG207传回的数据信息。

N540四串口服务器是用来将 TCP/UDP 数据包与 RS232/RS485 接口实现数据透明传输的设备。实现串口到以太网口的数据的双向透明传输。支持 Modbus 网关功能，服务器内部完成协议转换。串口一侧实现串口数据的透明传输，以太网口一侧则是 TCP/IP 数据包，四个串口相互独立。可以通过服务器内部的网页进行设置参数，也可以通过设置软件进行设置。

2.5传输层布置

传输层布置选用光纤网络方式。远距离选用光纤敷设，近距离选用网线敷设。传输层采用与公司内网隔离的方式进行布置，避免了与公司内网相互混合。选用符合工业网络敷设要求的光纤网络敷设，抗干扰能力强，扰动较小，可保证信号稳定。选用超六类网线进行布置。

网络连接PC：使用服务器直连PC端，必须要给电脑设置一个静态的，与 N540 的 IP 在同一个网段的 IP， 比如：192.168.0.201。

2.6表现层SCADA系统软件的开发

根据用户需求设计开发上位机开发系统，软件选用力控、紫金桥、组态王等进行开发，可实现数据的采集和展示，以及设备的远程起停控制。

2.6.1建立虚拟串口

如MODBUS  RTU设备作为服务器端的终端设备，可通过在现场安装N540串口服务器，将N540进行配置，通过有线连接RTU设备，实现RTU设备通信连接。服务器通过虚拟串口和配置的通道访问下位机仪表和设备，如果服务器端组态软件建立的是MODBUS TCP设备，那么在N540上工作方式需要配置成MODBUS TCP，工程下发信息时把 MODBUS TCP格式数据转换成MODBUS RTU格式数据和现场仪表设备建立连接。

2.6.2 IO设备组态建立

根据现场数据采集器配置及硬件网络，在上位机组态软件开发过程中重建立IO设备组态，结合实际设备选用其适用的通信协议。一般底层硬件可支持标准的MODBUS通讯协议，因此在建立IO过程中，串口通信设备选择MODBUS RTU协议组建，网络通讯设备选用MODBUS TCP协议组建。IO 建立时需要管理建立的虚拟串口才能访问现场仪表设备。

2.6.3数据库组态建立

IO组态建立完成后，需要建立在组态工程中用到的数据库组态，在实际的画面、报表以及曲线中用到的全局变量和中间变量都是在这里建立。变量建立过程中要关联IO组态中的设备，这样采集到的数据就能传送到了每一个变量。

3故障排查

在实际的工作中，我们会遇到各种各样的问题，导致数据采集以及设备远程控制不成功。下面是我根据工作经验，总结出来的一些故障排查方法，分二个方面介绍如下：

3.1 数据采集

当我们进行数据采集失败时，要先排查网络是否畅通，再排查采集端的顺进行序。

检查电源是否正常（通讯模块、串口服务器、采集终端仪表、网络服务器电源）。

检查通讯模块与仪表端485通讯线是否连接可靠，光缆，网络连接是否畅通。

检查所有串口助手工具波特率、地址等基本参数设置是否正确，

检查进行通信的双方的信道（CH）、速率等级（SPD）和目标地址（ADDR）等参数是否一致，若不一致则 需将通信双方的该参数修改为相同值。

检查天线是否装好，因 LORA 数传终端外壳为铁质，不装天线对信号传输影响较大。

检查设备、仪表的接线端子（仪表和串口服务器）

检查串口服务器拨码开关位置是否正确

检查设备地址以及寄存器地址，变量关联是否正确

检查光纤收发器工作是否正常

检查LG207配对是否成功。（重新配对后，应对设备断电重新启动，使用串口助手工具检查设置是否正确。重新配对如果失败，需重新恢复出厂设置。使用reload按键，如下图，长按五秒，指示灯闪烁后，恢复成功。复出厂设置后，使用串口助手工具重新进行配对）

3.2 设备远程控制

3.2.1电动阀门远程操作无动作

检查SCADA系统中阀门的相关状态。

检查电源是否正常（触摸屏、电动阀，控制箱），通讯网络是否畅通。

检查电动阀是否完好。

检查电动阀是否处于碰限位状态或卡死状态。

检查设备地址及寄存器地址。

检查触摸屏组态变量关联是否正确。

检查plc通讯是否正常，是否有输入及输出，输出继电器是否动作。

3.2.2 空气压缩机远程起停失败

检查空压机电源电压。

空压机通讯连接失败，可检查设备通讯网络及线路或检查空压机是否断电，串口数据采集器是否断电再进行排查。

空压机故障报警导致启停控制失败，可对空压机设备故障报警内容进行处理后再次进行启停测试。

因干扰原因造成空压机控制指令不能可靠下发，逐段检查通讯线路，查找故障干扰点，可通过串口监测检查命令发送贞是否可靠发送和接收，如有丢包现象，可采用485通讯线屏蔽层接地。

4 结束语

通过能源管控系统搭建过程中对数据采集器调试、设置以及故障排查，掌握常见故障排查方法，现把常用调试和故障排除操作法固化输出，有利于相互借鉴，可有效提高工作效率，该方法对于能源数据采集及故障处理工作具备指导意义。

参考文献

[1]赵旭东，姜子刚.节能技术[M].北京：中国标准出版社，2013.

[2]周相梅，刘立波.能源管理体系建立与运行[M].北京：中国标准出版社，2009.