基于WinCC的燃料电池远程监控系统的搭建

摘 要：结合燃料电池应用领域的差异性，基于工业WinCC平台设计和搭建一种燃料电池远程监控系统。系统主要由数据采集器、服务器平台软件、数据库、WinCC平台等组成。监控系统可实现不同应用场景下的燃料电池模块数据采集、传输、处理、存储、展示和查询等功能。

关键词：燃料电池;监控系统;WinCC平台

1 引言

燃料电池通过电化学反应将燃料中存储的化学能转化成电能，是一种环保、可持续的绿色能源。近年来燃料电池的应用快速发展，主要用作交通工具动力电源、设备应急、备用电源及孤岛电源等。但是燃料电池系统复杂，对安全性要求很高。因此，需要开发一套远程监控系统，以适应不同燃料电池系统，重点监控燃料电池的实时运行、储存、查询历史数据、故障诊断和报警等信息。燃料电池的实时运行数据应用于大数据分析后可以作为燃料电池系统优化和改进的重要依据，对于促进燃料电池的技术发展十分关键。因此，需要开发一套远程监控系统，采集、存储和监测不同类型、不同应用下的燃料电池模块数据。

2 远程监控系统的结构

远程监控平台由WinCC界面平台、数据库、服务器平台软件、总线数据采集器等四部分组成。系统结构拓扑见图1。

总线数据采集终端基于不同数据采集方式获取不同燃料电池系统的数据信息，并将其发送至平台处理软件。数据信息包括运行数据、定位信息;数据协议支持CAN、Modbus、485等多种总线通信方式。服务器平台软件用于接收燃料电池数据信息，并基于燃料电池的特定属性进行信息分析、分类存储和分类发送。此外，平台软件还具备接收远程监控设备的控制指令和归档数据，将控制指令发送至监控终端设备;WinCC界面软件用于接收、展示和分析燃料电池的数据信息，生成并发送归档数据，以及发送控制指令至服务器平台软件。数据库用于存储服务器平台软件和WinCC界面软件的归档数据，调取WinCC历史查询数据等。

3 远程监控系统的功能实现

远程监控系统功能上主要分为三大部分，功能示意如图2所示。

其中，底层数据采集及组包、数据发送至服务器由远程数据终端模块实现。数据终端可以应用于车辆燃料电池系统、船用燃料电池系统、应急电源燃料电池系统、备用电源燃料电池系统和孤岛电源燃料电池系统等领域。数采终端支持包括CAN通信RS485通信等数据采集方式。采集的燃料电池信息包括运行数据和定位信息，其中运行数据包括但不限于燃料电池的总电压、总电流、净输出电流、进口温度、出口温度、气体压力、冷却系统运行参数和控制器运行参数和状态等。燃料电池的定位信息指燃料电池的位置坐标，即经纬度值。

服务器平台软件部署于实验室服务器或者远程云平台，实现以下主要功能：（1）数据接收：采用C#开发平台及多线程技术，平台软件为服务器端，采集器为客户端;每当一个采集器与服务器建立通信连接时，平台软件动态创建一个数据接收线程，并将数据缓存至特定编码模块结构体下;当通信链接断开时，线程自动销毁，并释放相关资源。（2）数据分包处理：通过建立结构体数组，识别燃料电池模块唯一编码，将不同数据按照通信协议分包，将数据填充至不同变量下。（3）数据存储：采用SQL批操作处理，每次数据库操作将一个燃料电池模块或系统的数据包批量写入数据库，以平衡频繁操作数据库带来的资源占用。（4）数据交互：通过模拟ModbusTCP服务器端，与WinCC建立通信连接，将WinCC请求的实时数据发送至指定端口。

WinCC界面软件部署于单独的服务器或云平台，实现的功能如下：（1）数据展示：通过WinCC平台脚本，将燃料电池编号与结构体变量对应。实时数据展示界面显示平台软件发送的实时动态数据，地图显示控件调用GPS数据实时显示模块定位和轨迹。（2）数据归档：通过WinCC平台归档功能，将数据存储支服务器数据库。（3）数据诊断：通过故障诊断逻辑判断实时数据的异常情况，在故障显示列表实时记录模块预警、报警信息。（4）数据统计：通过WinCC调用统计逻辑功能块，实时统计每季度、每年、每一个模块的故障数、故障种类等信息，并导出相应的统计报表。（5）数据查询：通过历史数据查询接口，调取数据库中的历史数据，并在趋势界面动态展示，便于数据分析。

4 小结

燃料电池远程监控系统能够实现不同应用场景下的燃料电池的数据监测，通过WinCC平臺软件可以方便进行系统的坐标定位、实时数据监视和存储、故障预警、历史数据查询等功能。平台结构简单，后期维护过程中支持数据扩展，有效降低公司运维的人力和时间成本。同时，平台采用成熟的工业WinCC平台作为数据展示和存储的载体，采用C#开发平台采集和处理软件，采用汽车数据采集器作为数采终端，在保证技术成熟度的同时还能有效降低搭建和维护成本。

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