[電子設計論文精品]基于組態(tài)軟件的通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計

1、畢業(yè)論文（設計）任務書畢業(yè)論文（設計）題目 基于組態(tài)軟件的通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計 學生姓名 專業(yè) 自動化 班級 0711 指導教師 一、 畢業(yè)論文（設計）的主要內(nèi)容及要求： 1、本設計的任務是：設計一個基于力控組態(tài)軟件的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。設計方案要基于市場的需求，結合力控組態(tài)軟件設計簡單、方便、功能強大等特點。方案是：力控forcecontrol6.1系統(tǒng)作為主控系統(tǒng)，通過rs-232與plc的通信，利用plc進行遠程的控制。對通訊電源的遠程監(jiān)控要求是：監(jiān)控電源系統(tǒng)的實時工作狀態(tài)，保證蓄電池組的正常充放電，分為檢測和調控兩個部分。 2、重點掌握力控forcecontrol6.1的畫面創(chuàng)建、

2、i/o設備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)和動畫鏈接，然后進行組態(tài)軟件的編程。 3、重點掌握三菱plc的工作原理，編程語句，設計出梯形圖。 4、進行系統(tǒng)硬件設計。 5、進行硬件電路和軟件的調試。 6、在設計的基礎上完成畢業(yè)論文（1.0 -1.2萬字）。 二、 畢業(yè)論文（設計）應收集的資料及主要參考文獻： 1 楊路明. c語言程序設計教程m 北京：北京郵電大學出版社，2005. 2 王振營，李滿，楊君.proteldxp2004電路設計與制版實用教程m.北京：中國鐵道出版社，2006,(6) 3曾慶波，孫華，周衛(wèi)宏監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用技術m 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2010.（2） 4周美蘭，周封，王岳宇

3、plc電氣控制與組態(tài)設計m北京：科學出版社2009. 5張文明，劉志軍.組態(tài)軟件控制技術m 北京：清華大學出版社2006. 6王兆華，孟文，王文璽.modbu協(xié)議在變電站監(jiān)控組態(tài)軟件中的實現(xiàn)j.西南交大 智能研究所，成都 2007 610030 7王海森，呂軍，王鎖萍.基于pc機監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn).j南京：南京郵電學院電子工程系，2003，210003 8張靖，王雪松.監(jiān)控組態(tài)軟件的研究.j四川：電子科技大學 2008 610054 9黃春華.監(jiān)控組態(tài)軟件在數(shù)據(jù)采集測控系統(tǒng)中的應用.j 上海：上海應用技術學院 2002 200235 物理與電子工程學院2011屆本科畢業(yè)論文開題報告論 文 題 目

4、基于組態(tài)軟件的通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計 班 級 自動化0711 姓 名 學 號 指導教師（職稱） （副教授） 2011 年 3 月 18 日說 明一、論文的開題報告是保證畢業(yè)論文質量的一個重要環(huán)節(jié)，為規(guī)范我院本科畢業(yè)論文的開題報告，特印制此表。二、學生應閱讀的主要文獻、資料15種以上，通過調研和資料搜集，主動與指導教師討論，在指導教師的指導下，完成開題報告，開題報告字數(shù)應在2500字以上。三、開題報告須經(jīng)院畢業(yè)論文指導教師審查，同意后方可進行論文寫作，并將開題報告交指導教師。不合格者，必須重寫。一、選題的意義和研究現(xiàn)狀1選題的學術價值或實踐價值 飛速發(fā)展的現(xiàn)代化工業(yè)對企業(yè)生產(chǎn)自動化和各種

5、信息的集成要求越來越高，基于微機的監(jiān)控系統(tǒng)因其高可靠性和分散控制、集中監(jiān)視等特點已逐漸取代傳統(tǒng)的模擬式控制儀表，在各領域內(nèi)大顯身手。采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能顯著降低單位產(chǎn)量的能耗，提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)量，同時還能幫助有關人員有效的預防突發(fā)事故的發(fā)生，因而在工業(yè)自動化中有不可忽視的地位。組態(tài)軟件就是基于工業(yè)化信息化的現(xiàn)實要求應運而生，以其強大的功能和簡單易學、操作方便的特點，在生產(chǎn)自動化中占據(jù)了新的位置。組態(tài)軟件是具有專業(yè)性的控制軟件。一種組態(tài)軟件只能適合某種領域的應用，如dcs(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，plc（可編程控制器）梯形圖組態(tài)等都有自己的工作領域。例如工控組態(tài)軟件是用在實時監(jiān)控。雖工控組態(tài)從表面

6、看是控制某個系統(tǒng)，但是工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類basic語言，有的支持vb，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持c#高級語言。組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設備和標準通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對應于原有的hmi（人機接口軟件，human machine interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個使用戶能快速建立自己的hmi的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫hmi應用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功

7、能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、scada、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對i/o設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。其優(yōu)點：（1）延續(xù)性和可擴充性。當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；（2）封裝性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；（3）通用性，每個用戶根據(jù)工

8、程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備的i/o driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡功能的工程，不受行業(yè)限制。（4）功能強大。例如通信功能、數(shù)據(jù)處理及記錄功能、安全監(jiān)視功能等，并且有良好的人機交互界面。2、項目設計所要達到的要求及用戶需求通過組態(tài)軟件對通訊電源的運行狀態(tài)和各項運行參數(shù)信息進行遠程監(jiān)測；要求運行費用合理，采集數(shù)據(jù)迅速、準確、可靠，能夠滿足對通訊電源的運行參數(shù)變化準確監(jiān)控的要求。系統(tǒng)可通過不同介質的信道，實時采集由不同的數(shù)據(jù)發(fā)送源按照不同的通信規(guī)約，通過不同的通信接口傳送到主站來的不同種類的

9、數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理。系統(tǒng)可采集處理以下種類的遠程動態(tài)數(shù)據(jù)： （1）遙測：采集通訊電源線路的三相輸入電壓、三相輸入電流及每個整流模塊的充/放電電流、模塊的工作狀態(tài)（均沖、浮充）、直流輸出電壓、總負載電流、蓄電池充/放電電流等模擬量信號；直流輸出電壓、總負載電流、蓄電池充/放電電流 （2）遙信：三相輸入過壓/欠壓，缺相，開關狀態(tài)及每個整流模塊工作狀態(tài)（開/關機、均/浮充、限流），故障/正常；直流輸出電壓過壓/欠壓、蓄電池熔絲狀態(tài)、主要分路熔絲/開關故障。 （3）遙控：電源的開/關機，電池的均/浮充； 數(shù)據(jù)處理：通過對遙測數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測電源的運行情況，利用后臺語言輸入，利用遙控遠程控制

10、電源；對電源的三相輸入電壓、三相輸入電流及各模塊等進行獨立的事件記錄，分區(qū)域管理，利用控制單元對各事件單元實施控制；對數(shù)據(jù)管理設立獨立存儲單元，設計數(shù)據(jù)存儲周期和異常情況下的存儲功能，主要是進行數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理；利用人機界面（hmi）實現(xiàn)監(jiān)控對象的實時信息顯示、歷史信息的查詢顯示和各種操作界面的可視操作；系統(tǒng)互連使各單元的處理可以緊密連接，實現(xiàn)無差控制；報表系統(tǒng)能提供個單元模塊的實時數(shù)據(jù)，為操作員提供數(shù)據(jù)支持；信息處理與報警系統(tǒng)有操作員根據(jù)實際情況設定。3主要參考文獻 1 楊路明. c語言程序設計教程m 北京：北京郵電大學出版社，2005. 2 王振營，李滿，楊君.proteldxp2004電路

11、設計與制版實用教程m.北京：中國鐵道出版社，2006,(6) 3曾慶波，孫華，周衛(wèi)宏監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用技術m 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2010.（2） 4周美蘭，周封，王岳宇plc電氣控制與組態(tài)設計m北京：科學出版社2009.5張文明，劉志軍.組態(tài)軟件控制技術m 北京：清華大學出版社2006. 6王兆華，孟文，王文璽.modbu協(xié)議在變電站監(jiān)控組態(tài)軟件中的實現(xiàn)j.西南交大 智能研究所，成都 2007 610030 7王海森，呂軍，王鎖萍.基于pc機監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn).j南京：南京郵電學院電子工程系，2003，210003 8張靖，王雪松.監(jiān)控組態(tài)軟件的研究.j四川：電子科技大學 2008

12、610054 9黃春華.監(jiān)控組態(tài)軟件在數(shù)據(jù)采集測控系統(tǒng)中的應用.j 上海：上海應用技術學院2002 200235 10汪守貴.變電站直流電源遠程監(jiān)控技術.j 四川：樂山電業(yè)局 2009 614000 二、研究方案1研究的思路與方法基于力控組態(tài)6.1，設計出符合要求的目標系統(tǒng)，演示模擬課題要求。對組態(tài)過程中的通訊電源監(jiān)控系統(tǒng)，設置數(shù)據(jù)定義，實時運行。組態(tài)過程的結果是產(chǎn)生一系列的文件及數(shù)據(jù)庫的更新設置?？梢愿鶕?jù)不同區(qū)域的數(shù)據(jù)設置分開進行，也可以聯(lián)機實時運行，從而確定最佳目標結果。用戶使用流程如圖1所示。圖1 用戶使用流程2研究的基本內(nèi)容（大綱）1）圖形組態(tài)組態(tài)軟件的人機界面具有可視性好、簡單易用等

13、特點。針對通訊電源的各模塊的不同需求，產(chǎn)生的物理量的不同，做出合適的圖形組態(tài)。2）報表組態(tài)報表組態(tài)是組態(tài)軟件的一個特色，它是一個獨立的模塊，內(nèi)嵌式系統(tǒng)。以往的系統(tǒng)是直接產(chǎn)生excel或者foxpro得報表生成器等來獲得數(shù)據(jù)，這些方法是不用設計報表系統(tǒng)，但是存在其他的問題，如產(chǎn)生無用的數(shù)據(jù)等。組態(tài)軟件基于以上兩種的特點，可以清除無用數(shù)據(jù)，可以根據(jù)操作員的要求產(chǎn)生數(shù)據(jù)。3）數(shù)據(jù)庫設置外建一個數(shù)據(jù)庫，配置數(shù)據(jù)源，即模塊的不同設置參數(shù)，對各模塊的數(shù)據(jù)采集應及時有效迅速，利用路徑傳到外建數(shù)據(jù)庫。組態(tài)是具有強大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以存儲各類數(shù)據(jù)，并設置數(shù)據(jù)存儲周期和異常情況下的數(shù)據(jù)保存，確保數(shù)據(jù)的及時準確有效

14、。4)通訊組態(tài)因為通信組態(tài)較為簡單，所以就不用生成單獨的文件，只需把組態(tài)的結果寫進數(shù)據(jù)庫即可，程序運行的時候只需從數(shù)據(jù)庫中讀數(shù)據(jù)即可。網(wǎng)絡結構如圖2所示。圖2 網(wǎng)絡結構圖5）實時運行實時運行部分是為操作人員設計的，需要用已經(jīng)組好的文件和從下位機傳上來的事實數(shù)據(jù)進行更新，更新的數(shù)據(jù)有電壓、電流、事故報警等。同時還要負責查詢數(shù)據(jù)、打印報表等管理功能。用戶需要時可以用鼠標某個單元，顯示出設備的基本數(shù)據(jù)。 3工作的主要階段、進度及完成時間1 已完成的工作： 第1周 確定畢業(yè)設計題目。 第23周 下達任務書，查閱，收集相關文獻資料。 第4周 撰寫并上交開題報告。 2 待完成的工作安排： 第45周 進行系

15、統(tǒng)要求（硬/軟件）需求分析和方案論證。 第68周 進行總體設計；完成監(jiān)控系統(tǒng)各子模塊的分析設計 第910周 完成監(jiān)控系統(tǒng)各子模塊的連接并進行調試。 第1112周 進行系統(tǒng)測試；擬訂畢業(yè)論文的初稿。 第13周 系統(tǒng)驗收，畢業(yè)論文定稿，準備論文答辯。學生簽名： 年 月 日指導教師意見：指導教師簽名： 日期：2011 屆 本 科生畢業(yè)論文 存檔編號 襄 樊 學 院 畢 業(yè) 論 文（設計）論文（設計）題目 基于組態(tài)軟件的通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計design topic the hardware design of communication powers remote monitoring sy

16、stem based on configuration software 系 別 物理與電子工程學院 專 業(yè) 自動化 班 級 0711班 學 生 胡 力 指導教師 2011年5月25日基于組態(tài)軟件的通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計摘要：本文主要介紹基于力控組態(tài)軟件和plc對通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程，該系統(tǒng)由遠程監(jiān)控計算機、plc和各種傳感器轉換電路等組成。其中plc巡警開關量，并采集各種模擬量，所有信號通過串口線上傳到實時數(shù)據(jù)庫中。通過力控組態(tài)v6.1在遠程計算機上實現(xiàn)人機交互界面，從而實現(xiàn)遠程操作電源系統(tǒng)和故障報警。本文完成了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計、監(jiān)控界面的繪制和組態(tài)、plc的邏輯編程等工

17、作。合理規(guī)劃電源監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件結構，實現(xiàn)對電源有效的實時監(jiān)控、故障報警、數(shù)據(jù)備份和遠程檢測等功能，有效的保障了電源的可靠運行。關鍵詞：組態(tài)；plc；通訊電源；監(jiān)控the hardware design of communication powers remote monitoring system based on configuration softwareabstract: in this paper, based on force control configuration software and remote monitoring power plc for communicati

18、on system design process, the system consists of remote monitoring computer, plc, and a variety of sensors conversion circuit. one plc patrol switch, and collect a variety of analog, all the signals transmitted via the serial line in real-time database. v6.1 by power control on the remote computer c

19、onfigured to achieve man-machine interface, enabling remote operation of power system and fault alarms. this completed the design of remote monitoring system, monitoring interface, rendering and configuration, plc logic programming and so on. rational planning of power monitoring system hardware and

20、 software structure, to achieve effective real-time monitoring of power supply, fault alarm, data backup and remote testing and other functions, effective protection of the power of reliable operation.keywords: configuration; plc; communications power; monitor-control目 錄1緒論11.1課題背景11.2國內(nèi)外研究情況11.3論文構

21、成及研究內(nèi)容22通訊電源監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計32.1通訊電源簡介32.2通訊電源整體功能描述42.3監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖52.4監(jiān)控系統(tǒng)的設計流程圖63硬件設計73.1硬件系統(tǒng)總體設計73.2 plc簡介及其選型93.3 fx0n-3a簡介103.4 plc硬件配置及電氣接口電路113.5蓄電池管理方案133.5.1恒壓限流或恒流限壓電路原理圖143.5.2恒壓限流電路工作原理143.5.3恒流限壓電路工作原理154軟件設計165 組態(tài)軟件人機界面的設計165.1力控forcecontrol6.1 監(jiān)控軟件概述165.2 io設備組態(tài)185.3圖形組態(tài)的設計195.4動畫連接215.5趨勢曲線設計2

22、15.6 報表設計235.7報警256總結26參考文獻27附錄a plc 梯形圖28附錄b plc程序指令表30致 謝321緒論1.1課題背景 飛速發(fā)展的現(xiàn)代化工業(yè)對企業(yè)生產(chǎn)自動化和各種信息的集成要求越來越高，基于微機的監(jiān)控系統(tǒng)因其高可靠性和分散控制、集中監(jiān)視等特點已逐漸取代傳統(tǒng)的模擬式控制儀表，在各領域內(nèi)大顯身手。采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能顯著降低單位產(chǎn)量的能耗，提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)量，同時還能幫助有關人員有效的預防突發(fā)事故的發(fā)生，因而在工業(yè)自動化中有不可忽視的地位?；诂F(xiàn)代化工控的要求，組態(tài)軟件從而被研發(fā)出來。組態(tài)軟件是一種具有專業(yè)性的軟件。一種組態(tài)軟件只能適合某種領域的應用。如dcs(集散控制系

23、統(tǒng))組態(tài)，plc（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。工業(yè)制中組態(tài)軟件是用在實時監(jiān)控。從表面上看，組態(tài)工具的運行程序就是執(zhí)行自己特定的任務。工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類basic語言，有的支持vb，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持c#高級語言。組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設備和標準通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對應于原有的hmi（人機接口軟件，human machine interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個使用戶能快速建立自己的hmi的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫hmi應用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；

24、或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、scada、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對i/o設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。 組態(tài)軟件在工業(yè)控制中逐漸展現(xiàn)了它的強大功能，但是并沒有完全在自動化的各個行業(yè)中起到重要的作用，組態(tài)軟件仍然需要改進，在不遠的將來組態(tài)軟件將顯示其豐富的功能，并在自動化控制中起到非常重要的作用。1.2國內(nèi)外研究情況 監(jiān)控組態(tài)軟件的開發(fā)是本課題

25、的核心內(nèi)容，監(jiān)控組態(tài)軟件是在信息化社會的大背景下，隨著工業(yè)it技術的不斷發(fā)展而誕生、發(fā)展起來的監(jiān)控系統(tǒng)。在整個工業(yè)自動化軟件大家庭中，監(jiān)控組態(tài)軟件屬于基礎型工具平臺。監(jiān)控組態(tài)軟件給工業(yè)自動化、信息化、及社會信息化帶來的影響是深遠的，它帶動著整個社會生產(chǎn)、生活方式的變化，這種變化仍在繼續(xù)發(fā)展。因此組態(tài)軟件作為新生事物尚處于高速發(fā)展時期，目前還沒有專門的研究機構就它的理論與實踐進行研究、總結和探討，更沒有形成獨立、專門的理論研究機構。近年來，一些與監(jiān)控組態(tài)軟件密切相關的技術如opc、opc-xml、現(xiàn)場總線等技術也取得了飛速的發(fā)展，是監(jiān)控組態(tài)軟件發(fā)展的有力支撐。同時監(jiān)控組態(tài)軟件在dcs集散控制系統(tǒng)

26、操作站軟件中所占比重日益提高。同樣在大學和科研機構，越來越多的人開始從事監(jiān)控組態(tài)軟件的相關技術研究也讓組態(tài)軟件進入了大發(fā)展時期。組態(tài)軟件日益滲透到每個角落，占據(jù)越來越多的份額。組態(tài)軟件越來越多地體現(xiàn)著自動化系統(tǒng)的價值，但是組態(tài)軟件還沒有強大到可以全部的控制，但是在不遠的將來組態(tài)軟件一定會大放異彩。國內(nèi)組態(tài)軟件廠家需要建立自己核心技術，在組態(tài)軟件的研發(fā)到售后都要有自己的特點，建立自己的民族品牌，而不是做國外產(chǎn)品的代售商。1.3論文構成及研究內(nèi)容 本論文是設計一個對通訊電源的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，完成基于力控組態(tài)軟件和plc對通訊電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計過程，該系統(tǒng)由遠程監(jiān)控計算機、plc和各種傳感器轉

27、換電路等組成。安裝力控組態(tài)軟件的其中plc巡警開關量，并采集各種模擬量，所有信號通過串口線上傳到實時數(shù)據(jù)庫中。通過力控組態(tài)v6.1在遠程計算機上實現(xiàn)人機交互界面，從而實現(xiàn)遠程操作電源系統(tǒng)和故障報警。本文完成了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計、監(jiān)控界面的繪制和組態(tài)、plc的邏輯編程等工作。合理處理電源監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設計和上位機與下位機的通訊，實現(xiàn)對電源有效的實時監(jiān)控、故障報警、數(shù)據(jù)備份和遠程檢測等功能，有效的保障了電源的可靠運行。2通訊電源監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計2.1通訊電源簡介 本文開發(fā)的電源系統(tǒng)屬于中、小容量的通信電源系統(tǒng)，其組成主要有四部分：交流配電單元、整流器組、直流配電單元和監(jiān)控單元。系統(tǒng)原理框圖如圖

28、1所示，圖中虛線為檢測線的示意。 組合電源系統(tǒng)采用三相交流輸入，也可以采用單相輸入，這個要求配電不同。該系統(tǒng)直流輸出為48v 系統(tǒng)采用三相交流輸入(單相輸入時需將單相火線分別接到機架的三相火線)。經(jīng)過防護電路后，進入整流器。整流器的功能是把輸入的交流電轉換成符合要求的直流電，轉換以后并聯(lián)輸出到直流配電單元。直流配電單元可以接入三組蓄電池和兩組負載并為每一組電池或者每一路負載提供短路保護。監(jiān)控單元是系統(tǒng)的核心，實時檢測交流配電單元、整流器、直流配電單元的運行狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)采樣、報警、顯示、通訊等功能。 目前國內(nèi)通信系統(tǒng)中的電源監(jiān)控系統(tǒng)多數(shù)是國外引進的，系統(tǒng)價格較高。本系統(tǒng)現(xiàn)場運行正常，具有以下一

29、些特點：(1)考慮到了較大區(qū)域的電源監(jiān)控，實現(xiàn)了較大范圍的網(wǎng)絡拓展和控制管理。(2)考慮到中國電力的現(xiàn)狀，輸入電壓的允許變化范圍為80vac-300 vac。(3)實現(xiàn)了在無人值守的情況下，對電源的實時監(jiān)測，給用戶提供了友好的操作界面。(4) 采用主從控制方式，提供了對監(jiān)控管理對象的擴充。(5) 達到了所監(jiān)控的電源設備的性能要求，電源輸出電壓的輸出精度可控制在02范圍內(nèi)：實現(xiàn)了對輸出電壓的溫度補償；實現(xiàn)了對蓄電池的周期均充、浮充、手動均充等充電模式的控制：提供了通過modem撥號接入的遠程監(jiān)控方式：實現(xiàn)了電池限流和低壓脫離控制功能：提供了顯示面板和小鍵盤，使用戶可現(xiàn)場進行觀測控制。(6) 通過

30、對各單元實體中數(shù)據(jù)庫的維護管理，及時記錄各狀態(tài)告警信息，有效保存配置參數(shù)。依靠串口和網(wǎng)絡，實現(xiàn)動態(tài)參數(shù)配置和下載。本系統(tǒng)具有一定的通用性，可方便移植于其它系統(tǒng)設備中電源的監(jiān)控，如嵌入式電源，壁掛式電源等等。圖1 通訊電源系統(tǒng)原理框圖2.2通訊電源整體功能描述電源系統(tǒng)與外界的描述如圖2所示。圖2 通訊電源系統(tǒng)上下文圖第一部分交流配電及整流部分，輸入為三相交流輸入，用四個整流模塊進行輸入電源整流，使輸入交流轉化成直流，需要針對整流模塊進行監(jiān)控。監(jiān)控對象：整流模塊監(jiān)控內(nèi)容為：輸入電壓、電流的穩(wěn)定性，輸出電流的穩(wěn)定性，針對4個整流模塊的遠程啟動與停止，并使之輸出直流48v。第二個部分是直流配電部分，由

31、整流模塊整流完畢后，給對象輸送穩(wěn)定直流電源。監(jiān)控對象：直流輸出電源監(jiān)控內(nèi)容：監(jiān)視直流電源的穩(wěn)定性。并監(jiān)控給出的分線對電池進行充電，保證充電電源的穩(wěn)定性。第三個部分備用電源的充、放電及電源斷電時能及時給對象供電。監(jiān)控對象：電池組監(jiān)控內(nèi)容：電池充電狀態(tài)（均沖、浮充）1、恒流升壓2、恒壓限流。電池的遠程啟動及監(jiān)控電池充、放電時的穩(wěn)定性，電池參數(shù)：2v 100ah 蓄電池 24節(jié)（2組共48節(jié)，1組使用，1組備用）2.3監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖本課題中，整個通訊電源監(jiān)控系統(tǒng)分為兩級控制：上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)。上位機系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的監(jiān)視和控制，歷史數(shù)據(jù)的記錄，實現(xiàn)人機交互等功能，下位機系統(tǒng)通過傳感器完成現(xiàn)場

32、實地檢測和控制，完成數(shù)據(jù)處理?？梢元毩⒂谏衔粰C來控制和調整系統(tǒng)的運行狀態(tài)?，F(xiàn)場的各互感器采集到的數(shù)據(jù)傳入plc擴展模塊，利用plc豐富的指令進行數(shù)據(jù)處理，完成各項控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。通訊電源上位機plc繼電器傳感器互感器圖3 監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖2.4監(jiān)控系統(tǒng)的設計流程圖 監(jiān)控系統(tǒng)的設計流程圖如圖4所示，監(jiān)控系統(tǒng)設計的具體步驟為：1） 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程來分析控制要求。2） 根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入/輸出設備。確定plc的型號及i/o點數(shù)和組態(tài)軟件需要監(jiān)控地址。3） 分別進行的組裝調試，軟件的模擬調試。4） 硬件的組裝調試，軟件的模擬調試。5） 聯(lián)機調試，對不符合控制要求

33、的部分進行修改，直到符合控制要求為止。6） 編寫技術文件。現(xiàn)場安裝調試，完成后交付使用。確定控制對象及控制任務plc及組態(tài)軟件選擇i/o及監(jiān)控地址分配軟件設計及模擬調試電氣系統(tǒng)設計監(jiān)控界面設計硬件組裝聯(lián)機調試通電試驗修改軟件或硬件n是否符合？nny正確否？y編制結束文件現(xiàn)場安裝調試交付使用圖4 控制系統(tǒng)設計流程圖3硬件設計3.1硬件系統(tǒng)總體設計本課題中，整個通訊電源監(jiān)控系統(tǒng)分為兩級控制：上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)。1. 上位機系統(tǒng)上位機系統(tǒng)選用的是力控組態(tài)軟件監(jiān)控，主要完成如下功能：1) 對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控。實現(xiàn)時間、日期顯示，測量值顯示，報警顯示，設定值顯示以及各執(zhí)行機構的開閉狀態(tài)顯示。2)

34、 控制參數(shù)的設置。接受操作人員輸入的設定參數(shù)。3) 強制操作。當按下強制操作按鈕時，允許操作員在上位機參數(shù)設置除分別對各執(zhí)行機構的按鈕進行操作，確定后傳給下位機。2. 下位機系統(tǒng)下位機選用的是三菱fa2n系列的plc和fx0n-3a的擴展功能模塊。它主要用于現(xiàn)場實地檢測和控制，完成數(shù)據(jù)處理?？梢元毩⒂谏衔粰C來控制和調整系統(tǒng)的運行狀態(tài)。現(xiàn)場的各互感器采集到的數(shù)據(jù)傳入p擴展模塊，利用plc豐富的指令進行數(shù)據(jù)處理，完成各項控制功能。3. 上位機與下位機的通信 在控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定可靠、方便快捷的數(shù)據(jù)通信是實現(xiàn)系統(tǒng)功能和控制的基礎和保障，因此，根據(jù)系統(tǒng)的實際應用環(huán)境和特點，選擇合適的通信接口和通信協(xié)議就

35、是十分重要了。本課題選擇的是工控機和三菱fx2n系列的plc的串口通信線rs232。4. 傳感器信號檢測電路通過高性能電信號傳感器對通訊電源中各模塊的電信號進行實時數(shù)據(jù)采集，并將測量結果通過接口送至上位機中，上位機根據(jù)控制要求對整個系統(tǒng)進行綜合控制。而檢測的模擬信號結果是通過fx0n3a的擴展模塊進行轉換，轉換后的數(shù)據(jù)送入plc進行處理。監(jiān)控系統(tǒng)信號的處理過程：先得到被通訊電源的各模塊的各種數(shù)據(jù)包括交流屏輸入電壓、整流屏輸出電流、直流屏輸出電流、輸出電壓、蓄電池電壓等，然后處理所有得到的數(shù)據(jù)，最后根據(jù)系統(tǒng)的要求作出控制包括斷電迅速切換蓄電池供電，蓄電池充電控制，電池電壓保護，發(fā)送數(shù)據(jù)給遠程計算

36、機，液晶顯示，若有告警發(fā)生時給出告警提示，如給出告警聲光信號。硬件系統(tǒng)總體框圖如圖5所示。圖5 硬件原理圖3.2 plc簡介及其選型 plc是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，它具有可靠性高、體積小等優(yōu)點，其實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同?；緲嫵桑?a. 電源：電源要求交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施b. 中央處理單元(cpu)：中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警

37、戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤c.存儲器:存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器,存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器d.輸入輸出接口電路：1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是plc與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用plc通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 e.功能模塊： 如計數(shù)、定位等功能模塊 f.通信模塊： 如以太網(wǎng)、rs485、profibus-dp通訊模塊等 綜合考慮輸入輸出的點數(shù)，經(jīng)濟適用等各方面因素，本通訊電源控制系統(tǒng)選擇三菱公司的fx2n系列的plc。

38、fx2n 屬于小型整體式的plc, 本機自帶rs232通信接口、內(nèi)置電源和i/o 接口。3.3 fx0n-3a簡介 主單元擴展本系統(tǒng)選用的是三組fxon-3a模擬量特殊功能模塊（2組a/d,1組d/a），可以實現(xiàn)數(shù)字和模擬量的相互轉換，功能齊全，方便使用。模擬特殊功能有兩個通道和一個輸出通道輸入通道接收模擬信號并將模擬信號裝換成數(shù)字值輸出通道采用數(shù)字值并輸出等量模擬信號最發(fā)分辨率為8位消耗5v dc 30ma 連接到fx2n或fx2nc擴展單元的所有特殊功能模塊絕不能超過系統(tǒng)的5v電壓其性能規(guī)格如圖6所示，其通用規(guī)格如圖7所示。 圖6 性能規(guī)格圖7 通用規(guī)格3.4 plc硬件配置及電氣接口電路

39、 此控制系統(tǒng)主要以plc為主控制器，附加簡單的外圍器件組成。根據(jù)控制要求：需要實時監(jiān)控通訊電源各模塊的工作狀態(tài)，實時監(jiān)控交流屏輸入電壓（u1）電流（u2）的值，整流屏輸出電流（i2）的值，直流屏輸出電壓（u3）電流（i3）的值，蓄電池電壓（u4）的值，蓄電池充放電電流（i4）的值，蓄電池電流量（q）的值；還需要控制蓄電池的充放電轉換，恒流限壓和恒壓限流充電方式的順利進行，以及失電，斷電，模塊故障時蓄電池幾時供電。本控制系統(tǒng)中，互感器將檢測到的電信號轉換成標準的電壓電流信號，上傳給上位機，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入輸出模塊把電壓信號轉換成數(shù)字信號再送入plc中進行處理。在這里，我們選用了三菱fxon

40、-3a模擬量輸入模塊；傳感器將檢測到的電信號轉換成開關量信號輸入到plc，以中間繼電器線圈作為輸出，用中間繼電器的觸點控制各控制電路的通斷。通過對系統(tǒng)控制要求分析可知，系統(tǒng)共有開關量 輸入點3點，繼電器輸出點5點，所以選用三菱fx2n-32mr可以滿足要求，還有模擬量輸入8點，所以選用4個擴展模塊fxon-3a可以滿足要求。控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的地址分配如表一所示。電氣接線圖如圖八所示。本系統(tǒng)的輸入信號有電信號傳感器，模擬量輸入，輸出控制對象5個中間繼電器。表3.1 i/o分配表器件代號地址編號功能說明輸入信號sq1x1交流屏電信號傳感器sq2x2整流屏電信號傳感器sq3x3直流屏電信號傳

41、感器輸出信號ka0y0正常工作檢測線圈ka1y1放電線路線圈ka2y2充電線路選擇線圈1ka3y3充電線路選擇線圈2ka4y4充電完成控制線圈plc電氣接線圖如圖8所示。圖8 電氣接線圖3.5蓄電池管理方案 電池管理是電源監(jiān)控中至關重要的核心模塊，也是各個廠家電源競爭的關鍵，關系到電池的壽命和設備的安全運行。(1)蓄電池充電是按照限壓恒流和限流恒壓兩步走的方式充電。首先按照限壓恒流方式充電，到達限定電壓后切換到限流恒壓方式充電，到達一定電壓后斷開直流屏。停電后來電充方式是指停電后蓄電池放電，放電達到一定程度(由用戶設定)又來電，自動對蓄電池組進行充電管理控制。(2)蓄電池保護功能當市電斷電時，

42、負載由蓄電池供電，當蓄電池電壓下降到一定程度時(可由用戶自行設定)發(fā)出報警；當蓄電池進一步放電，蓄電池電壓低于用戶設定值時，可按用戶設定先切斷一組次要負載，蓄電池進一步放電達到最終的保護電壓時，再切斷另一組負載，保護蓄電池不致過放損壞這樣可維持主要負載有較長的備用時間，另一方面可以保護蓄電池不至于過放損壞。3.5.1恒壓限流或恒流限壓電路原理圖如圖9所示。圖9 充電電路原理圖 圖9中uv和ui分別為電壓反饋和電流反饋。由運算放大器的虛短特性可知 ,在任一時刻 ,若 uvui ,則其中一運放工作于放大狀態(tài) ,另一運放工作于負飽和狀態(tài)(零輸出) ,一個二極管導通一個截止 ,電路工作于恒壓或者限流狀

43、態(tài)之一。所以,兩運放可共用一組反饋網(wǎng)絡。對于運放a1 或a2 來說 ,電路接成準 pi調節(jié)器 ,其傳遞函數(shù)均為:g( s ) = 1 + k/ ( ts + 1) 式中 k = r2/ r , t = r2 c1實際電路中 r2 很大 ,故傳函可以簡化為一比例積分環(huán)節(jié):g( s ) = 1 + 1/ rc1 s 由此可見 ,系統(tǒng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度很高。3.5.2恒壓限流電路工作原理 系統(tǒng)恒壓限流工作時的限流設定電壓值和恒流限壓工作時的電壓值是不一樣的，此時設定恒壓限流工作的電壓值uref 為一定值（按需要）。系統(tǒng)恒壓限流調節(jié)過程如下:當系統(tǒng)經(jīng)上電軟起動進入閉環(huán)調節(jié)狀態(tài),若 ui uref ,運放

44、a1起調節(jié)作用,a2與系統(tǒng)脫離 ,系統(tǒng)運行于恒壓狀態(tài)(圖10中的 ab 段) 。當負載電流增至限流設定值時 ,即 ui = uref = uv,運放a1和a2共同起作用(可等效為一個運放) ,此時系統(tǒng)運行于圖10外特性曲線的b點。若負載電阻繼續(xù)減小 ,運放a2起作用 ,a1與系統(tǒng)脫離 ,系統(tǒng)進入限流狀態(tài)(即恒流狀態(tài) ,圖10的bc段) ,此后 ,若負載電阻增大 ,輸出電壓升高到恒壓設定值 ,電路回到恒壓調節(jié)狀態(tài) ,故圖9電路可實現(xiàn)恒壓反饋值為 uv ,限流反饋值為 ui ,且 uv= ui = uref的恒壓限流調節(jié)。其中恒壓限流工作外特性如圖10所示。圖10 恒壓限流工作外特性曲線3.5.3

45、恒流限壓電路工作原理 此時按蓄電池額定電壓設定電壓值uref 。系統(tǒng)恒壓限流調節(jié)過程如下:當系統(tǒng)經(jīng)上電軟起動進入閉環(huán)調節(jié)狀態(tài),若 uv uref ,運放 a2起調節(jié)作用,a1與系統(tǒng)脫離 ,系統(tǒng)運行于恒流狀態(tài)(圖11中的 ab 段) 。當負載電壓增至限壓設定值時 ,即 ui = uref = uv,運放a1和a2共同起作用(可等效為一個運放) ,此時系統(tǒng)運行于圖11外特性曲線的b點。若負載電阻繼續(xù)減小 ,運放a1起作用 ,a2與系統(tǒng)脫離 ,系統(tǒng)進入限壓狀態(tài)(即恒壓狀態(tài) ,圖11的bc段) ,此后 ,若負載電阻增大 ,輸出電流升高到恒流設定值 ,電路回到恒流調節(jié)狀態(tài) ,故圖9九電路可實現(xiàn)限壓反饋值

46、為 uv ,恒流反饋值為 ui ,且 uv= ui = uref的恒流限壓調節(jié)。其中恒流限壓工作時外特性曲線如圖11所示。圖11 恒流限壓工作外特性曲線4軟件設計梯形圖程序（見附錄a）指令表程序（見附錄b）5 組態(tài)軟件人機界面的設計5.1力控forcecontrol6.1監(jiān)控軟件概述 力控forcecontrol6.1工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件是北京三維力控科技有限公司根據(jù)當前的自動化技術的發(fā)展趨勢，總結多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設計開發(fā)的高端自動化軟件產(chǎn)品，是力控科技全體研發(fā)工程師集體智慧的結晶，該產(chǎn)品主要定位于國內(nèi)高端 hmi/scada自動化市場及應用，是企業(yè)信息化的有力數(shù)據(jù)處理平臺。

47、力控forcecontrol6.1 產(chǎn)品在數(shù)據(jù)處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產(chǎn)生了巨大飛躍，力控 forcecontrol6.1在秉承力控6.0成熟分布式應用技術的基礎上，功能更強大，主要特點如下： 1） 互聯(lián)網(wǎng)時代的驕傲 提供在internet/intranet 上通過ie瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的解決方案；支持通過 pda掌上終端在internet 實時監(jiān)控現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持通過移動gprs、cdma、gsm網(wǎng)絡與控制設備或其它遠程力控節(jié)點通訊； 面向國際化的設計，同步推出英文版和繁體版，保證對多國語言版的快速支持與服務； 力控軟件內(nèi)嵌分布式實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備

48、良好的開放性和互連功能，可以與 mes、sis、pims等信息化系統(tǒng)進行基于 xml 、opc、odbc、ole db等接口方式進行互連，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時地傳送到以上系統(tǒng)內(nèi)。 2）強大的移動網(wǎng)絡 支持通過移動gprs、cdma 網(wǎng)絡與控制設備或其它遠程力控節(jié)點通訊,力控移動數(shù)據(jù)服務器與設備的通訊為并發(fā)處理、完全透明的解決方案，消除了一般軟件采用虛擬串口方式造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的隱患，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節(jié)省通訊費用。 3）完整的網(wǎng)絡冗余及軟件容錯解決方案 作為民族產(chǎn)業(yè)的大型scada、dcs軟件，力控軟件支持控制設備冗余、控制網(wǎng)絡冗余、監(jiān)控服務器（雙機）冗余、監(jiān)控網(wǎng)絡冗余、監(jiān)控客戶

49、端冗余等多種系統(tǒng)冗余方式。 力控軟件支持控制設備冗余如siemens公司的s7400h,ge 的ge9070系列 plc 的冗余模式，支持普通的232、485、以太網(wǎng)等控制網(wǎng)絡的冗余，支持控制硬件的軟冗余切換和硬冗余切換。 4） 穩(wěn)定的通訊處理 基于力控 forcecontrol6.1 的流量遠程熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)方案支持通過rs232、rs422、rs485、電臺、電話輪循撥號、以太網(wǎng)、移動gprs、cdma、gsm網(wǎng)絡等方式和設備進行通訊。支持主流的dcs、plc、ddc、現(xiàn)場總線、智能儀表等 1000多種廠家設備的通訊。支持離線診斷，在開發(fā)環(huán)境下可以診斷是否正常通訊。支持不同協(xié)議的設備在一條通

50、訊鏈路進行通訊。支持在大型scada系統(tǒng)中的遠程通道冗余通訊。 5）圖形系統(tǒng)主要特點 方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式（bmp、gif、jpg、jpeg、cad等）的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量； 強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復功能； 支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏； 強大的activex控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調用對象的方法、屬性；全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數(shù)集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板，報表文件格式兼容 excel 工作表文件，支持圖表顯示自動刷新，可輸出多種文件格式： excel、txt、pdf、html、csv等。 6）分布式的結構 力控監(jiān)控組態(tài)軟件在軟件功能模塊的分布式體系結構體現(xiàn)在各個組件程序間的關系上，圖形界面系統(tǒng)view和實時數(shù)據(jù)庫db之間是分布式的，力控科技在圖形 view級率