斯特林太陽能發(fā)電主控器上位機監(jiān)控軟件設計

古宏剛，周漢義，任金鵬，阮青亮

(合肥工業(yè)大學材料科學與工程學院，安徽合肥 230009)

高技術太陽能斯特林發(fā)動機是一種將高壓的氦和氫進行密封，并用優(yōu)質材料和高級加工方法制造的且最為正統(tǒng)的斯特林發(fā)動機。其原先是作為汽車發(fā)動機進行開發(fā)的，隨后才作為太陽能斯特林發(fā)動機。其可與聚光系統(tǒng)一同生產(chǎn)。在某些國家的沙漠中，已安裝了一部分該款的發(fā)動機。許多發(fā)達國家對斯特林發(fā)動機的研究，主要是針對于地面上大型發(fā)電。該發(fā)動機也稱之為高技術太陽能斯特林發(fā)動機［1］。

現(xiàn)有的太陽能斯特林發(fā)動機項目所采用的是陽光接收器技術，光電轉換率達31.25%，保持著太陽能發(fā)電技術的高效紀錄，是一種高度集聚利用太陽能的技術，遠超于其他競爭對手。

斯特林太陽能發(fā)電主控器上位機的軟件設計思路為:主控系統(tǒng)下位機發(fā)送數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸，PC機接受并作出相關處理，Delphi編程從而實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、存儲數(shù)據(jù)庫及相關控制等功能。相關界面設計主要包括:主界面、模擬量接收界面、故障及開關量顯示界面、軟件調試界面、軟件測試界面、實時數(shù)據(jù)界面和通道檢測界面。整個軟件簡化工作流程如圖1所示。

圖1 軟件簡化工作流程

1 主控器上位機的軟件設計思路

1.1 實時監(jiān)控

整個過程要實時監(jiān)控數(shù)據(jù)包括:約40個溫度、10余個壓力、電參數(shù)和其他參數(shù)，要使整個界面在實時監(jiān)控的同時，更加便于觀察，最終選擇Delphi。Delphi是Windows平臺下著名的快速應用程序開發(fā)工具。Delphi是一個集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，其核心是由傳統(tǒng)Pascal語言發(fā)展而來的Object Pascal，以圖形用戶界面為開發(fā)環(huán)境，透過IDE、VCL工具與編譯器，配合連結數(shù)據(jù)庫的功能，構成一個以面向對象程序設計為中心的應用程序開發(fā)工具［2-4］。

為實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳送，文中選擇了PCICAN通訊。確定了通訊和軟件后，則需要進行源程序的編寫，由于顯示的數(shù)據(jù)量較大，所以利用接收函數(shù)來處理。

同時為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，需要在接收的數(shù)據(jù)緩存中經(jīng)行清緩沖區(qū)。

這是實時監(jiān)控中最重要的兩個函數(shù)，一是數(shù)據(jù)的接收，二是實現(xiàn)“實時”。接著就是主界面的編程，主界面的示意圖如圖2所示。

圖2 主界面示意圖

主界面也是整個軟件設計的核心部分，在主界面上需實現(xiàn)當前需要的所有功能，不僅是數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。主界面主要包括左上角溫度顯示、左下角電參量顯示、中間實體圖的相關溫度和壓力顯示、其他界面切換及元器件控制和其余輔助功能等。

在實時數(shù)據(jù)的顯示源程序中，利用了循環(huán)程序，同時可實現(xiàn)一組8 Byte的接收。

這使數(shù)據(jù)接收源程序效率大幅提升。實時監(jiān)控部分已通過實驗達到相關要求。

1.2 存儲數(shù)據(jù)庫

為了使后期可方便查閱相關數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫是必不可少的，在本軟件設計中選擇了 Access數(shù)據(jù)庫。Access是關系數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫可匯集各種信息以供查詢、存儲和檢索。Access的優(yōu)點在于可利用數(shù)據(jù)表示圖或自定義窗體收集信息。數(shù)據(jù)表示圖提供了一種類似于Excel的電子表格，可使數(shù)據(jù)庫便于觀察。另外Access允許創(chuàng)建自定義報表用于打印或輸出數(shù)據(jù)庫中的信息。為能主觀控制選擇存儲數(shù)據(jù)，編程時增加了一個存儲按鈕，便于及時存儲相關數(shù)據(jù)。

在Access數(shù)據(jù)庫中需要存儲的數(shù)據(jù)較多，因此建立數(shù)據(jù)庫較為復雜，部分需存儲的項目如3圖所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫部分存儲項示意圖

存儲數(shù)據(jù)的時間間隔定為1 s存儲一次，而源代碼其實包括打開數(shù)據(jù)庫、指針定位和數(shù)據(jù)存儲等步驟。

1.3 控制部分及輔助功能

控制部分主要包括手動控制和自動控制2部分，這也是整個主控軟件中最重要的部分，手動與自動切換主要靠“自動控制”按鈕實現(xiàn)，手動控制就是發(fā)送相關數(shù)據(jù)來實現(xiàn)元器件的動作，源程序中運用了發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)。主界面中的按鈕均運用了發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)。

自動控制是最終所需的效果，首先需設計出自動控制的流程圖，這關系著斯特林太陽能發(fā)電機的正常運行，通過大量實驗最終確定了流程，部分流程圖如圖4所示。

圖4 部分自動控制流程圖

在自動控制中為了能方便檢查與安全，在主界面中增加了“運行狀態(tài)”與“報警信息”顯示，通過大量實驗修正，控制部分最終達到相關要求。

其他輔助功能主要包括“溫度顯示圖”、“陽光跟蹤”、“參數(shù)設置”、“電量參數(shù)明細”等功能，這些輔助功能在實際試驗中起關鍵作用。

2 實驗和結論

實驗中由于數(shù)據(jù)量較大，所以數(shù)據(jù)庫具有關鍵性作用，而在所有數(shù)據(jù)中電參量則是關鍵，功率因數(shù)=有功功率/視在功率，當有功功率為負值時，說明暫未發(fā)電，而當有功功率為正值時，即為已發(fā)出相應的電，現(xiàn)場試驗部分數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可看出15:34:13時開始發(fā)電，電機空轉時為1 822 r/min，符合電機空轉范圍，15:40:00時發(fā)電已超過2 kW，而15:45:28達到2.5 kW，其后保持正常工作發(fā)電約為2.5 kW。

表1數(shù)據(jù)結果及實驗表明，文中介紹的斯特林太陽能發(fā)電主控器上位機的軟件設計達到了相關要求，并具有數(shù)據(jù)可靠、操作簡單且運行穩(wěn)定等優(yōu)點。

［1］陳幼松.太陽能斯特林發(fā)動機的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.太陽能，1992(2):5-7.

［2］寧正元.Delphi程序設計與應用教程［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［3］網(wǎng)冠科技.Delphi程序開發(fā)觸類旁通百例［M］.北京:機械工業(yè)出社，2005.

［4］段興.Delphi實用程序100例［M］.北京:人民郵電出版社，2002.

［5］PETER R，ELIE S.Access數(shù)據(jù)庫設計開發(fā)與部署［M］.天宏工作室，譯.北京:清華大學出版社，2005.

［6］何希瓊.實用Access詳解［J］.北京:電子工業(yè)出社，1994.