網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在風(fēng)光互補(bǔ)電廠中的應(yīng)用

楊瑋琰

（新疆有色金屬研究所烏魯木齊830000）

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在風(fēng)光互補(bǔ)電廠中的應(yīng)用

楊瑋琰

（新疆有色金屬研究所烏魯木齊830000）

隨著我國(guó)社會(huì)水平的提升，經(jīng)濟(jì)步伐的推進(jìn)，我國(guó)的電力事業(yè)也在這個(gè)過(guò)程中得到了較大程度的發(fā)展。其中，風(fēng)光互補(bǔ)電廠能夠充分的對(duì)自然界的風(fēng)能、太陽(yáng)能進(jìn)行利用，并通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換向負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出。在本文中，將就網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在風(fēng)光互補(bǔ)電廠中的應(yīng)用進(jìn)行一定的研究與分析。

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)電廠應(yīng)用

1 引言

可再生能源已經(jīng)是我國(guó)現(xiàn)今大力開(kāi)發(fā)的能源類(lèi)型，并為此新建了很多的基礎(chǔ)設(shè)施。其中，風(fēng)光互補(bǔ)電廠能夠通過(guò)對(duì)自然界太陽(yáng)能、風(fēng)能的利用，來(lái)獲得較為穩(wěn)定的電力輸出，可以說(shuō)是一種非常綠色、性?xún)r(jià)比高的能源發(fā)電系統(tǒng)。但是，在這部分風(fēng)光互補(bǔ)電廠建設(shè)中，其大多處于我國(guó)較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)，能否對(duì)這部分電站的運(yùn)行情況進(jìn)行進(jìn)行良好的監(jiān)控，對(duì)于電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有著非常重要的意義。對(duì)此，就需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立對(duì)其做好遠(yuǎn)程監(jiān)控工作。

2 基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析

在本系統(tǒng)中，以CAN總線為基礎(chǔ)，以上、下位機(jī)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中下位機(jī)就在風(fēng)光互補(bǔ)電廠中首先建立一部分CAN的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本系統(tǒng)的建設(shè)目的與設(shè)計(jì)方式，使用了AT89C52單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，在A/D轉(zhuǎn)換器將這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化之后再開(kāi)展更為深入的分析工作，對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)處理完畢之后通過(guò)CAN總線將其傳輸?shù)缴衔粰C(jī)之中。而在上位機(jī)方面，則是通過(guò)ARM7處理器的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)嵌入式系統(tǒng)OS的移植對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)責(zé)，能夠?qū)ο挛粰C(jī)經(jīng)過(guò)處理、傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的處理與分析，最終通過(guò)系統(tǒng)中GPRS模塊的應(yīng)用對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳輸。而在本系統(tǒng)中，使用了MC39i作為系統(tǒng)的GPRS模塊，具有接口電路簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。

3 基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

CAN是由德國(guó)為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展所設(shè)計(jì)出的一類(lèi)串行通信協(xié)議，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用與發(fā)展，其逐漸具有了更高的數(shù)據(jù)傳輸率、實(shí)時(shí)性、信息可靠性以及更遠(yuǎn)的傳輸距離，使其已經(jīng)不再僅僅局限應(yīng)用于原有的汽車(chē)工業(yè)之中，在現(xiàn)今社會(huì)的電力系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

在本系統(tǒng)CAN總線設(shè)計(jì)之中，通過(guò)AT89C52處理器的應(yīng)用對(duì)發(fā)電站實(shí)時(shí)的蓄電池狀態(tài)、風(fēng)力與太陽(yáng)能發(fā)電以及電能輸出的規(guī)模與質(zhì)量等做好一系列采集工作，并在數(shù)據(jù)采集完畢之后對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砼c分析。而在對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)處理完畢之后，則會(huì)通過(guò)總線收發(fā)器的應(yīng)用將這部分參數(shù)發(fā)送到CAN總線之中，并通過(guò)上位機(jī)的應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。其中，總線控制器型號(hào)為SJA1000，主要負(fù)責(zé)物理層與鏈路層；總線收發(fā)器為89C250，負(fù)責(zé)CAN總線的接收與發(fā)送工作。而在整個(gè)電路數(shù)據(jù)采集電路中，則將SJA1000作為主線控制器、AT89C52作為最小系統(tǒng)、6N137作為高速光電耦合器、82C250作為總線驅(qū)動(dòng)器。

3.1TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)

在本網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，其實(shí)現(xiàn)功能的核心就是需要保證系統(tǒng)能夠較為完整的對(duì)TCP／IP協(xié)議棧進(jìn)行實(shí)踐。同時(shí)，由于TCP／IP協(xié)議棧自身構(gòu)造與原理較為復(fù)雜，且本采集系統(tǒng)為嵌入式系統(tǒng)，需要直接同硬件實(shí)現(xiàn)交流，對(duì)此，就需要我們能夠在該系統(tǒng)中對(duì)原有的TCP／IP協(xié)議根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。

以IP協(xié)議為例，在發(fā)電站中，其在日常運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的運(yùn)行參數(shù)會(huì)通過(guò)CAN的傳輸將其傳送到上位機(jī)中心節(jié)點(diǎn)位置，而當(dāng)這部分?jǐn)?shù)據(jù)在通過(guò)無(wú)線技術(shù)傳送到電站運(yùn)行監(jiān)控中心之前，則需要通過(guò)一定的方式對(duì)原有的TCP／IP協(xié)議進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚菏紫龋瑫?huì)將這部分所獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)UDP協(xié)議對(duì)其實(shí)現(xiàn)良好的封裝，之后，再在PP協(xié)議中通過(guò)ip-send（）函數(shù)的應(yīng)用完成IP的封裝任務(wù)。在封裝完畢后，再通過(guò)PPP協(xié)議格式對(duì)所獲得IP信息進(jìn)行進(jìn)一步的封裝，并最終通過(guò)系統(tǒng)中MC39i模塊的應(yīng)用對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。

3.2 μC/OS－Ⅱ操作系統(tǒng)在ARM7核微處理器上的移植

將一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核能夠以一定的方式在系統(tǒng)之外的微處理器上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行操作，則可以稱(chēng)之為移植功能，即一種特定的、專(zhuān)門(mén)對(duì)微處理器所編寫(xiě)的軟件代碼。而在對(duì)μC／OS－Ⅱ系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用中，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)其中具體的CPU型號(hào)通過(guò)匯編語(yǔ)言的應(yīng)用編寫(xiě)出同該CPU型號(hào)具有密切聯(lián)系的代碼。之所以這樣操作，則是因?yàn)樵讦藽／OS－Ⅱ系統(tǒng)中，當(dāng)其對(duì)寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取時(shí)，僅僅能夠通過(guò)匯編語(yǔ)言的方式實(shí)現(xiàn)功能的運(yùn)行。

在滿(mǎn)足μC／OS－Ⅱ系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，我們要想將該系統(tǒng)中的內(nèi)核能夠在另一個(gè)處理器中能夠運(yùn)行，則需要提供以下3個(gè)文件：

（1）在OS_CPU.H這個(gè)頭文件中，我們需要對(duì)同編譯器不存在關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩x，并對(duì)所要應(yīng)用堆棧的增加方向以及堆棧所具有的數(shù)據(jù)類(lèi)型做好制定工作；

（2）需要對(duì)部分同ARM具有關(guān)聯(lián)的軟中斷進(jìn)行恰當(dāng)?shù)亩x，在OS_CPU_C.C中，該源文件中所具有的函數(shù)大多數(shù)都同μC／OS－Ⅱ堆棧初始化任務(wù)具有著較多的關(guān)聯(lián)；

（3）而在OS_CPU_A.S這個(gè)源文件中，其中較為主要的則為中斷退出時(shí)所需要調(diào)用的切換函數(shù)、時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù)以及多任務(wù)環(huán)境運(yùn)行的最高優(yōu)先級(jí)函數(shù)等。

3.3GPRS模塊MC39i的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

之前已經(jīng)提到過(guò)，使用了MC39i作為本系統(tǒng)的GPRS無(wú)線模塊。在該設(shè)備中，其通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片同UTRT0口保持連接，具有著9針RS232接口。而在該模塊同LPC2214之間實(shí)現(xiàn)的控制功能則需要通過(guò)AT命令的應(yīng)用對(duì)全雙工通信功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

在該模塊對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸之前，首先需要通過(guò)PPP協(xié)議的應(yīng)用將該無(wú)線模塊接入到互聯(lián)網(wǎng)之中。對(duì)于PPP協(xié)議來(lái)說(shuō)，其位置位于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路層，可以說(shuō)是專(zhuān)門(mén)為兩個(gè)對(duì)等實(shí)體數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸而設(shè)計(jì)的，通過(guò)該可擴(kuò)展鏈路協(xié)議的建立，則能夠幫助我們更好的對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)現(xiàn)配置與測(cè)試工作，并能夠通過(guò)NCP的應(yīng)用對(duì)不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行配置與實(shí)現(xiàn)，在此過(guò)程中，也可以通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的應(yīng)用更好地滿(mǎn)足應(yīng)用需求。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)功能完成之后，則需要對(duì)無(wú)線傳輸模塊的工作頻率以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并在這部分設(shè)置工作完成之后再通過(guò)PPP協(xié)議的以及撥號(hào)功能的應(yīng)用完成協(xié)商任務(wù)，最后通過(guò)系統(tǒng)IP的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)無(wú)線模塊同互聯(lián)網(wǎng)的連接功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)能、太陽(yáng)能是我國(guó)目前大力開(kāi)發(fā)的一種無(wú)污染、可再生能源類(lèi)型，通過(guò)風(fēng)光互補(bǔ)電廠的建設(shè)，能夠更好的起到節(jié)約能源、降低發(fā)電成本的作用。而通過(guò)具有較高數(shù)據(jù)傳輸率、性能可靠以及更遠(yuǎn)傳輸距離CAN總線的應(yīng)用，則能夠幫助我們?cè)趯?duì)電站數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)件的基礎(chǔ)上將電站的重要運(yùn)行數(shù)據(jù)以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的形式傳輸?shù)娇刂浦行?，能夠更好的幫助電站在?shí)時(shí)監(jiān)控的情況下以安全、穩(wěn)定的方式得到運(yùn)行。

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收稿：2015-02-03

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.04.035