EPS计算机集中监控系统的设计.pdf

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1、专栏lColum nsE PS计算机集 中监控系统 的设计提出对应急电源的 交流 电压和电流以及相 关 状 态进行采集。并进一步实现数 据远传和计算机 集中监控的分布式系统 的设计 方案；下位机以单片机 为 核心，配合信号调理电路和高精度AD转换芯片完成 多路信号的实时采集和数据处理任务，并利 用LCD显 示模块实现对 被 测量的现场显 示和查询，采用MO DBUSR TU协议 通 过R S 4 85接口与上位计算机 通 信；采用计算机 图形化开发平台Lab-VIEW设计监控程序，实 现了对各个现场的集中监 控。陈雷张 继峰大 庆石油学院秦皇岛分院陈爽河北科 技 师范 学 院计 算机系陈霍讲师

2、关键i Keywords交流数据采集MOD B USCR CRS48 5Lab V旺：W应急电 源(E PS)是现代 建筑安全保障设施的重要组成部分，该系统能够在应急状 态下提供紧急 供电，对现代社会 的安全发 挥 越来越重 要的作用。已大量应用在商 场、医院和图书馆等大型公共场所。而这些大型场所 通常都安 装 有多台甚至几十 台E PS，且分散在 建 筑 物的不同方位和楼层，因 此用计 算机 对 这些E PS进行集 中监控就显得 十分必要。本文介绍对应 急电源 的工作状态进行检测，并实现计算机集中监控的方案。下位机采用A T 8 9 S 52单片机作为采集单元 的控制核心，结合外围电路完成对

3、 市电电压、逆 变 电压、输 出电 流和现场温度的采 集、显示，以及开关量 的检测、故障指示，同时根据故 障输入实现相应的开关 控 制；下位机通过R S 485接口与上位计 算机实现 通信，通信协议 采用MO D B U S-RTU协 议，可将多 个下位机采集仪表挂接在同一总线上，实现上位计算机对多个现场的E PS的集中监控。单片机采集表 的设计单 片机采集表的 电路结构图1所示。72l嘭；易c钉建筑电气2009年 第28卷第1 9期，Il州lP 3 o P 3 2P3 6副iI,10难P。2?P25l处理矧?搽 卜Prz，,，1P2 6l电路l r”一琵jP27P2 4开关量输入：POP l

4、x504 0看门狗：三 二=；P 3 3P35图1卑 片 机 采 集电 路 结 构 图1信号 处理电路的设计信号处理电路由互感器、精密整流电路和滤波 电路构成。测 量交 流 电流的流程如图2所示，首先用电流互感器进行电流 变换，用运放和取样电阻将 转换后的电流变为相 应 的交流电压输 出，然 后对此交流 电压进行全波精密整 流和电容 滤波，将交 流电压和 电流信号转换 为05V的直流 电压信号，最后对此电压进行A D转换，在单片机中进行 数据处理，即 可得 到被测交流信号的实际值。器愕 懒mH羞嘲2交 流 电 流测量 方 案所 用 电 流互感器输入电 流 范 围030A，输出05mA，取05k

5、Q,的采样电阻得到有效值025V的交 流采样电压，经图3所 示的全波精密整流 电路整 流并放大2倍后得到05V交 流电压，再经电容滤波得 到相 应 的06 V的直流电压，经A D转换后送人单 片机处理即 可。本系统 实际测量的最大电 流为025A，经 上述变换后得 到直流 电压的平 均值为05 V。全波精密整流电路如图3所示。电路中的运放采用L M324，8 V电EPSf t算机 集中监控系统 的设汁图3全波 精密整流电 路源供电，负电源 可由ILC7660实现。整 流二极管采用 反向峰值电压为50 V的1N4 001即可，整 流输 出端接滤波电容，滤波电容选择220zF25V的电解电容。对于

6、交流 电压的测量，测 量范围为0270 V，用电压互感 器 进行电压变换，之后再 进行整 流滤波和数据处理。2模数转换 与数 据处理A D转换芯片采用开关电容逐次逼近式转 换芯片TLCl54 3，该芯片 具有10bit精度，共11路输入端，与 单 片机采用串行 接口方 式，串行数据传送时，每个数据位都是在CLO CK序列的上升沿被输入。为提高测量精度，采用基准电压源 芯片LM336为T LCl 543提供5 V的基准 电压。由于经电容滤波后的 直 流信号仍然 有 微小 的脉动成分，AD转换后 的信号在单片机中进行 数 字滤 波后，再做显示 和上传处理。软件取平 均值滤波程序如下：uintfil

7、ter()平 均值滤波uintsui T=0；uehari；for(i=0；i C R C 寄存器右移 1 位 C R C寄存器右移1 位 与C R C 寄因子异或 完8 位、图 5 CRC 一1 6 程 厚 流 程 圈 7 液 晶显 示功 能 L C D 采 用 带 中文 字 库 的 1 2 8 6 4液 晶 显 示 器，L C D和 C P U有 并行 和 串行两 种 接 口方式，这 里 采 用 串行 接 口，大 大 减 少 了 与 C P U 的 接 口以 及 电路 板布 线，只 用 到 串行 数 据 输 入 端 S I D、串 行 时 钟 C L K和 片选 端 c s。设 要传送 的

8、 8位 数据 为 D D D D D D D。D。，采用串行方式传送数据过程如下：1)首 先 发 送 串 口控 制 格 式 1 1 1 1 1 A B O。A 为 数据 传送 方 向控 制 位，1表 示 从 L C D 到 MC U，0 表示 从 MC U到 L C D。B为 数 据 类 型 选 择 位，1表 示传 送 的 是 要 显 示 的 数 据，0表 示 传 送 的是 控 制 指令。2)将数 据 的高 四位 按 D D D D 0 0 0 0格式 发 送。3)将 数 据 的 低 四 位 按 D D：D D。0 0 0 0格 式 发送。对 液 晶操 作 时要 注 意：发 送 指 令 前 必

9、 须 确 认 L C D处 于 非 忙 状 态，即 B F=0，若 不 检 查 B F标 志，则 在 这 个 指 令 和 前 一 个 指 令 之 前 必 须 适 当 延 时 WWWe age com C R 正泰杯 患 EE 第二届优秀论文选登 上位 机监控 软件设计 1 功 能概 述 上 位 机 利 用 P C进 行 监 控，在 L a b V I E W 图形 化 开发 平 台 进 行 监 控 程 序 的 开 发。L a b V I E W 软件 中集成 了大量 的硬件信 息，专为创建测试测量 和 控制 系 统 而 设 计，具 有 强 大 的 图形 控 件，利 用 其 开发 计 算机 监控

10、 系统 十分 方便 快捷。采用 MO D B U S协议 的 R T U模 式，P C采 集下 位 单片 机 的数据，假定下 位机 的地 址编 号为 0 1，数 据 存储 的寄存器 首地址 为 6 0 H单 元，采集 下位 机 的数 据量 为：电压 8字节、温度 4字节 和开关量 2字节，共 1 4个 字 节，字 长 为 7。上 位 计 算 机 向 下 位 机 发 送：0 1 0 3 0 0 6 0 0 0 0 7 0 4 1 6，下 位 机 接 收 到 以 上 命 令，则按 MO D B U S协议 格式返 回采 集到 的数据。编 制人 机界 面 时，利用 L a b V I E W 强 大

11、 的 图形 控件 编 程，在 前 面 板 用 指 示 灯 显 示 开 关 量 状 态，用数值指示控件 N u m e r i c I n d i c a t o r 显示交流 电信号 的大小 和 当 前 温 度，同 时 利 用 仪 表 盘 显 示 控 件 直 观地显示上述各量 的大小。设置 了通信状态指示 灯，当通 信 故 障 时，及 时 报 警。一 台下 位 机 仪 表 的部分 计 算 机 监 控 界 面 如 图 6所 示，包 括 开关 量 报警 指 示、电 压 和 电 流数 据 显 示、当前 温 度 的数 字 显示 以及 数据 保存 路 径设 置。图 6 La b V I EW 监控系统前

12、面板 2 0 0 9 年1 0,E J 上 建筑电气 与羽1 7 5 专栏 l C o l u m n s 为了实现对多个采集表的数据采集，在 V I 的 程序框 图中 采 用 L a b V I E W 中 的 f 0 r 循 环 结 构 可 实 现对多个设备的巡检。另外使用 MO D B U S协议 发 送数据时，消息 间发送至少要停顿 3 5个字符时 间间隔，因此必 须在循 环结 构 中加 入 延时。2 数据通 信 的实现(1)通信参 数设 置 L a b V I E W 串 口通 信 采 用 的 函 数 节 点 位 于 A l l F u n c t i o n模板 中 I n s t

13、 r u m e n t I O-S e r i a l 路径 下：1)V I S A C o n fi g u r e S e r i a l P o r t，用 来 对 串 口的 通信参数初始化。2)V I S A Wr i t e，向 指 定 串 口 写 入 数 据，在 w r i t e b u f f e r 端 口设置 P C发送的命令信息。3)V I S A R e a d，读 取 指 定 串 口中 的数 据 到 缓 冲区 中，必须在设 定 端 口 b y t e c o u n t 指 定 要读 取 的 字 节数。4)V I S A C l o s e，结束与指定串 口的通信。

14、监控系统 的参数设置界面及通信初始化程序 如图 7所示，主要完成通信速率设 置、通信端 口 选择、采样间隔设置和下位机报警电平选择功能。图 7 爹 数 设 置 与 通 信 初 始化(2)循环冗余校验的实现 在 L a b V I E W 中进行 C R C校 验和判 断 的程 序如 图 8所示，首 先将接 收 到 的字 节 数据 转换 成数 组，然后利用 f o r m u l a n o d e公 式 节 点 按 照 C R C校 验 码 的生成 步骤 编 写 校 验 函数，将 生 成 的校 验 码 与 收 到的比较，若 比较结果为真，则将接收到 的数据 进行处理，将其显示在前面板相应的控件

15、中。F o r m u l a N o d e的入 口参数 b u f 为要校验的字节 数 组，l e n为被校 验数 组 的 长度，出 口参 数 C R C H i 和 C R C L o 分别 为计 算 出的校验 码 的高低字 节。程 7 6 1 量胡 建 筑电 气 2 0 0 9 年 第2 8 卷第1 9 期 序 中可将其 封装 成子 V I 直接 调用。图 8在 La bVI EW 中 买 现 CRC一1 6校验 3 数据 存储 和参数 设置 L a b V I E W 可 以将 采 集 到 的数 据 存 储 成 文 本 格 式、E x e c l 表格 形 式 或 者 L a b V

16、 I E W 的波 形 文 件 格 式，并可以调用这 些文件，用 G r a p h面板 以波形 曲线的形式恢复，方便查询历史数据。结束语 本系统将单片机与计算机相结合，采用 MO D B u s R T u通信协议，实现计算机对多个现场 E P S 的集中监控。实验 表 明，可 以稳 定 可靠 的运行。这 种基 于标 准工 业 现 场 总 线 M o d b u s的 测量 方 案，实现了底层设 备网络化的通信功能，提高了控制 系统智 能化 和网络 化 的水平。参 考 文献 1 范立秋，刘 波峰，陶 自林，等基于 L a b V I E W 的智 能配 电防火 监 测保 护 系 统 J 仪 表 技 术，2 0 0 6，(5)：3 8 _ 4 0 2 张波，张 振仁 基 于 M o d b u s协 议 的 C 5 1软 件编 程 J 电测与仪表，2 0 0 5，4 2(8)：5 5 3 雷振 山L a b V I E W7 E x p r e s s 实用技 术教程 M 北 京：中国铁道出版社，2 0 0 4 (收稿 日期：2 0 0 8 0 9 2 5)队