基于CAN總線(xiàn)的工廠(chǎng)電力監測分析網(wǎng)絡(luò )系統設計

4.系統軟件設計和數據分析
　　在軟件設計中，遵循模塊化設計思想，采用結構化程序設計方案，使之具有良好的模塊性、可修改性及可移植性。
　　根據主計算機系統所完成的任務(wù)，對于人機交流環(huán)節采用直觀(guān)易懂、操作簡(jiǎn)便的圖形界面。PC機的軟件開(kāi)發(fā)采用微軟的Visual Basic3.0。因為VB作為Windows應用程序，有著(zhù)與其它Windows應用程序相互一致、友好的用戶(hù)界面，操作上十分方便。另外VB具有動(dòng)態(tài)數據交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)、豐富的API函數、支持動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)以及對數據庫的操作管理等功能，這對于管理后臺數據以及與網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)進(jìn)行通訊是十分方便的。
　　網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)模塊采用MCS-51匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設計。MCS-51的指令系統指令豐富，尋址方式多樣，支持各種類(lèi)型的數據處理，具有執行速度快、編程效率高等特點(diǎn)，適于工業(yè)控制領(lǐng)域的應用。
　　故障錄波是對信號進(jìn)行高速采樣，并利用采樣數據繪制信號曲線(xiàn)，以便了解信號的變化情況，預測信號的變化趨勢，是電力系統中監測信號的常用辦法。
　　本系統中要求對零序電流及三相電壓信號進(jìn)行故障錄波。錄波信號的模/數轉換采用P80C592的A/D轉換器完成，以提高系統可靠性，減小體積，降低成本。P80C592的A/D轉換器為10位轉換器，在16MHz振蕩頻率下A/D轉換時(shí)間為37.5μs(見(jiàn)圖2)。
　　本軟件系統共有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)軟件系統中，數據處理模塊負責對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數據作快速傅利葉變換(FFT)和數據分析，及繪制電流，電壓的變化曲線(xiàn)。對于離散的時(shí)間信號，其FFT正、反變換分別為：

　　函數p(k)=｜X(k)｜稱(chēng)為x(n)的振幅譜。在本系統中主要通過(guò)離散的FFT對信號的振幅進(jìn)行分析，查出是否有干擾或不正常點(diǎn)，然后進(jìn)行FFT反變換恢復原始信號，觀(guān)察信號原形。
　　我們將具有N個(gè)元素的原函數序列x(n)分解成兩個(gè)分離的長(cháng)度各為N/2的數列，然后對分離的序列分別用N2/4次復數加法和乘法作傅利葉變換，再將中間結果組合成具有N個(gè)元素的數列x(n)。經(jīng)過(guò)抽選操作，總運算次數降為：N*log2N。
　　運用基2時(shí)域FFT的蝶型抽選的計算流程，對上式進(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)蝶型運算都需要兩個(gè)輸入數據，計算結果也是兩個(gè)數據，與其它結點(diǎn)數據無(wú)關(guān)。這樣一次計算后輸入數據就可放棄，減少了對內存的占用，提高了計算速度。
　　正常的正弦波經(jīng)FFT正變換為兩個(gè)對稱(chēng)的最大譜線(xiàn)，反變換后可以完全恢復原始信號；而帶干擾的正弦波經(jīng)FFT正變換后，除兩個(gè)對稱(chēng)的最大譜線(xiàn)外，干擾信號的其它譜線(xiàn)也存在，據此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號的位置，并發(fā)出采取相應措施的指令，啟動(dòng)執行機構或保護裝置。
5.結論與展望
　　本系統的最大特點(diǎn)就是造價(jià)低、結構靈活實(shí)用、高可靠性且安裝調試簡(jiǎn)單，根據不同的現場(chǎng)情況與用戶(hù)要求，本系統可擴展為不同的模式。除對高壓配電盤(pán)上的模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監測外，也可用于對某些重要的低壓配電和低壓電機等電器設備運行狀態(tài)的監測和控制。
　　現場(chǎng)總線(xiàn)不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數字儀表代替模擬儀表，關(guān)鍵是用新一代的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS(Field Bus Control System)代替傳統的集散控制系統DCS(Distributed Control System)，實(shí)現現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )與控制系統的集成。其本質(zhì)即要實(shí)現在現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )、現場(chǎng)設備互連、互操作性、分散功能塊、通信線(xiàn)供電、開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò )等功能。這也為工廠(chǎng)生產(chǎn)的全面自動(dòng)化和遠程控制奠定了基礎。

參考文獻

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