基于LabVIEW的光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：隨著全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，太陽能作為清潔可再生新能源越來越受推崇，光伏發(fā)電更是倍受重視。光伏發(fā)電基站一般作為獨立電源系統(tǒng)，應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，且運(yùn)行時間較長，需要采取無人值守遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。文章設(shè)計了一套基于LabVIEW的光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)，對設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)測、管理和控制，并且與監(jiān)控中心系統(tǒng)進(jìn)行實時、有效的信息交換、信息共享，從而優(yōu)化操作，并且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，能立即發(fā)出報警信號，并實時記錄和儲存電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而使得供電系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：LabVIEW；現(xiàn)場監(jiān)控；后臺監(jiān)控；全球移動通信系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫

0 引言
光伏發(fā)電技術(shù)是世界新能源的發(fā)展趨勢之一，它要求更講究系統(tǒng)效率、更可靠、也更經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)意義上的監(jiān)控一般建立在近距離條件下，即近距離監(jiān)控，這種方式要求配備一定的維護(hù)人員進(jìn)行，花費(fèi)大量的人力、物力和財力，而且隨著電站規(guī)模的擴(kuò)大，已經(jīng)越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此，一種成本低、低功耗、界面簡單容易操作、具有配置通用性、方便實用的光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。而這種實時監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，也會在很大程度上促進(jìn)國內(nèi)新能源技術(shù)的進(jìn)一步研究，對于能源及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。
本文在研究虛擬儀器及相關(guān)通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用LabView對光伏電源監(jiān)控界面的研發(fā)，最終形成一種基于LabVIEW的多功能監(jiān)控界面設(shè)計方案。此監(jiān)控界面有處理數(shù)據(jù)類型多、存儲數(shù)據(jù)量大、界面具備人性化等特點。

1 光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)
光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)可分為以下模塊：光伏電源數(shù)據(jù)采集與控制(DSP28035)、數(shù)據(jù)處理(MCU STC12LE5A60S2)、TFT觸摸屏液晶顯示、現(xiàn)場監(jiān)控(PC機(jī))、無線通訊(GSM TC35)、后臺監(jiān)控(PC機(jī))。光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

各模塊的作用如下：
光伏電源數(shù)據(jù)采集與控制模塊：通過霍爾傳感器實現(xiàn)對電壓、電流的測量，利用DSP28035強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，先實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換，然后將所得的量進(jìn)行處理，對光伏電源系統(tǒng)輸出進(jìn)行控制，同時通過SPI將數(shù)據(jù)傳輸給MCU STC12LE5A60S2。
數(shù)據(jù)處理模塊：MCU將DSP傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、計算、存儲和數(shù)據(jù)傳輸。該模塊將所需存儲的數(shù)據(jù)存儲在Flash里，并作為DSP與上位機(jī)的中間橋梁，通過串口、485和GSM實現(xiàn)TFT顯示、現(xiàn)場監(jiān)控和后臺監(jiān)控。
TFT觸摸屏模塊：該模塊通過232與單片機(jī)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和對參數(shù)的設(shè)置。
現(xiàn)場監(jiān)控模塊：該模塊可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示，同時可以采集60天單片機(jī)存儲的數(shù)據(jù)，以便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和觀察設(shè)備的運(yùn)行情況，另外用戶可以實現(xiàn)現(xiàn)場的參數(shù)設(shè)置。
無線通訊模塊：該模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸，將數(shù)據(jù)傳送給后臺。
后臺監(jiān)控模塊：該模塊為設(shè)計的主要部分，GSM傳輸來的數(shù)據(jù)通過串口給PC機(jī)。該后臺監(jiān)控可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、報警等功能。

2 相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)使用軟件
2．1 LabVIEW
LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所廣泛接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP／IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。
LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位／64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。
2．2 GSM
GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。因此，GSM模塊具有發(fā)送SMS短信，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的所有基本功能。簡單來講，GSM模塊加上鍵盤、顯示屏和電池，就是一部手機(jī)。
本設(shè)計采用的是Siemeils公司的TC35，該模塊是Siemeils公司推出的新一代無線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥焖?、安全，可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)和傳真。
2．3 Access 2003
Access 2003是微軟公司Microsoft Office 2003產(chǎn)品組件之一，是一個功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理工具，是在Windows 2000或Windows XP環(huán)境下運(yùn)行的一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其交互性很好，用戶不用編程就能夠創(chuàng)建整個數(shù)據(jù)庫，其中還包含用于開發(fā)高級數(shù)據(jù)庫的程序設(shè)計語言Access Basic。其主要特點如下：1)存儲方式多樣；2)面向?qū)ο螅?)界面友好、易操作；4)集成環(huán)境、處理多種數(shù)據(jù)信息；5)支持ODBC(開發(fā)數(shù)據(jù)庫互連，Open Data Base Connectivity)。