基于LabVIEW的光伏電源監控系統設計

摘要：隨著(zhù)全球能源結構的優(yōu)化，太陽(yáng)能作為清潔可再生新能源越來(lái)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，應用于偏遠地區，且運行時(shí)間較長(cháng)，需要采取無(wú)人值守遠程監控技術(shù)。文章設計了一套基于LabVIEW的光伏電源監控系統，對設備進(jìn)行統一的監測、管理和控制，并且與監控中心系統進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的信息交換、信息共享，從而優(yōu)化操作，并且當系統發(fā)生故障時(shí)，能立即發(fā)出報警信號，并實(shí)時(shí)記錄和儲存電站的運行數據，從而使得供電系統安全可靠的運行。
關(guān)鍵詞：LabVIEW；現場(chǎng)監控；后臺監控；全球移動(dòng)通信系統；數據庫

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，它要求更講究系統效率、更可靠、也更經(jīng)濟。傳統意義上的監控一般建立在近距離條件下，即近距離監控，這種方式要求配備一定的維護人員進(jìn)行，花費大量的人力、物力和財力，而且隨著(zhù)電站規模的擴大，已經(jīng)越來(lái)越不能適應現代化經(jīng)濟的發(fā)展，因此，一種成本低、低功耗、界面簡(jiǎn)單容易操作、具有配置通用性、方便實(shí)用的光伏電源監控系統勢在必行。而這種實(shí)時(shí)監控系統的廣泛應用，也會(huì )在很大程度上促進(jìn)國內新能源技術(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)的基礎上，運用LabView對光伏電源監控界面的研發(fā)，最終形成一種基于LabVIEW的多功能監控界面設計方案。此監控界面有處理數據類(lèi)型多、存儲數據量大、界面具備人性化等特點(diǎn)。

1 光伏電源監控系統
光伏電源監控系統可分為以下模塊：光伏電源數據采集與控制(DSP28035)、數據處理(MCU STC12LE5A60S2)、TFT觸摸屏液晶顯示、現場(chǎng)監控(PC機)、無(wú)線(xiàn)通訊(GSM TC35)、后臺監控(PC機)。光伏電源監控系統如圖1所示。

各模塊的作用如下：
光伏電源數據采集與控制模塊：通過(guò)霍爾傳感器實(shí)現對電壓、電流的測量，利用DSP28035強大的數據處理功能，先實(shí)現A／D轉換，然后將所得的量進(jìn)行處理，對光伏電源系統輸出進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)SPI將數據傳輸給MCU STC12LE5A60S2。
數據處理模塊：MCU將DSP傳輸過(guò)來(lái)的數據進(jìn)行分類(lèi)、計算、存儲和數據傳輸。該模塊將所需存儲的數據存儲在Flash里，并作為DSP與上位機的中間橋梁，通過(guò)串口、485和GSM實(shí)現TFT顯示、現場(chǎng)監控和后臺監控。
TFT觸摸屏模塊：該模塊通過(guò)232與單片機通訊，實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示和對參數的設置。
現場(chǎng)監控模塊：該模塊可實(shí)現現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)可以采集60天單片機存儲的數據，以便用戶(hù)進(jìn)行數據處理和觀(guān)察設備的運行情況，另外用戶(hù)可以實(shí)現現場(chǎng)的參數設置。
無(wú)線(xiàn)通訊模塊：該模塊主要實(shí)現數據的遠程無(wú)線(xiàn)傳輸，將數據傳送給后臺。
后臺監控模塊：該模塊為設計的主要部分，GSM傳輸來(lái)的數據通過(guò)串口給PC機。該后臺監控可以實(shí)現實(shí)時(shí)數據監控、歷史數據存儲、參數設置、數據顯示、報警等功能。

2 相關(guān)監控系統使用軟件
2．1 LabVIEW
LabVIEW是一種用圖標代替文本創(chuàng )建應用程序的圖形化編程語(yǔ)言。被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗室所廣泛接受，視為一個(gè)標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿(mǎn)足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。還內置了便于應用TCP／IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。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(guò)程都生動(dòng)有趣。
LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強你構建自己的科學(xué)和工程系統的能力，提供了實(shí)現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設計、測試并實(shí)現儀器系統時(shí)，可以大大提高工作效率。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執行文件，它是一個(gè)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(xiàn)路板上，具有獨立的操作系統、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。因此，GSM模塊具有發(fā)送SMS短信，語(yǔ)音通話(huà)，GPRS數據傳輸等基于GSM網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信的所有基本功能。簡(jiǎn)單來(lái)講，GSM模塊加上鍵盤(pán)、顯示屏和電池，就是一部手機。
本設計采用的是Siemeils公司的TC35，該模塊是Siemeils公司推出的新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機、單片機連機通訊?？梢钥焖?、安全，可靠地實(shí)現系統方案中的數據、語(yǔ)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(gè)功能強大的數據庫管理工具，是在Windows 2000或Windows XP環(huán)境下運行的一種關(guān)系數據庫管理系統。其交互性很好，用戶(hù)不用編程就能夠創(chuàng )建整個(gè)數據庫，其中還包含用于開(kāi)發(fā)高級數據庫的程序設計語(yǔ)言Access Basic。其主要特點(diǎn)如下：1)存儲方式多樣；2)面向對象；3)界面友好、易操作；4)集成環(huán)境、處理多種數據信息；5)支持ODBC(開(kāi)發(fā)數據庫互連，Open Data Base Connectivity)。