鋼筋加工機械電能消耗測試系統的研究設計

魯衛濤，張海霞，陳 娜

（1.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正達裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

鋼筋加工機械電能消耗測試系統的研究設計

魯衛濤1，張海霞2，陳 娜2

（1.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正達裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

鋼筋加工機械是建筑工地及鋼筋加工廠不可或缺的建筑機械設備，其主要能源消耗就是電能。作為一種高能耗設備，鋼筋加工機械的能耗指標引起行業內關注，國家“十二五”規劃對建筑業及相關機械設備的節能減排也提出了較高的要求。通過檢測鋼筋加工機械電能消耗量，評價能效指標，有益于提高機械設備在節能技術上的不斷改進和創新。

本文介紹了一種利用智能儀表及上位機軟件程序的電耗測試系統。系統利用高精度多功能電參數儀表，同時配合使用Modbus協議通信器件，并采用基于C#程序語言的上位機軟件構成，從而實現對鋼筋加工機械能耗參數的測試和實時監測，對鋼筋機械能效評價指標提供了依據。

1 能耗測試方法

本系統選擇接線點在鋼筋加工機械的控制箱電源線輸入端，測量示意圖如圖1所示。接線方式為帶互感器的三相四線法。

圖1 電能消耗測量示意圖（以鋼筋調直切斷機為例）

系統所用儀表為全電量多功能電力儀表，可用于測量單相/三相功率、電度、電壓、電流等。配有RS485/RS232通信，MODBUS RTU協議，能直接與計算機相連接。

試驗時應連續生產規定長度和規定數量的鋼筋，一個生產周期加工結束后設備停機，記錄一個生產周期的加工用時間T（s）、電表電量增加值W（kWh）、加工鋼筋的質量M（kg）。分別計算3個試驗周期電能消耗率G（G=3.6W/T）、加工效率Q（Q=3.6M/T）和電耗效率E（E=Q/G）。

2 基于Modbus協議的數據傳輸

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通訊，它已經成為一通用工業標準［1］。

本系統使用的多功能電參數儀表配置有RS232通信模塊，MODBUS RTU協議，直接與PLC或計算機相連接。上位機軟件發送查詢信息，電參數儀表通過協議根據查詢指令返回對應的數據，從而實現了相互間的實時通信。

電參數儀表的Modbus RTU通信參數如表1所示。代碼系統是由8位二進制數組成，在傳輸過程中數據共包含1個起始位、8個數據位和1個停止位。

表1 電參數儀表的Modbus通信參數

儀表Modbus通信協議的查詢命令幀有8個字節包括地址碼、功能碼、寄存器地址、寄存器個數和CRC校驗碼。儀表返回幀有9個字節，包括地址碼、功能碼、數據長度、電參數數據及CRC校驗碼，如表2和表3所示。

表2 查詢命令格式

表3 返回信息格式

3 上位機軟件的設計

本系統上位機軟件主要通過C#的SerialPort類實現與電參數儀表之間的串口通信，通過改變SerialPort類的方法和屬性可實現串口的打開和關閉，并實現對串口的波特率等屬性的設置。SerialPort類的Write方法將查詢命令寫入串行端口輸出緩沖區，使用 Read方法從SerialPort輸入緩沖區中讀取儀表返回的數值。

3.1 程序初始化設置

軟件提供串口的選擇，啟動程序后自動檢測當前計算機的所有串口，程序首先選擇正確的COM端口，判斷端口正常后進入主界面（圖2）。

圖2 程序初始化流程

3.2 主程序設計

主程序基本操作包括開始、停止操作及清零操作，狀態顯示包括計時顯示和電度值實時更新顯示，功率曲線區域繪制功率的實施變化曲線。

測試程序流程圖如圖3所示。點擊開始試驗，程序發送清零指令清空電表總電度值，同時開始以每秒5次讀取電表數據，同時開始計時。點擊停止試驗，計時器停止計時并顯示試驗用時，精確到毫秒。同時停止讀取電度值和功率值，總電度值和功率曲線顯示停止測試時的狀態。

圖3 測試程序流程圖

4 結 語

本電耗測試系統實現的電度參數的實時采集，可在RS-232總線上對鋼筋加工設備進行遠距離測試。系統運用軟件的及時同步功能省去了人工秒表計時的操作，減小了因手動同步操作引起的誤差，增加了測試數據的準確性和有效性。經過多次實際現場測試，本文所介紹的測試系統上位機軟件運行良好、操作簡便，較好地滿足鋼筋加工機械能耗測試的要求。另外，本系統研究內容在其他用電設備能耗測試等方面具有一定的實用價值。

［1］潘洪躍.基于MODBUS協議通信的設計與實現［J］.計量技術，2002（4）：35-36.

［2］李江全.Visual C#.NET串口通信及測控應用典型實例［M］.北京：電子工業出版社， 2012.

（編輯 吳學松）

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