設備電量遠程監測系統研究

薛 帥 薛 龍

（1.天津科技大學，天津 300222；2.廣靈縣互聯網信息辦公室，山西 大同 037500）

傳統的電測儀存在測量功能單一的問題，如今多功能的精確測量是電測儀的發展方向。設備電量在線監測系統可以實現用電設備的電量在線監測，滿足電參數的精確測量。

1 電量檢測

本系統的設計主要針對一些需要實施監測電量的工業用電場所。因用電設施設在地下、 分布較廣等原因不便觀測的情況，本系統就可對此發揮重要作用。

2 硬件系統構建

完成節點數據的采集工作，主要有電壓、電流、功率等電參量，實現節點數據采集并組網，通過RS485 協議與工控機通信，最后將數據傳送至用戶計算機。

2.1 節點數據采集

系統采用常州金源永利達公司的DDS54 數字式電能表對節點進行電量采集。該電能表主要由以下特點：電能表主要由兩個功能系統組成，即電能測量系統和數據處理系統。電能測量系統由一塊進口單相計量芯片和外圍元件組成，完成電能量到計數脈沖的轉換。數據處理系統主要由CPU 和RS485 接口電路組成，CPU 采用大規模集成電路設計技術，將振蕩、脈沖分頻電路、電壓檢測電路、 液晶驅動電路和RS485 通訊協議集成在一片電路上，把從電能測量系統輸入的電能脈沖進行處理、計數分頻，并輸出測試脈沖和液晶驅動信號。RS485 接口電路完成數據信號的電平轉換和RS485 信號的接收處理和發送處理工作，該電路采取防靜電和抗干擾設計原則，并采用信號隔離技術，端口與市電電網完全隔離，最大限度保證了端口的可靠性和安全性。

2.2 數據傳輸

RS485 由RS232 接口標準發展而來，可以實現點到多點或者多點到多點的網絡組建，解決了RS232 接口標準不能聯網的問題。組建成本低、可靠性高、分布范圍較大等是RS485 總線網絡的優點，廣泛應用在遠程控制、遠程監控、遠程抄表、智能家居等領域。

RS485 總線網絡的通信方式包括兩種： 主從式和總線式。主從式是當今工業控制中多采用的通信方式，而總線式擁有更好的通用性、擴展性，同時在總線式通信協議上也易于組建主從式RS485 通信網絡。組網方式簡單，組建成本低廉，RS485 總線網絡的組網方式很大程度上滿足了工業組網的需求。

從理論上講，當通信速率不超過100Kbps 時，RS485 上的信號傳輸距離最長可以達到1 200km。但因為電纜及芯片的一些傳輸特性，在實際應用中傳輸的距離也會有所不同。為了滿足實際中有些長距離的傳輸要求，可以采用增加中繼器的方法放大傳輸信號以增大傳輸距離，一般最多可以增加八個中繼器。

本系統通過RS485 總線協議組網，進行數據傳輸。各節點的RS485 輸出端掛載在RS485 總線上，將采集到的電量數據通過RS485 總線經過RS485/RS232 轉換后傳輸至工控機上，工控機對數據進行整理、存儲后通過TCP/IP 網絡協議傳輸給用戶計算機，形成網絡，方便各部門層對監測數據的實時觀測與調用，實現遠程監控。

3 系統軟件實現

本系統的軟件設計采用結構化和模塊化的設計思路，可以分為下位機和上位機兩部分。

下位機部分主要就是單片機程序的編寫，系統選用C 語言作為下位機編程語言，主要包括液晶顯示模塊的調用程序、串口通信程序以及鍵盤程序的編寫等。

上位機軟件開發是本系統的重點，這部分主要包含以下三個步驟：第一步是開發環境的選取，選取適宜的開發工具和開發環境可使軟件開發的過程更為高效便捷，也能提高系統的性能和穩定性。而且一個優良的開發環境一般會對系統軟硬件資源進行合理分配使其得到充分利用，使用戶使用時更加得心應手。本系統選用的LabVIEW8.5 開發環境可以完全滿足上述要求：它提供了一個直覺性環境，可以方便進行整體框架的搭建以及程序設計調試，而且與測量硬件的密切結合使數據采集、分析、顯示和硬件控制的過程更為高效。第二步是儀器驅動程序的開發。儀器驅動程序主要用來完成儀器硬件設備的通信和控制，因此需要考慮下位機各個硬件的接口定義，這些接口定義一般由廠商完成，而LabVIEW 開發環境中集成了多種儀器驅動程序，包括系統所需的串口驅動程序、顯示驅動程序、鍵盤驅動程序等。最后一步是程序的打包，用戶界面和源程序代碼完成后，系統利用LabVIEW 應用程序生成器，將編寫好的虛擬儀器（VI）轉換成獨立應用程序(.exe)，方便快捷，便于用戶安裝和使用。

在本系統中，當節點采集到的數據傳輸給用戶計算機后，需要將數據存儲，以實時數據曲線的形式顯示，便于用戶監測，并且可以對電量參數進行設置。

4 結語

本文對系統組建及主要功能進行了介紹，整個過程條理清晰。系統符合時下工業要求，具有很強的實用價值，提高了工作效率，利于電能節約，并有效地降低電能污染，間接降低了工業生產成本。

[1]馮子陵，俞建新.RS485 總線通信協議的設計與實現[J].計算機工程，2012，38（20）：216-218.