无人值守能源平台中数据通信系统设计与实现

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作为我国南极科考的度夏站,泰山站存在能源供应不足现象,为保障泰山站的科考活动正常开展,需要无人值守能源平台为南极科考设备提供持续的能源供应。受环境影响,泰山站冬季处于无人值守状态,为保障无人值守能源平台长期稳定运行,需要为其提供远程通信服务。本文根据实际项目需求,设计并实现无人值守能源平台的数据通信系统,为国内工作人员监测和控制无人值守能源平台提供了渠道。本文对无人值守能源平台的数据通信系统进行功能和性能分析,将数据通信系统划分为数据采集与处理模块和数据传输模块,并针对各个模块进行方案设计与实现。主要工作内容如下:(1)设计数据采集与处理模块。采用Socket通信方式实现上位机与PLC控制器之间的数据采集。基于数据通信格式制定和数据特征实现了采集数据的分类,考虑数据重复性检测和PLC控制命令的下达验证。开关量采用移位存储方法,模拟量采用gzip和bzip2压缩技术以降低铱星流量的消耗。(2)设计数据传输模块。将数据传输场景分为南极本地与国内的远程数据传输和南极本地设备间近距离数据传输。针对远程数据传输,采用了铱星通信和FTP被动传输模式实现南极本地与国内的数据交互。现场数据交互包括南极上位机解析设备重启命令后通过DM6420数据板卡实现设备重启,上位机、科考设备和NAS通过文件共享协议实现数据海量存储,两台上位机之间采用心跳监测方法实现主备机状态切换。(3)针对数据通信系统存在的安全问题,采用校验和加密的手段保证数据在远程传输过程中的完整性和安全性。为提高系统可靠性,对系统进行冗余结构设计。结合硬件接口特点设计基于RS-485通信的数据传输通道,实现上位机与发电机组的直接通信和蓄电池管理。模拟硬件故障测试结果表明,系统安全可靠。最后基于C/C++语言实现软件功能并完成系统搭建。系统经测试和应用后表明,该数据通信系统实现了国内监控中心对无人值守能源平台的远程监测和控制,且系统运行稳定,可靠性高。
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