基于無線組網技術的工業設備電源遠程管理系統設計

胥禎浩+張哲+方澤豪+成新民

摘要：在工業設備系統中，設備電源難以得到實時有效的監測，并且不能實現在遠距離控制啟停。設計了一個基于Zigbee無線組網技術的工業設備電源遠程管理的系統。系統以Labview作為人機交互端。Zigbee組網技術為核心來進行終端節點工業開關的監測，并對Zigbee通信模塊之間的數據交互進行控制，實現工業設備電源遠程管理的功能。

關鍵詞：工業設備電源；人機交互；遠程管理；無線組網

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0174-02

1 引言

現代工業生產中，由于生產工序很多，各道生產工序有不同的生產車間，而生產設備安裝在各個車間。考慮到工業生產設備目前都有遠程監控的功能[1]，集中控制室距離各個車間較遠，且生產車間位置分散，設備電源的開啟和緊急切斷需要人工到現場操作，帶來了很多不便，特別是緊急情況下，需要遠程及時了解生產設備的供電信息且能夠及時進行開關動作，這需要對生產設備的電源進行集中管理。本文應用無線組網技術設計了一個工業設備電源遠程管理的系統，有效管理各個生產車間主要設備的控制柜電源，實現設備控制柜電源的遠程操控。

2 設備控制柜電源遠程管理系統硬件設計

2.1 系統總體設計

自主設計了工業設備電源遠程管理系統，由安裝在上位機上的遠程管理系統、遠程控制電路模塊，檢測電路模塊，無線收發電路模塊、現場控制電路組成的設備控制柜電源遠程管理系統。運用遠程監控管理技術[2]，構建工業設備電控柜實時監控系統，動態掌握工業設備電控柜電源開關情況，值班人員只需在中控室，就能了解各個設備電控柜電源的開關狀態和設備的工作狀態，當設備電源故障發生時可以通過顯示狀態和采集數據進行控制柜電源故障分析[3]，最大限度提高工作人員的工作效率。整個系統的總體結構框圖如圖1所示。

2.2 電路通斷檢測電路設計

本系統采用電壓互感器判斷電路的開斷情況，當電路左端有電流流過時，電路的右端會產生感應電流，我們將該感應電流轉化為電壓量，并利用整流橋整流，電容濾波后，輸出一個直流電壓給芯片中的AD檢測模塊檢測，就可以知道當前電路是否工作。而且由于電壓互感器檢測和工作電路兩端沒有直接連接，因此該模塊非常的安全可靠，抗干擾能力強。電流通斷檢測電路如圖2。

我們采用三極管控制繼電器的方法實現開關的控制，繼電器的開閉可以控制整個工作電路導通與截止，從而實現遠程打開和停止工作電路這一功能。在主控電路板上，工作電路與繼電器相連。三極管是常用的電路參數放大器件，在該電路中作為開關放大使用，因為微處理器的GPIO口的負載能力太低，其輸出電流并不能滿足直接用來驅動繼電器。而采用了二極管是利用了二極管的單向導通性，由于繼電器是一個感性元件，二極管可以防止電路失電時繼電器逆向的電流對電路造成損害。電路通斷模塊如圖3。

2.3 Zigbee無線收發模塊

Zigbee無線模塊使用Texas Instruments公司的CC2530芯片開發而成。Zigbee無線模塊遵循IEEE 802.15.4標準的規定，有低功耗、低成本、低速率、支持大量節點的特點。它具有接受和發送兩種模式。

Zigbee發送模塊與上位機相連。上位機通過串口發送指令給發送模塊，經過模塊處理，直接發送給相應的接收模塊。發送模塊還會根據接受部分傳回的數據通過串口傳給上位機。Zigbee發送模塊的工作流程圖如圖4所示。

Zigbee接收模塊收到發送過來的指令后，實現特定的功能，實現工業設備的控制。實時監測設備的電壓，當電壓值發生變化時，把數據傳給發送模塊。Zigbee接收模塊的工作流程圖如圖5所示。

3 設備電源遠程動態監測和控制管理系統設計

本系統監測與控制部分上位機軟件采用LabVIEW作為開發環境[4]，作為一種常用的一種上位機開發軟件，其本身就具有完備的函數庫，幾乎包括了所有開發所需要的函數，例如數據采集、數字通信、信號處理等一些常用于開發的函數庫。本系統通過串口的VISA配置來實現ZigBee主節點與上位機的通信，用戶可以通過上位機來直接監測到廠房中各臺電源的狀態，同時也可以通過上位機主動地控制各臺電源的狀態，以防止發生特殊的危險情況。

系統主界面主要由三個開關和指示燈，一個總電源開關，串口選擇鍵，波特率選擇鍵組成。上位機界面如圖6所示。

上位機主要通過串口進行數據的傳輸與接收，LabVIEW主程序框圖如圖7所示。

4 結語

本文設計了一具有低成本、低功率的工業電源無線控制系統。使用該控制系統時，終端實時返回用電器的開關狀態至上位機的人機界面。工作人員可以在上位機端操作，通過無線發送遠程控制繼電器信號，從而控制工業用電器電控柜。同時，這個系統對用電器的電壓進行了實時監測，可把電壓值通過無線實時返回上位機，還能在數據庫中進行備份。

該工業設備電源遠程管理系統電路簡單，性能較穩定，抗干擾能力強，可靠性高，搭建方便，易于擴展；在室外開闊地帶通信距離可以達到300米。因此本系統在對工業設備遠程采集監測和管理是較為成功的。

參考文獻

[1]彭燕基于ZigBee的無線傳感器網絡研究[J]現代電子技術2011，34（5）：49-51.

[2]毛鵬軍，姜水，王俊，張伏，邱兆美.基ZigBee技術的溫室環境無線監測系統設計[J].中國農機化學報2015，36（1）：102-106.

[3]趙明.基于ZigBee的無線樓宇火災監測網絡設計[D].華中科技大學，2008.

[4]段培永，劉桂云，段晨旭，等基于LabVIEW和CAN總線的吸收式制冷機組數據監控系統[J].計算機系統應用.2015，24（4）：103-107.endprint