基于CAN總線的工廠電力監(jiān)測(cè)分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析
　　在軟件設(shè)計(jì)中，遵循模塊化設(shè)計(jì)思想，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案，使之具有良好的模塊性、可修改性及可移植性。
　　根據(jù)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所完成的任務(wù)，對(duì)于人機(jī)交流環(huán)節(jié)采用直觀易懂、操作簡(jiǎn)便的圖形界面。PC機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)采用微軟的Visual Basic3.0。因?yàn)閂B作為Windows應(yīng)用程序，有著與其它Windows應(yīng)用程序相互一致、友好的用戶界面，操作上十分方便。另外VB具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、對(duì)象的鏈接與嵌入(OLE)、豐富的API函數(shù)、支持動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作管理等功能，這對(duì)于管理后臺(tái)數(shù)據(jù)以及與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊是十分方便的。
　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊采用MCS-51匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。MCS-51的指令系統(tǒng)指令豐富，尋址方式多樣，支持各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)處理，具有執(zhí)行速度快、編程效率高等特點(diǎn)，適于工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　故障錄波是對(duì)信號(hào)進(jìn)行高速采樣，并利用采樣數(shù)據(jù)繪制信號(hào)曲線，以便了解信號(hào)的變化情況，預(yù)測(cè)信號(hào)的變化趨勢(shì)，是電力系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)信號(hào)的常用辦法。
　　本系統(tǒng)中要求對(duì)零序電流及三相電壓信號(hào)進(jìn)行故障錄波。錄波信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換采用P80C592的A/D轉(zhuǎn)換器完成，以提高系統(tǒng)可靠性，減小體積，降低成本。P80C592的A/D轉(zhuǎn)換器為10位轉(zhuǎn)換器，在16MHz振蕩頻率下A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為37.5μs(見(jiàn)圖2)。
　　本軟件系統(tǒng)共有21個(gè)功能子程序，其它子程序這里不再一一列舉。
　　在整個(gè)軟件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)作快速傅利葉變換(FFT)和數(shù)據(jù)分析，及繪制電流，電壓的變化曲線。對(duì)于離散的時(shí)間信號(hào)，其FFT正、反變換分別為：

　　函數(shù)p(k)=｜X(k)｜稱(chēng)為x(n)的振幅譜。在本系統(tǒng)中主要通過(guò)離散的FFT對(duì)信號(hào)的振幅進(jìn)行分析，查出是否有干擾或不正常點(diǎn)，然后進(jìn)行FFT反變換恢復(fù)原始信號(hào)，觀察信號(hào)原形。
　　我們將具有N個(gè)元素的原函數(shù)序列x(n)分解成兩個(gè)分離的長(zhǎng)度各為N/2的數(shù)列，然后對(duì)分離的序列分別用N2/4次復(fù)數(shù)加法和乘法作傅利葉變換，再將中間結(jié)果組合成具有N個(gè)元素的數(shù)列x(n)。經(jīng)過(guò)抽選操作，總運(yùn)算次數(shù)降為：N*log2N。
　　運(yùn)用基2時(shí)域FFT的蝶型抽選的計(jì)算流程，對(duì)上式進(jìn)行奇(Xm(k))、偶(Ym(k))分解后有下式：

Xm(k)=Xm(k)+WPN+Ym-1(k)，
0≤k≤2m-1

(4-3)

其中：WN=exp(-j2π/N)
　　由上式可知，每一個(gè)蝶型運(yùn)算都需要兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果也是兩個(gè)數(shù)據(jù)，與其它結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。這樣一次計(jì)算后輸入數(shù)據(jù)就可放棄，減少了對(duì)內(nèi)存的占用，提高了計(jì)算速度。
　　正常的正弦波經(jīng)FFT正變換為兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的最大譜線，反變換后可以完全恢復(fù)原始信號(hào)；而帶干擾的正弦波經(jīng)FFT正變換后，除兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的最大譜線外，干擾信號(hào)的其它譜線也存在，據(jù)此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號(hào)的位置，并發(fā)出采取相應(yīng)措施的指令，啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或保護(hù)裝置。
5.結(jié)論與展望
　　本系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是造價(jià)低、結(jié)構(gòu)靈活實(shí)用、高可靠性且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況與用戶要求，本系統(tǒng)可擴(kuò)展為不同的模式。除對(duì)高壓配電盤(pán)上的模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，也可用于對(duì)某些重要的低壓配電和低壓電機(jī)等電器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制。
　　現(xiàn)場(chǎng)總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，關(guān)鍵是用新一代的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Field Bus Control System)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。其本質(zhì)即要實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)等功能。這也為工廠生產(chǎn)的全面自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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