基于LabVIEW的釩電池監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　摘 要：設計了一個基于LabVIEW的釩電池監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的組成及監(jiān)控軟件的開發(fā)設計。實際運行結果表明，該監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了釩電池的數(shù)據采集、顯示、分析存儲和控制功能。
　　關鍵詞：釩電池 監(jiān)控 LabVIEW
　　中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2012)06(a)-0040-01
　　釩電池作為一種新興的大規(guī)模蓄電儲能設備，廣泛應用于風能、太陽能等發(fā)電系統(tǒng)[1]。本研究基于LabVIEW平臺實現(xiàn)了對釩電池系統(tǒng)全自動控制及相關參數(shù)的監(jiān)測，保證了釩電池系統(tǒng)安全高效的運行。LabVIEW是由美國NI公司利用虛擬儀器技術開發(fā)的主要面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺[2]，該開發(fā)環(huán)境把工業(yè)測量與控制和計算機完美結合在一起。
　　1 系統(tǒng)總體方案
　　釩電池監(jiān)控系統(tǒng)采用上下位機結構形式，由上位機監(jiān)控平臺和下位機控制器組成。控制器以單片機為核心，包含了傳感器、電壓采集盒、可控執(zhí)行器件等，主要完成釩電池運行參數(shù)采集、數(shù)據分析、報警輸出等功能[3]。上位機監(jiān)控平臺為通用PC機，通過RS232與下位機連接。上位機監(jiān)控軟件主要完成采集信號的數(shù)據分析、顯示、記錄，設置運行控制器的工作模式和參數(shù)等工作。
　　釩電池工作時，傳感器將采集到的電解液溫度、液位、流量及壓力等物理信號轉化為電流信號，經過精密電阻轉換后得到電壓信號并輸至A/D轉換器。采集盒使用LTC6803[4]電池管理芯片作為測量器件，使用SPI接口與控制芯片通信，并且可以多個串聯(lián)使用，實現(xiàn)對多路單體電池電壓的采集。系統(tǒng)通過3種可控執(zhí)行器件實現(xiàn)對釩電池系統(tǒng)的控制，泵開關用于啟停電池電解液的流動，報警器用于系統(tǒng)故障報警，充放電設備用于電池充放電?？刂破鹘邮盏叫盘柡髮崟r處理分析，按照通信協(xié)議以數(shù)據幀的形式將系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)通過RS232發(fā)送到PC端監(jiān)控平臺，接收PC端監(jiān)控平臺控制信號實現(xiàn)對可執(zhí)行器件的控制。
　　上位機監(jiān)控軟件的主要功能是在釩電池運行時，向工作人員提供人機交互界面，將接收到的信號解析后，以數(shù)值或曲線的形式實時顯示，以供給工作人員監(jiān)視控制；對系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進行分析處理后以Excel表格的形式存儲；根據設置參數(shù)對監(jiān)控數(shù)據進行判斷，當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常時，給出報警信號，并向下位機控制器發(fā)送釩電池停止運行命令，確保釩電池系統(tǒng)安全可靠運行。
　　2 上位機監(jiān)控軟件的設計
　　上位機監(jiān)控軟件主要由用戶登錄模塊、參數(shù)配置模塊、系統(tǒng)通信模塊、系統(tǒng)監(jiān)視模塊及數(shù)據分析存儲模塊組成。
　　2.1 用戶登錄模塊
　　該模塊主要是為了提高釩電池監(jiān)控軟件系統(tǒng)的安全性，只有權限較高的工作人員才能對系統(tǒng)進行操作。登錄系統(tǒng)時需輸入用戶名、密碼，系統(tǒng)驗證正確后即可查看系統(tǒng)狀態(tài)、設置系統(tǒng)參數(shù)等。
　　2.2 參數(shù)配置模塊
　　參數(shù)配置模塊可設置監(jiān)控系統(tǒng)的各項參數(shù)，包括串口參數(shù)、采集參數(shù)、傳感器參數(shù)、存儲參數(shù)及電堆參數(shù)五部分。傳感器參數(shù)用來設定系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)安全范圍，當檢測到的相關參數(shù)不在此范圍時，系統(tǒng)將報警提示；數(shù)據參數(shù)采集方式分為單次采集與定時采集兩種，單次采集主要用來測試監(jiān)控軟件與下位機控制器的通信狀況，定時采集實現(xiàn)數(shù)據實時采集；電堆參數(shù)用來設置釩電池電堆數(shù)及每個電堆單體數(shù)量；串口參數(shù)用來設置串口通信參數(shù)；存儲參數(shù)包括存儲時間、文件保存目錄等參數(shù)。
　　2.3 系統(tǒng)通信模塊
　　監(jiān)控平臺與下位機控制器采用RS232串口通信，數(shù)據以幀為單位傳輸，數(shù)據幀結構如表1所示。
　　其中控制字共有4個字節(jié)，分別代表數(shù)據類型或命令類型、數(shù)據長度、源站地址、目的站地址。數(shù)據長度不能大于255，數(shù)據類型有傳感器數(shù)據、漏液信息、電堆數(shù)據及單體電壓數(shù)據，命令類型有啟停泵、啟停充電設備、啟停報警器。讀取每幀數(shù)據后都要進行CRC校驗，若校驗不通過則重新發(fā)送數(shù)據。
　　在LabVIEW中對串口進行控制的方式通常是直接利用LabVIEW功能模塊“儀器I/O”中的“串口”子模塊，該子模塊中包含進行串行通信操作的一些功能模塊[5]。LabVIEW串口通信首先要通過“VISA配置串口”子VI對串口相關參數(shù)進行設置，包括串口號、波特率、數(shù)據位、停止位及校驗位等。串口通信的讀、寫操作通過“VISA讀取”與“VISA寫入”函數(shù)實現(xiàn)，讀取的數(shù)據字節(jié)數(shù)不能大于串口接收緩沖區(qū)數(shù)據字節(jié)數(shù)。串口通信結束后需使用“VISA關閉”函數(shù)結束通信過程。
　　2.4 系統(tǒng)監(jiān)視模塊
　　系統(tǒng)的監(jiān)視模塊主要用來顯示系統(tǒng)主要設備的運行狀態(tài)，將通信模塊接收的原始數(shù)據按照通信協(xié)議解析后得到系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)值，然后賦予各顯示控件。電池電壓及各傳感器數(shù)據以數(shù)值和模擬圖形的形式實時顯示。
　　當監(jiān)控參數(shù)都正常時，點擊控制按鈕，控制狀態(tài)燈會變成淺黃色表示打開；點擊啟動泵和充放電設備按鈕，泵狀態(tài)和充放電設備狀態(tài)燈會變成淺黃色表示打開；監(jiān)控數(shù)據發(fā)生異常時，泵和充放電設備會自動變?yōu)橥Ｖ?，對應的泵狀態(tài)和充放電設備狀態(tài)燈會變成深綠色表示關閉，報警器狀態(tài)燈閃爍報警。
　　2.5 數(shù)據分析存儲模塊
　　釩電池作為一個能量儲存設備，其各項技術指標對今后的研究具有重要意義。監(jiān)控軟件除了對系統(tǒng)狀態(tài)進行實時監(jiān)控還需對相關指標進行分析和存儲。在數(shù)據分析存儲模塊中，根據解析出的電流、電壓等參數(shù)計算出釩電池的功率、充放電容量、庫倫效率、電能效率，并以表格的形式實時顯示。在參數(shù)設置模塊設置好存儲參數(shù)后，軟件將釩電池狀態(tài)參數(shù)及分析結果寫入Excel表格保存，以便研究人員查閱研究。
　　3 結語
　　本文利用LabVIEW軟件及單片機設計了一個釩電池監(jiān)控系統(tǒng)。實驗證明該系統(tǒng)能夠實時采集、顯示、保存釩電池各狀態(tài)參數(shù)，當釩電池出現(xiàn)故障時監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時報警并停止運行。
　　參考文獻
　　[1]