鋼筋加工機(jī)械電能消耗測(cè)試系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

魯衛(wèi)濤，張海霞，陳 娜

（1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正達(dá)裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

鋼筋加工機(jī)械電能消耗測(cè)試系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

魯衛(wèi)濤1，張海霞2，陳 娜2

（1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正達(dá)裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

鋼筋加工機(jī)械是建筑工地及鋼筋加工廠不可或缺的建筑機(jī)械設(shè)備，其主要能源消耗就是電能。作為一種高能耗設(shè)備，鋼筋加工機(jī)械的能耗指標(biāo)引起行業(yè)內(nèi)關(guān)注，國(guó)家“十二五”規(guī)劃對(duì)建筑業(yè)及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的節(jié)能減排也提出了較高的要求。通過(guò)檢測(cè)鋼筋加工機(jī)械電能消耗量，評(píng)價(jià)能效指標(biāo)，有益于提高機(jī)械設(shè)備在節(jié)能技術(shù)上的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

本文介紹了一種利用智能儀表及上位機(jī)軟件程序的電耗測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)利用高精度多功能電參數(shù)儀表，同時(shí)配合使用Modbus協(xié)議通信器件，并采用基于C#程序語(yǔ)言的上位機(jī)軟件構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋加工機(jī)械能耗參數(shù)的測(cè)試和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)鋼筋機(jī)械能效評(píng)價(jià)指標(biāo)提供了依據(jù)。

1 能耗測(cè)試方法

本系統(tǒng)選擇接線點(diǎn)在鋼筋加工機(jī)械的控制箱電源線輸入端，測(cè)量示意圖如圖1所示。接線方式為帶互感器的三相四線法。

圖1 電能消耗測(cè)量示意圖（以鋼筋調(diào)直切斷機(jī)為例）

系統(tǒng)所用儀表為全電量多功能電力儀表，可用于測(cè)量單相/三相功率、電度、電壓、電流等。配有RS485/RS232通信，MODBUS RTU協(xié)議，能直接與計(jì)算機(jī)相連接。

試驗(yàn)時(shí)應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)規(guī)定長(zhǎng)度和規(guī)定數(shù)量的鋼筋，一個(gè)生產(chǎn)周期加工結(jié)束后設(shè)備停機(jī)，記錄一個(gè)生產(chǎn)周期的加工用時(shí)間T（s）、電表電量增加值W（kWh）、加工鋼筋的質(zhì)量M（kg）。分別計(jì)算3個(gè)試驗(yàn)周期電能消耗率G（G=3.6W/T）、加工效率Q（Q=3.6M/T）和電耗效率E（E=Q/G）。

2 基于Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通訊，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］。

本系統(tǒng)使用的多功能電參數(shù)儀表配置有RS232通信模塊，MODBUS RTU協(xié)議，直接與PLC或計(jì)算機(jī)相連接。上位機(jī)軟件發(fā)送查詢信息，電參數(shù)儀表通過(guò)協(xié)議根據(jù)查詢指令返回對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了相互間的實(shí)時(shí)通信。

電參數(shù)儀表的Modbus RTU通信參數(shù)如表1所示。代碼系統(tǒng)是由8位二進(jìn)制數(shù)組成，在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)共包含1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。

表1 電參數(shù)儀表的Modbus通信參數(shù)

儀表Modbus通信協(xié)議的查詢命令幀有8個(gè)字節(jié)包括地址碼、功能碼、寄存器地址、寄存器個(gè)數(shù)和CRC校驗(yàn)碼。儀表返回幀有9個(gè)字節(jié)，包括地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、電參數(shù)數(shù)據(jù)及CRC校驗(yàn)碼，如表2和表3所示。

表2 查詢命令格式

表3 返回信息格式

3 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要通過(guò)C#的SerialPort類實(shí)現(xiàn)與電參數(shù)儀表之間的串口通信，通過(guò)改變SerialPort類的方法和屬性可實(shí)現(xiàn)串口的打開(kāi)和關(guān)閉，并實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的波特率等屬性的設(shè)置。SerialPort類的Write方法將查詢命令寫(xiě)入串行端口輸出緩沖區(qū)，使用 Read方法從SerialPort輸入緩沖區(qū)中讀取儀表返回的數(shù)值。

3.1 程序初始化設(shè)置

軟件提供串口的選擇，啟動(dòng)程序后自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前計(jì)算機(jī)的所有串口，程序首先選擇正確的COM端口，判斷端口正常后進(jìn)入主界面（圖2）。

圖2 程序初始化流程

3.2 主程序設(shè)計(jì)

主程序基本操作包括開(kāi)始、停止操作及清零操作，狀態(tài)顯示包括計(jì)時(shí)顯示和電度值實(shí)時(shí)更新顯示，功率曲線區(qū)域繪制功率的實(shí)施變化曲線。

測(cè)試程序流程圖如圖3所示。點(diǎn)擊開(kāi)始試驗(yàn)，程序發(fā)送清零指令清空電表總電度值，同時(shí)開(kāi)始以每秒5次讀取電表數(shù)據(jù)，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。點(diǎn)擊停止試驗(yàn)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)并顯示試驗(yàn)用時(shí)，精確到毫秒。同時(shí)停止讀取電度值和功率值，總電度值和功率曲線顯示停止測(cè)試時(shí)的狀態(tài)。

圖3 測(cè)試程序流程圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本電耗測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的電度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，可在RS-232總線上對(duì)鋼筋加工設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)試。系統(tǒng)運(yùn)用軟件的及時(shí)同步功能省去了人工秒表計(jì)時(shí)的操作，減小了因手動(dòng)同步操作引起的誤差，增加了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。經(jīng)過(guò)多次實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，本文所介紹的測(cè)試系統(tǒng)上位機(jī)軟件運(yùn)行良好、操作簡(jiǎn)便，較好地滿足鋼筋加工機(jī)械能耗測(cè)試的要求。另外，本系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容在其他用電設(shè)備能耗測(cè)試等方面具有一定的實(shí)用價(jià)值。

［1］潘洪躍.基于MODBUS協(xié)議通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)量技術(shù)，2002（4）：35-36.

［2］李江全.Visual C#.NET串口通信及測(cè)控應(yīng)用典型實(shí)例［M］.北京：電子工業(yè)出版社， 2012.

（編輯 吳學(xué)松）

Research and design of steel bar processing machinery power consumption test system

LU Wei-tao， ZHANG Hai-xia， CHEN Na

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“綠色建造與施工協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2012BAJ03B01）

TU64+9

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1001-1366（2015）08-0059-02

2015-06-15