光伏逆變器老化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張鴻博，張 偉，于 靜，陳儒敏

（北京科技大學(xué)天津?qū)W院 信息工程學(xué)院，天津 301830）

0 引 言

國內(nèi)某大型電力設(shè)備制造企業(yè)下轄多個(gè)產(chǎn)品事業(yè)部，隨著近年來碳中和、節(jié)能減排和新能源政策的穩(wěn)步推進(jìn)，其光伏事業(yè)部營業(yè)額一直穩(wěn)居各部門前列[1-4]；尤其在2022 年初，由于公司獲得德國TUV 技術(shù)認(rèn)證與ISO9001 認(rèn)證，光伏逆變器（下文簡(jiǎn)稱“逆變器”）系列產(chǎn)品進(jìn)一步打開歐洲市場(chǎng)。在俄烏戰(zhàn)事不明朗的形勢(shì)下，石油、煤炭、天然氣等歐洲依賴度較高的化石能源價(jià)格高漲，且面臨短缺甚至斷供的可能性，但短期內(nèi)歐洲各種能源的消費(fèi)水平無法下降[5-6]。因此，在2022 年5 月后，歐洲出貨渠道的訂單量出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

為滿足出口訂單的要求，公司一方面加大產(chǎn)能，臨時(shí)抽調(diào)其他事業(yè)部技術(shù)工人支援光伏事業(yè)部；另一方面，采取三班倒的工作模式，進(jìn)一步激發(fā)產(chǎn)線潛能。在采取以上措施后，近3 個(gè)月的訂單基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但也暴露出一些問題。首先，出貨依然面臨巨大的壓力。進(jìn)入8 月中下旬后，歐方客戶的需求進(jìn)一步增長；相當(dāng)比例的客戶不但在商務(wù)談判階段給出超出預(yù)期的優(yōu)惠價(jià)格，而且后續(xù)訂單需求翻番，同時(shí)交貨時(shí)間緊迫，以期應(yīng)對(duì)秋冬季的能源危機(jī)。這就要求公司進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程，打通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以釋放產(chǎn)能。其次，與以往公司出口客戶不同，歐方客戶對(duì)產(chǎn)品的要求更高。甲方普遍希望公司采用產(chǎn)品全生命周期的過程管理，對(duì)逆變器從零件采購、組裝生產(chǎn)、封裝測(cè)試、物流運(yùn)輸、安裝運(yùn)行等各個(gè)階段的數(shù)據(jù)可追溯可查詢[7]。最后，管理層意識(shí)到最近幾個(gè)月是難得的戰(zhàn)略機(jī)遇期，公司將以此為契機(jī)，在滿足逆變器訂單出貨的情況下，對(duì)企業(yè)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)，如OA/ERP/MES/SCADA 等進(jìn)行進(jìn)一步整合；同時(shí)對(duì)行政業(yè)務(wù)、流程控制等進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，為企業(yè)下一階段發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

為完成上述目的，公司組織業(yè)務(wù)骨干與第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研，得出以下結(jié)論：第一，在零件采購、整機(jī)生產(chǎn)等前期階段，由于公司已有的ERP/MES 系統(tǒng)應(yīng)用已相對(duì)成熟，未發(fā)現(xiàn)可以大幅度提高生產(chǎn)效率的環(huán)節(jié)。第二，在光伏逆變器出廠前的老化測(cè)試階段，除去老化測(cè)試的程序已寫入逆變器控制邏輯，此部分屬于自動(dòng)化控制外，在其他的批次控制、歷史數(shù)據(jù)記錄、過程控制等環(huán)節(jié)，事業(yè)部目前采取人工抽查、紙質(zhì)記錄的方式，尚未形成自動(dòng)化的流程機(jī)制。這種情況下，一方面，效率低下，多批次老化試驗(yàn)間的切換浪費(fèi)大量時(shí)間，人為記錄失誤率高；另一方面，未形成全批次全部設(shè)備的電子化數(shù)據(jù)記錄。第三，光伏事業(yè)部已有的SCADA系統(tǒng)，即XX 公司光伏運(yùn)維智能管理平臺(tái)（下文簡(jiǎn)稱“光伏平臺(tái)”）的功能相對(duì)完善，在平臺(tái)開發(fā)階段預(yù)留出了二次開發(fā)的接口，對(duì)于單臺(tái)逆變器的老化測(cè)試控制邏輯已基本具備。但OA/ERP/MES 系統(tǒng)由于是外包開發(fā)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性不足，短期內(nèi)難以相互整合[8-9]。綜合考慮開發(fā)成本和實(shí)現(xiàn)難度后，公司亟需開發(fā)一款光伏逆變器老化系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱“老化系統(tǒng)”），以做到逆變器老化測(cè)試流程的自動(dòng)化處理，并與原SCADA 系統(tǒng)整合，將老化階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行全周期電子化記錄。

1 系統(tǒng)的開發(fā)要求

系統(tǒng)開發(fā)的總體原則是在短時(shí)間內(nèi)，利用已有的平臺(tái)，以最小的工作量開發(fā)出一套既能實(shí)現(xiàn)批量老化測(cè)試，又能與現(xiàn)有SCADA 系統(tǒng)融合、記錄測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。具體的要求如下：

（1）開發(fā)調(diào)試周期盡量短，要求一周內(nèi)完成；

（2）界面美觀，測(cè)試數(shù)據(jù)盡量以圖形化的形式展示；

（3）盡量利用事業(yè)部已有的軟硬件條件，減少開發(fā)成本；

（4）逆變器的控制流程，可以借助已有的光伏平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，不必在新系統(tǒng)中重復(fù)開發(fā)。

（5）考慮到產(chǎn)線工人的計(jì)算機(jī)能力相對(duì)不足，老化系統(tǒng)的操作務(wù)必簡(jiǎn)單，方便培訓(xùn)及應(yīng)用。由一名操作工即可完成整體老化測(cè)試流程。

（6）老化系統(tǒng)具備較強(qiáng)的防誤操作機(jī)制，老化測(cè)試開始后，操作員只能查看當(dāng)前實(shí)驗(yàn)記錄的歷史數(shù)據(jù)，不得擅自終止實(shí)驗(yàn)。

（7）自動(dòng)控制某批次老化測(cè)試的流程。當(dāng)設(shè)備上線率達(dá)到95%以上，開啟老化測(cè)試；設(shè)備離線率達(dá)到50%以上，終止本批次實(shí)驗(yàn)。某批次測(cè)試開始后，操作工無須進(jìn)行其他操作。

（8）全周期記錄本批次逆變器老化測(cè)試過程中的逆變器電壓、電流、報(bào)警信息，存入本地?cái)?shù)據(jù)庫中，批次完成后可以導(dǎo)出測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表，由技術(shù)負(fù)責(zé)人確認(rèn)簽字后存檔。同時(shí)，光伏平臺(tái)開發(fā)可以訪問老化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的子模塊，將測(cè)試數(shù)據(jù)記錄到產(chǎn)品設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)中。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)

老化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為流程設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫及表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多部分，本章內(nèi)容詳細(xì)講述系統(tǒng)架構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)。

由于系統(tǒng)開發(fā)要求盡可能應(yīng)用現(xiàn)有硬件環(huán)境，不增加開發(fā)成本的條目，故老化系統(tǒng)計(jì)劃沿用事業(yè)部?jī)?nèi)的現(xiàn)有老化測(cè)試臺(tái)架、通信網(wǎng)絡(luò)和工位電腦，只涉及軟件及流程方面的開發(fā)。如圖1 所示為光伏事業(yè)部現(xiàn)有的逆變器老化測(cè)試臺(tái)架示意圖。此部分裝置統(tǒng)一安裝在事業(yè)部售前產(chǎn)品測(cè)試區(qū)域內(nèi)，電源采取獨(dú)立雙回路380 V 動(dòng)力供電，以保證供電穩(wěn)定性。測(cè)試場(chǎng)地占地300 m2左右，方形布局，場(chǎng)地外設(shè)置有隔離柵欄及警示標(biāo)語。每個(gè)測(cè)試臺(tái)架有5 層，單臺(tái)架容量為40 臺(tái)/套逆變器，共10 排臺(tái)架。在單臺(tái)操作工位上，預(yù)留有兩相/三相電源接口；同時(shí)，安裝有支持ModBus 通信的RS 232 通信線。電源線接口安裝在工位左側(cè)卡槽內(nèi)，通信線接口在工位底部卡槽；在臺(tái)架電纜鋪設(shè)中，電源線與通信線之間設(shè)計(jì)了電磁屏蔽裝置，以避免強(qiáng)弱電信號(hào)相互干擾。逆變器集成有物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，其IoT 天線在測(cè)試階段一般安裝在機(jī)箱上方。在測(cè)試區(qū)四個(gè)角落及正中央，安裝有無線信號(hào)放大器，以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。

圖1 老化測(cè)試臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 為系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖

首先，對(duì)系統(tǒng)整體架構(gòu)所在的運(yùn)行環(huán)境作簡(jiǎn)要說明。出于數(shù)據(jù)安全性與工廠供電可靠性的考慮，光伏平臺(tái)未安裝在事業(yè)部所在的廠區(qū)內(nèi)部。光伏平臺(tái)系統(tǒng)較為復(fù)雜，由Web 服務(wù)器、通信前置機(jī)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等多臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成集群，部署在阿里云端上。服務(wù)器的日常維護(hù)由阿里云提供，事業(yè)部技術(shù)人員只關(guān)注平臺(tái)運(yùn)行的情況。此部分服務(wù)器所在的外網(wǎng)，經(jīng)由數(shù)據(jù)隔離裝置可以訪問事業(yè)部所在廠區(qū)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

其次，逆變器安裝有物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，可以經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)模塊和三大電信運(yùn)營商提供的數(shù)據(jù)服務(wù)，與光伏平臺(tái)進(jìn)行通信。通信規(guī)約及策略已經(jīng)分別部署在逆變器內(nèi)和光伏平臺(tái)，無須重新開發(fā)。在某批次老化測(cè)試開始后，安裝在老化測(cè)試臺(tái)架上的各臺(tái)逆變器通過RS 232 線與部署在工位電腦上的老化系統(tǒng)進(jìn)行通信。

再次，老化系統(tǒng)部署在工位電腦上，通過公司內(nèi)網(wǎng)與廠區(qū)內(nèi)歷史庫服務(wù)器通信。外部客戶可以通過光伏平臺(tái)新開發(fā)的數(shù)據(jù)接口，訪問存儲(chǔ)在歷史庫數(shù)據(jù)庫中的某批次老化測(cè)試的數(shù)據(jù)。

最后，老化測(cè)試中，控制老化測(cè)試各步驟的任務(wù)主要是在單臺(tái)逆變器與光伏平臺(tái)間通信完成的。而工位電腦上部署的老化系統(tǒng)主要任務(wù)是被動(dòng)接受各逆變器經(jīng)由光伏平臺(tái)回傳的測(cè)試數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存庫。同時(shí)，對(duì)測(cè)試批次進(jìn)行總體把控。這樣一方面能利用光伏平臺(tái)原有的逆變器完整通信及控制流程，減少新系統(tǒng)開發(fā)工作量；另一方面，可以令研發(fā)人員重點(diǎn)關(guān)注新系統(tǒng)的整體控制流程、生產(chǎn)自動(dòng)化方面的需求。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)為本系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)，分為單臺(tái)逆變器老化的流程設(shè)計(jì)、光伏平臺(tái)端子模塊的設(shè)計(jì)、工位電腦端老化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)4 個(gè)子模塊，下面分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.1 單臺(tái)逆變器老化流程設(shè)計(jì)

單臺(tái)逆變器老化流程涉及到老化系統(tǒng)、光伏平臺(tái)和逆變器三部分的信息交互，具體流程如圖3 所示。

圖3 單臺(tái)逆變器老化流程設(shè)計(jì)

由圖3 可見，完成單臺(tái)逆變器的老化流程需要17 個(gè)步驟。圖中3 條豎直粗線條代表老化測(cè)試各階段的控制流程，其間的箭頭代表數(shù)據(jù)流和控制流；箭頭上方文字代表測(cè)試步驟的序號(hào)和名稱，箭頭下方文字代表數(shù)據(jù)流所應(yīng)用的通信規(guī)約。比如第一個(gè)箭頭上方文字為“A.逆變器開機(jī)”；下方文字為“ModBus”，箭頭由老化系統(tǒng)指向逆變器，指代操作步驟A 是完成逆變器開機(jī)的任務(wù)，通信數(shù)據(jù)采用ModBus 規(guī)約由老化系統(tǒng)發(fā)往逆變器。

老化系統(tǒng)主要承擔(dān)測(cè)試臺(tái)架上逆變器的開關(guān)機(jī)，逆變器信息核對(duì)和記錄測(cè)試過程中的數(shù)據(jù)。逆變器的開關(guān)機(jī)命令采用ModBus 規(guī)約，通過鋪設(shè)在老化測(cè)試臺(tái)架卡槽中的RS 232通信線下發(fā)。由老化系統(tǒng)與逆變器直接進(jìn)行通信。該命令改變逆變器設(shè)備開關(guān)量中任何一路的輸出狀態(tài)。它包括子站地址（逆變器地址）、功能碼、開關(guān)量地址、特征數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼。其中，功能碼05H 代表下發(fā)的數(shù)據(jù)屬于遙控?cái)?shù)據(jù)?？刂崎_關(guān)機(jī)的特定遙控地址是0000H，特征數(shù)據(jù)FF00H 使遙控開關(guān)量輸出狀態(tài)為ON，即遙控輸出繼電器接點(diǎn)閉合，逆變器開機(jī)；特征數(shù)據(jù)0000H 使遙控開關(guān)量輸出狀態(tài)為OFF，即遙控輸出繼電器接點(diǎn)打開，逆變器關(guān)機(jī)。開機(jī)報(bào)文見表1所列。其中數(shù)據(jù)均為16 進(jìn)制數(shù)據(jù)，多字節(jié)數(shù)據(jù)項(xiàng)的排序方式為低字節(jié)在前，即小端方式。

表1 ModBus 規(guī)約開機(jī)報(bào)文示例

信息校驗(yàn)步驟中，主要是老化系統(tǒng)針對(duì)某批次老化測(cè)試中的各臺(tái)設(shè)備做信息核對(duì)，比如驗(yàn)證逆變器的ID 號(hào)、逆變器的生產(chǎn)日期等。在校驗(yàn)完成后，老化系統(tǒng)將下發(fā)逆變器允許上線的命令，通信報(bào)文經(jīng)由公司內(nèi)網(wǎng)傳至光伏平臺(tái)，通信規(guī)約采取WebService 消息格式，具體在4.2 節(jié)詳述。然后，光伏平臺(tái)通過Q/GDW376.8 規(guī)約[10]，將命令經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至逆變器，逆變器端設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入老化測(cè)試過程。在測(cè)試過程中，逆變器每15 min 采用Q/GDW376.8 規(guī)約上送光伏平臺(tái)一次電壓、電流、功率因數(shù)、電量值等信息；光伏平臺(tái)接收數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)變規(guī)約格式，采用WebService 消息格式傳送至老化系統(tǒng)。老化系統(tǒng)在成功解析數(shù)據(jù)后，將測(cè)試記錄存入數(shù)據(jù)庫，并在界面做相應(yīng)展示。在測(cè)試過程中，遇到報(bào)警信息，如電流過大、電路板溫度過高、電容擊穿等緊急情況，光伏平臺(tái)根據(jù)相應(yīng)的處理流程向逆變器下發(fā)控制命令，同時(shí)將報(bào)警信息抄送至老化系統(tǒng)。在老化過程中，老化系統(tǒng)只被動(dòng)接收光伏平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)的逆變器的各種測(cè)試信息和報(bào)警數(shù)據(jù)，不直接參與單臺(tái)逆變器的老化控制流程。待某批次逆變器全部完成老化測(cè)試，或者完成度達(dá)到設(shè)定指標(biāo)臺(tái)數(shù)后，本批次老化測(cè)試結(jié)束。

3.2 光伏平臺(tái)端模塊設(shè)計(jì)

光伏平臺(tái)端的任務(wù)在整體項(xiàng)目中屬于次要部分，主要負(fù)責(zé)逆變器與老化系統(tǒng)間信息的傳輸，以及讀取老化系統(tǒng)歷史庫記錄。在原光伏平臺(tái)中，已完整實(shí)現(xiàn)逆變器Q/GDW376.8規(guī)約的控制流程，新項(xiàng)目中無須重復(fù)開發(fā)，只需要開放出老化測(cè)試部分的功能即可。在信息傳輸階段，采用WebService消息的形式，與老化系統(tǒng)進(jìn)行通信，具體的通信規(guī)約各字節(jié)定義見表2、表3 所列。

表2 老化系統(tǒng)->光伏平臺(tái)的WebService 消息格式

表3 光伏平臺(tái)->老化系統(tǒng)的WebService 消息格式

通過表2、表3 可以看出，WebService 消息采用報(bào)文分區(qū)的定義格式，每部分分區(qū)中再分出次一級(jí)定義字段；整體報(bào)文格式采用Q/GDW376.8 報(bào)文內(nèi)嵌入WebService 消息的格式。在表2 中，報(bào)文分區(qū)的消息頭（CWEBCOMNT_MSG：：MSG_CLIENT_HEAD）部分msg_type 的值恒為1，代表此類報(bào)文需經(jīng)由中繼平臺(tái)（即光伏平臺(tái)）在老化系統(tǒng)與逆變器之間通信；uuid 的消息ID 在老化測(cè)試流程開始后初始值為0，發(fā)送一幀值加1；其他字段如onlysend_flag、oper_type、nextframe等的值為固定的，是為老化測(cè)試定制的數(shù)值；任務(wù)頭分區(qū)（CWEBCOMNT_MSG：：MSG_TASK）中的subst_id 字段電站ID 一般默認(rèn)設(shè)置成0，指代出廠前測(cè)試站的ID；在任務(wù)體分區(qū)（Data）中的data_frm 內(nèi)填充入Q/GDW376.8 報(bào)文即可，實(shí)際長度不定。表3 中的各報(bào)文分區(qū)和字段含義與表2 類似。

由于老化系統(tǒng)與光伏平臺(tái)之間交互任務(wù)分工略有不同，光伏平臺(tái)發(fā)送至老化系統(tǒng)的報(bào)文多為確認(rèn)信息類報(bào)文，所以WebService 消息體的設(shè)計(jì)略顯簡(jiǎn)單。而老化系統(tǒng)發(fā)送至光伏平臺(tái)的消息還需要經(jīng)過進(jìn)一步解析后轉(zhuǎn)送至逆變器，因此消息體設(shè)置更為復(fù)雜，增加了信息校驗(yàn)、多重字節(jié)長度確認(rèn)等字段。

光伏平臺(tái)端另一部分設(shè)計(jì)任務(wù)在于讀取老化系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫中的測(cè)試數(shù)據(jù)，并形成電子版的報(bào)表，添加到對(duì)應(yīng)逆變器的全生命周期管理信息中。此部分功能主要調(diào)用JDBC 接口來連接內(nèi)網(wǎng)中的歷史庫服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，然后將測(cè)試數(shù)據(jù)填入預(yù)先設(shè)計(jì)的報(bào)告模板中。因其流程相對(duì)較簡(jiǎn)單，此處不贅述。

3.3 老化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

老化系統(tǒng)是需求的重點(diǎn)，其軟件設(shè)計(jì)的流程如圖4 所示。

圖4 老化系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

在某批次老化測(cè)試開始前，需要產(chǎn)線工人按要求整理本批次參加老化測(cè)試的逆變器信息，并形成CSV 電子檔案。文檔中包含逆變器總臺(tái)數(shù)，每臺(tái)逆變器的ID 號(hào)、型號(hào)、功率等信息。在老化測(cè)試開始后，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化檢測(cè)流程，主要檢查本系統(tǒng)與光伏平臺(tái)間的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽端口通信情況、歷史庫鏈接情況，并讀取本地工位電腦時(shí)間，存入日志中。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽端口及歷史庫連接參數(shù)可以通過圖5、圖6 的XML文件進(jìn)行配置。為方便展示，將兩圖中的原始文件格式稍作調(diào)整。

圖5 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽端口配置XML 文件

圖6 歷史庫配置XML 文件

工位電腦的操作系統(tǒng)為Windows7 或Windows10，為避免出現(xiàn)中文亂碼的情況，編碼方式采用GB2313。監(jiān)聽端口的等待時(shí)間設(shè)定為60 s。

在完成初始化檢測(cè)后，將由產(chǎn)線工人整理的CSV 檔案讀入老化系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)檔案中的信息在歷史庫中新建本批次老化測(cè)試的數(shù)據(jù)表。然后，老化系統(tǒng)以ModBus 規(guī)約格式通過RS 232 通信線向臺(tái)架上的各逆變器發(fā)送開機(jī)命令，開機(jī)報(bào)文格式詳見表1 所列。逆變器收到開機(jī)命令后，經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)向光伏平臺(tái)發(fā)送請(qǐng)求上線的Q/GDW376.8 報(bào)文；隨后光伏平臺(tái)將其封裝成WebService 消息轉(zhuǎn)發(fā)至老化系統(tǒng)。在老化系統(tǒng)端，將消息中的逆變器具體信息解析后與歷史庫中信息進(jìn)行核對(duì)，如一致則允許逆變器待上線；當(dāng)同批次的逆變器待上線數(shù)量達(dá)到設(shè)定值后，老化流程正式開始。在老化流程中，系統(tǒng)將每臺(tái)逆變器的測(cè)試數(shù)據(jù)與報(bào)警信息存儲(chǔ)入歷史庫服務(wù)器，歷史庫中的各數(shù)據(jù)表格式將在3.4 節(jié)中詳細(xì)說明。同時(shí)，在軟件的操作界面上，數(shù)據(jù)及報(bào)警信息用數(shù)據(jù)圖和區(qū)分度明顯的表格來展示，詳見第4 章。待所有逆變器完成測(cè)試流程后，本批次老化測(cè)試結(jié)束。

3.4 歷史庫設(shè)計(jì)

考慮到老化系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間較為緊張，歷史庫的設(shè)計(jì)定位在滿足應(yīng)用需求的情況下盡量簡(jiǎn)單。整體數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)為5 張數(shù)據(jù)表，其中4 張表格用于記錄老化測(cè)試的批次和具體數(shù)據(jù)值，1 張表格為報(bào)警信息索引表，具體見表4 ～表8所列。

表4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

表6 實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)

表7 實(shí)驗(yàn)設(shè)備報(bào)警

表8 報(bào)警索引

表4 記錄老化測(cè)試的某批次實(shí)驗(yàn)名稱和信息。其中，Testid 作為表格主鍵，由老化系統(tǒng)按順序默認(rèn)賦值，不可人為修改。Testname 是某次實(shí)驗(yàn)的名稱，當(dāng)新建實(shí)驗(yàn)后，系統(tǒng)自動(dòng)讀取工控電腦本地時(shí)間，命名為“實(shí)驗(yàn)批次-YYYYMM-DD hh-mm”。實(shí)驗(yàn)名稱可根據(jù)需要人為修改。Devnum是本批次實(shí)驗(yàn)的逆變器臺(tái)數(shù)，需要人工輸入。Starttime 和Endtime 兩字段采用UTC 時(shí)間，在系統(tǒng)中自動(dòng)編程進(jìn)行轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)格式定義為Int 是為節(jié)省存儲(chǔ)空間。

表5 記錄某批次老化測(cè)試中的具體逆變器信息。Verifyid字段記錄單臺(tái)逆變器的驗(yàn)證ID 號(hào)。數(shù)據(jù)表主鍵為Testid 和Verifyid，通過二者聯(lián)合能夠定位出具體的逆變器出現(xiàn)在哪次老化測(cè)試批次中。

表6 記錄老化測(cè)試過程中逆變器的測(cè)試數(shù)據(jù)。其中，Dtime 字段是逆變器數(shù)據(jù)上報(bào)時(shí)間，一般規(guī)定每5 min 上送一次數(shù)據(jù)；但由于每臺(tái)逆變器上送數(shù)據(jù)時(shí)刻不同，故在老化系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示界面中，每分鐘刷新一次，以降低數(shù)據(jù)的延遲；此字段同樣采用UTC 時(shí)間。Status 代表逆變器當(dāng)前的工作狀態(tài)：0-關(guān)機(jī)，1-開機(jī)，2-待上線，3-工作，4-故障，5-測(cè)試，在老化測(cè)試流程中，可能會(huì)出現(xiàn)除狀態(tài)3 外的其他值。Data1 ～Data40 是逆變器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如A、B、C 三相電壓以及電流、頻率、功率因數(shù)等。

表7 中存儲(chǔ)歷次老化測(cè)試出現(xiàn)的報(bào)警信息。Level 字段代表報(bào)警的等級(jí)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 種：0-普通故障/狀態(tài)，1-一般故障，2-嚴(yán)重故障。普通故障/狀態(tài)只有待機(jī)、運(yùn)行兩種取值；一般故障下逆變器可以帶故障運(yùn)行，嚴(yán)重故障下逆變器必須停機(jī)。Descrip 字段描述報(bào)警的具體信息，其字符串由系統(tǒng)自動(dòng)生成，格式為：“Devname”在XX 時(shí)間出現(xiàn)“Desc”故障；時(shí)間由Dtime 自動(dòng)換算成北京時(shí)間，“Desc”通過查詢表8 中的對(duì)應(yīng)字段得到。

表8 是不可更改的報(bào)警信息索引表，以供生成具體設(shè)備的記錄信息。同時(shí)，Info 字段詳細(xì)描述故障的細(xì)節(jié)。表8中的信息在老化系統(tǒng)部署階段，通過SQL 語句進(jìn)行插入，如下所列舉的幾條SQL 語句所示，總共126 條，其中inverteralarm 是數(shù)據(jù)表的名稱。

4 界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

老化系統(tǒng)界面布局如圖7 所示。界面左側(cè)列出實(shí)驗(yàn)批次；菜單欄設(shè)計(jì)新建實(shí)驗(yàn)、停止、退出3 個(gè)按鈕；右側(cè)數(shù)據(jù)區(qū)分為3 類選項(xiàng)。圖7 中展示的是參數(shù)部分，列有設(shè)備名稱驗(yàn)證ID 和通信相關(guān)的數(shù)據(jù)。新建實(shí)驗(yàn)按鈕顯示灰色，因截圖所示的最新批次實(shí)驗(yàn)已開啟，按鈕不可操作。圖中顯示為2017 年的虛擬測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖7 老化系統(tǒng)界面布局

當(dāng)產(chǎn)線工人點(diǎn)擊新建實(shí)驗(yàn)的按鈕后，彈出圖8 所示的新實(shí)驗(yàn)批次命名及設(shè)備數(shù)量確認(rèn)界面。

圖8 新建實(shí)驗(yàn)界面

圖9 和圖10 展示了數(shù)據(jù)界面的情況。圖9 是數(shù)據(jù)的數(shù)值展示；在雙擊某個(gè)數(shù)值單元格后，能打開截止到上一數(shù)據(jù)刷新時(shí)刻的數(shù)值曲線界面，如圖10 所示。

圖9 數(shù)值展示界面

圖10 數(shù)值曲線界面

報(bào)警界面如圖11 所示，對(duì)于嚴(yán)重故障，即表7 和表8中Level 值是2 的報(bào)警數(shù)據(jù)，記錄標(biāo)紅；對(duì)于一般故障標(biāo)黃，普通故障/狀態(tài)不變色。

圖11 報(bào)警界面

在某批次實(shí)驗(yàn)完成后，操作員可以從左側(cè)實(shí)驗(yàn)批次導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交由負(fù)責(zé)人簽字存檔。如圖12 所示，實(shí)驗(yàn)批次的刪除只是在界面展示段不顯示，不會(huì)將測(cè)試數(shù)據(jù)從歷史庫中刪除。

圖12 數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面

5 結(jié) 語

本文針對(duì)光伏事業(yè)部出現(xiàn)的逆變器產(chǎn)能不足問題，對(duì)于老化測(cè)試階段設(shè)計(jì)出一套光伏老化測(cè)試系統(tǒng)。本系統(tǒng)能與原有光伏平臺(tái)進(jìn)行初步整合，并自動(dòng)控制老化實(shí)驗(yàn)流程，降低人為失誤概率，顯著提高生產(chǎn)效率。經(jīng)過一周的研發(fā)測(cè)試后，成功交付事業(yè)部應(yīng)用，取得了良好效果。下一步，考慮將系統(tǒng)與行政職能部門的OA/ERP/MES 進(jìn)一步整合，以提高公司的信息化程度。