基于LABVIEW的儲能電池數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

陸 宇

（上海電氣集團股份有限公司中央研究院，上海 200070）

0 引 言

日益突出的環(huán)境問題和資源問題促進了新能源技術的迅猛發(fā)展。目前，這些可再生能源的發(fā)展面臨電力品質差和并網(wǎng)難的瓶頸問題。同時，現(xiàn)階段用戶對電能質量和電力品質的要求越來越高，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)不能很好地滿足用戶需求，因而智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)等電網(wǎng)新技術應運而生。儲能技術是解決新能源發(fā)電并網(wǎng)、建設智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)的關鍵技術之一，將迎來巨大的市場機遇。為了分析整個儲能系統(tǒng)運行過程中電池各項參數(shù)的變化情況，提高儲能系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性，本文基于LABVIEW設計了一套電池數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過Modbus協(xié)議將采集到的電池信息存儲至數(shù)據(jù)庫中，為今后分析電池特性提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)硬件概述

基于LABVIEW的儲能電池數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由1塊BCU、23塊BMU、上位監(jiān)控計算機組成。每塊BMU均由MSP430單片機來控制，MSP430通過與AD芯片BQ76PL536級聯(lián)的方式來采集電池模組的電壓及溫度信息，然后再以串口的方式將數(shù)據(jù)傳送至主板。主板是由DSP28335芯片來控制，通過AD7656采集電流信息，并將子板所傳送的數(shù)據(jù)進行匯總，最終通過串口的方式傳送至上位監(jiān)控計算機。系統(tǒng)基本框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 硬件讀寫模塊設計

LABVIEW庫中提供了基于標準I／O應用程序接口的VISA庫，VISA除了具有很好的兼容性、擴展性和獨立性外，它還有一個顯著的特點是平臺可移植性。任何使用了VISA控件的VI函數(shù)都能夠輕易地在其他平臺上進行使用［1，2］。

VISA庫中最常用的串口通信函數(shù)有：VISA Configure Serial Port（串口配置）、VISA Write（寫）、VISA Read（讀）、VISA Close（關閉）。

VISA Configure Serial Port函數(shù)用于對串口進行配置，包括設置串口的波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗等參數(shù)。在進行串口通信前，只有先設置好串口的各項參數(shù)才能保持正常通信。本文中主板與上位監(jiān)控計算機之間采用的是Modbus通信協(xié)議，所以在進行通信前先要對串口進行Modbus初始化。Modbus初始化程序框圖如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)通信程序設計

利用VISA實現(xiàn)Modbus通信可以分為以下幾個步驟：按照Modbus協(xié)議規(guī)則設置串口的通信參數(shù)；向下位機發(fā)送Modbus請求指令；延時1.75 ms，等待下位機主板執(zhí)行命令，并返回相應的數(shù)據(jù)包；從串口中讀取主板返回的數(shù)據(jù)包，并進行命令解析；每隔一個掃描周期依次向下位機發(fā)送查詢命令。Modbus發(fā)送報文幀格式如圖3所示。

圖3 Modbus發(fā)送幀格式

例如，Modbus發(fā)送命令為01 03 00 20 00 04 45 C6，其中01表示地址，03表示功能碼讀取，00 20表示寄存器起始地址，00 03表示連讀3個寄存器，45 C6表示CRC校驗。當下位機主板收到上位機發(fā)送的Modbus指令后也會返回相應的數(shù)據(jù)幀01 03 06 02 2B00 01 00 64 F4 FD，其中01表示地址，03表示功能碼讀取，06表示返回字節(jié)數(shù)，02 2B00 01 00 64分別表示三個返回寄存器的數(shù)值，F(xiàn)4 FD表示CRC校驗。本文中Modbus發(fā)送接收模塊如下：

（1）MODBUS發(fā)送模塊：在LABVIEW中由于用到了Modbus協(xié)議和串口通信，自然就需要對其相應的參數(shù)進行相關設置，內容包括：端口號、波特率、檢驗方式、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、超時時間、Modbus功能碼等參數(shù)。

（2）MODBUS接收模塊：當按照Modbus協(xié)議回送數(shù)據(jù)時，需要用到VISA Bytes at serial port模塊，當VISA Read讀取的字節(jié)數(shù)超過緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)時，VISA Read則一直處于等待狀態(tài)，直到緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)達到所要求的字節(jié)數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理與顯示

下位機返回的數(shù)據(jù)包由設備地址、寄存器數(shù)量、返回數(shù)據(jù)信息和校驗位組成。為了得到電池數(shù)據(jù)（即電池的電壓、電流、溫度等信息），則需要通過字符串轉數(shù)據(jù)模塊來實現(xiàn)，從返回的字符串中截取有效地數(shù)據(jù)信息并進行解碼。同時，由于返回的數(shù)據(jù)均是整數(shù)，為了正確的顯示最終的電池信息，需對獲取的電池數(shù)據(jù)按照主板和子板的不同情況進行計算與處理。字符串轉數(shù)據(jù)模塊如圖4所示。

2.4 數(shù)據(jù)庫存儲技術

為了分析電池在整個儲能系統(tǒng)運行過程中的變化情況，在LABVIEW中需添加數(shù)據(jù)保存功能。盡管通過Excel也能將數(shù)據(jù)保存下來，但當所存儲的數(shù)據(jù)達到65536行后，數(shù)據(jù)會被刷新（即新添加的數(shù)據(jù)將會逐漸覆蓋原先存儲的數(shù)據(jù)）。因此，本文中通過ACCESS數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲［3］。

LABVIEW數(shù)據(jù)庫工具包只提供了關于數(shù)據(jù)庫的操作而無法創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，所以必須使用第三方數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如：ACCESS。在使用數(shù)據(jù)庫之前，先要使用LABVIEW數(shù)據(jù)庫工具包和數(shù)據(jù)庫進行連接，如圖5所示。ODBC（開放數(shù)據(jù)互連）是微軟公司開放服務結構中有關數(shù)據(jù)庫的一個組成部分，它建立了一組規(guī)范，并提供了一組對數(shù)據(jù)庫訪問的標準API。這些API利用SQL來完成其大部分任務。而且，ODBC本身也提供了對SQL語言的支持，用戶可以直接將SQL語句送給ODBC。在使用ODBC API函數(shù)時，需要提供數(shù)據(jù)源名Data Source Names才能連接到實際數(shù)據(jù)庫，所以需要首先創(chuàng)建DSN［4］。

圖4 字符串轉數(shù)據(jù)模塊

圖5 LABVIEW數(shù)據(jù)庫工具包基于ODBC技術

2.5 程序界面

根據(jù)設計方案，利用LABVIEW圖形化處理方便、快捷等特點，開發(fā)出了一套基于MODBUS通信協(xié)議的電池數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、處理、計算、存儲于一體，程序界面顯示直觀，用戶操作方便，數(shù)據(jù)傳輸正確率在98%以上。系統(tǒng)界面如圖7所示。

3 總 結

本文針對儲能電池系統(tǒng)平臺，基于LABVIEW開發(fā)了一套電池數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了LABVIEW基于MODBUS通信協(xié)議的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲與顯示功能。目前，該系統(tǒng)已成功投入使用中，可對運行中的電池數(shù)據(jù)進行實時采集存儲。LABVIEW技術較為成熟，所以該系統(tǒng)具有高可靠性、良好的穩(wěn)定性、可維護性強等特點。在實際使用中，不僅可以降低成本，還具有良好的應用前景。

圖6 數(shù)據(jù)庫存儲

圖7 系統(tǒng)程序界面

［1］ 唐麗嬋，齊 亮，王慶東，陳江洪.基于Labview的無線遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)［J］.上海電氣技術，2009，2（1）：20－24.

［2］ 孟武勝，朱劍波，黃 鴻，等.基于Labview數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計［J］.電子測量技術，2008，31（11）：63－65.

［3］ 楊樂平，李海濤，肖相生，等.Labview程序設計與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［4］ 朱洪波，康龍云，楊會州.基于Labview的復合能源電動汽車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計［J］.測控技術，2011，30（8）：19－22.