0 引 言
目前， 電能存儲和使用主要靠蓄電池" title="蓄電池">蓄電池完成,， 而閥控鉛酸蓄電池（ VRLA" title="VRLA">VRLAB） 因其密封性好,、對環(huán)境無污染、易于維護等優(yōu)點被廣泛使用,。但是由于各種原因時常會出現(xiàn)蓄電池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定時間的情況,， 甚至出現(xiàn)直流電源事故。
為了給VRLA 蓄電池組的檢測提供一個安全可靠的監(jiān)測平臺,， 將傳統(tǒng)的分離式檢測過程有機地結(jié)合起來,， 構(gòu)成一個便捷、智能型自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò), 實現(xiàn)對VRLA 蓄電池組及其單節(jié)電池電壓和內(nèi)阻進行實時檢測,， 并能有效判斷蓄電池組容量和性能?，F(xiàn)擬采用電壓采集模塊、內(nèi)阻采集模塊和組態(tài)軟件組成實時數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),， 對VRLA 蓄電池組的使用進行監(jiān)控,， 確保電池組的長時間有效工作。
1 系統(tǒng)功能
VRLA 分布式計算機數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是為閥控式密封鉛酸蓄電池（ VRLA） 的運行管理設(shè)計的,， 用于在線監(jiān)測" title="在線監(jiān)測">在線監(jiān)測蓄電池組的運行狀況,， 報告電池組總電壓、充放電電流,、電池容量,、單電池電壓和內(nèi)阻， 通過計算機網(wǎng)絡(luò)提供現(xiàn)場運行數(shù)據(jù),， 實現(xiàn)集中監(jiān)控管理,。
2系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測機組和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器構(gòu)成。
現(xiàn)場監(jiān)測機組可由多臺計算機構(gòu)成分布式采集網(wǎng)絡(luò),， 完成對不同蓄電池組的監(jiān)測管理,， 采集電池組的電壓,、電流， 計算電池容量,。通過計算機的RS 232 串口,，將采集的單電池電壓和內(nèi)阻傳輸?shù)接嬎銠C中， 實時顯示電池數(shù)據(jù),， 存儲數(shù)據(jù),， 查詢數(shù)據(jù)， 并智能分析數(shù)據(jù),。
數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器通過計算機網(wǎng)絡(luò)完成對各現(xiàn)場監(jiān)控機的數(shù)據(jù)集中存儲,、管理和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。
各類結(jié)構(gòu)（ C/ S 或B/ S 結(jié)構(gòu)） 終端客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問和查詢數(shù)據(jù),。
3 軟件設(shè)計
組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與控制的專用軟件,， 能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法， 其預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能,， 并能同時支持硬件廠家生產(chǎn)的各種計算機和硬件設(shè)備與高可靠性的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合,。可向整個監(jiān)控系統(tǒng)提供軟硬件的全部接口,， 進行系統(tǒng)集成,。
力控軟件是運行在Window s 98/ NT / 2000/ XP 操作系統(tǒng)上的監(jiān)控組態(tài)軟件,， 主要包括工程管理器,、人機界面VIEW、實時數(shù)據(jù)庫DB,、I / O 驅(qū)動程序以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件等,。
3. 1 軟件組成及功能
VRLA 在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件的主要功能如下：
（ 1） 實時顯示電池組總電壓,、充放電流,、電池剩余容量；
?。?2） 自動控制單電池電壓,、內(nèi)阻巡檢， 并實時顯示數(shù)值,；
?。?3） 顯示電池組總電壓和充放電流的實時趨勢曲線；
?。?4） 可查詢單片機電壓和內(nèi)阻歷史數(shù)據(jù)及報表,；
（ 5） 可設(shè)置電池組容量值和內(nèi)阻巡檢周期值,；
?。?6） 可手動啟動內(nèi)阻巡檢。
3. 2 軟件實現(xiàn)
主控界面如圖1 所示， 分別顯示電池組總電壓,、采樣電流,、剩余電量和累積電量， 也可以設(shè)置當(dāng)前電池組的電池額定容量,， 并預(yù)測剩余電量,。實時趨勢曲線體現(xiàn)充放電過程中總電壓與充放電流之間的相互關(guān)系。
圖1 系統(tǒng)主控界面圖
圖2 為單電池采樣界面,， 分別顯示18 節(jié)電池的單電池電壓值和內(nèi)阻值,。單電池電壓巡檢過程采用實時采樣方式， 采樣時間間隔為50 ms,。因為電池的內(nèi)阻在短時間內(nèi)變化較小,， 尤其在充電過程中， 因此,， 電池內(nèi)阻巡檢采用兩種方式： 周期采樣方式和手動采樣方式,。通過點擊 內(nèi)阻監(jiān)測 選項， 在內(nèi)阻參數(shù)設(shè)置中填寫采集周期時間,， 系統(tǒng)將按此設(shè)定值周期循環(huán)巡檢,， 或者點擊 立即采樣 按鈕實現(xiàn)手動巡檢。
通過內(nèi)阻的監(jiān)測可以對電池的性能進行可靠預(yù)測,，并通過組態(tài)軟件實現(xiàn)及時報警,， 以免出現(xiàn)事故。
3. 3部分程序設(shè)計
3. 3. 1單電池內(nèi)阻的定時采樣設(shè)計
內(nèi)阻是考核電池性能的一種相當(dāng)可靠的方法,， 通過電池內(nèi)阻可以預(yù)測其放電性能,。為了能夠有效地測量內(nèi)阻值， 采用計算機自動周期巡檢和手動巡檢相結(jié)合的方法,， 既可以實現(xiàn)巡檢的自動化,， 又可以根據(jù)用戶需要實時查看。具體程序如下：
圖2 單電池采樣界面圖
3. 3. 2剩余容量的預(yù)測計算
電池組剩余容量使監(jiān)測可以有效地實現(xiàn)電池管理,，及時對電池進行充電操作,， 提高電池組的使用壽命。
剩余容量計算采用連續(xù)系統(tǒng)離散化方法,， 對采樣周期離散處理后得：
由上式可知F（ t ） 為實際采樣后的累積量,， 近似為離散信號與采樣時間周期T 的乘積。
按此公式,， 剩余容量的計算程序如下：
4系統(tǒng)特點
針對VRLA 蓄電池組在EPS 系統(tǒng)中的需求,， 監(jiān)控軟件主要有以下幾個特點：
信息共享功能 系統(tǒng)服務(wù)器從各遠(yuǎn)程采集站收集當(dāng)前設(shè)備運行的實時數(shù)據(jù)， 同時將數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布,， 使各個職能部門能夠了解實時或歷史的相關(guān)數(shù)據(jù),， 實現(xiàn)信息的共享,。
強大的監(jiān)測功能 在顯示屏上以畫面、報表,、圖像的形式動態(tài)顯示VRLA 電池組的運行狀態(tài)和參數(shù),。顯示界面上可顯示當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)， 也可以顯示歷史數(shù)據(jù),，并通過顏色變化,、百分比等手段增強畫面的可視性。
數(shù)據(jù)管理功能 數(shù)據(jù)管理功能包括： 數(shù)據(jù)存檔功能（ 系統(tǒng)對其從各個現(xiàn)場采集的各種電壓和內(nèi)阻等信息數(shù)據(jù),， 按照其不同類型,、名稱、屬性,、時序等特征分類,， 建立必須的數(shù)據(jù)庫） ; 數(shù)據(jù)顯示功能（ 系統(tǒng)對采集到的各種數(shù)據(jù)， 可按照不同形式進行顯示,， 其顯示方式為數(shù)據(jù),、動畫、表格,、圖像,、曲線等， 并可以用顏色和符號表明數(shù)據(jù)的性質(zhì)） ; 數(shù)據(jù)處理功能（ 系統(tǒng)對存放在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),， 可進行最大值,、最小值、平均值等的運算處理,， 可根據(jù)需要生成各類報表,、趨勢曲線） ; 報表生成和打印功能（ 操作人員利用系統(tǒng)提供的實用程序,， 通過簡單的人機對話,， 可完成報表的設(shè)計， 并具有隨時打印的功能） ,。
遠(yuǎn)程控制功能 為了提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度,， 通過RS 485接口實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制VRLA 在線監(jiān)測的巡檢過程， 如手動巡檢單電池組內(nèi)阻等操作,。
5 結(jié) 語
通過本系統(tǒng)對VRLA 蓄電池組的在線監(jiān)測,， 克服了原來由人工檢查測量不準(zhǔn)確帶來的各種問題。本系統(tǒng)能夠有效把握V RLA 蓄電池組的工作狀態(tài),， 監(jiān)測蓄電池的后備使用狀況,。不僅能夠?qū)崟r在線監(jiān)測電池電壓和內(nèi)阻， 有效預(yù)測總電池組容量和單電池的性能,， 而且能夠通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互實現(xiàn)信息共享,， 提高了監(jiān)測效率,。本系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國家圖書館、首都機場等工程的EPS 系統(tǒng)中,。