引言
光伏發(fā)電技術(shù)是世界新能源的發(fā)展趨勢之一，它要求更講究系統(tǒng)效率,、更可靠,、也更經(jīng)濟。傳統(tǒng)意義上的監(jiān)控一般建立在近距離條件下,，即近距離監(jiān)控,，這種方式要求配備一定的維護人員進行，花費大量的人力,、物力和財力,，而且隨著電站規(guī)模的擴大，已經(jīng)越來越不能適應現(xiàn)代化經(jīng)濟的發(fā)展,，因此,，一種成本低、低功耗,、界面簡單容易操作,、具有配置通用性、方便實用的光伏電源" title="電源">電源監(jiān)控系統(tǒng)" title="監(jiān)控系統(tǒng)">監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行,。而這種實時監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應用,，也會在很大程度上促進國內(nèi)新能源技術(shù)的進一步研究，對于能源及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義,。
本文在研究虛擬儀器及相關(guān)通訊技術(shù)的基礎上,，運用LabView" title="LabView">LabView對光伏電源監(jiān)控界面的研發(fā)，最終形成一種基于LabVIEW的多功能監(jiān)控界面設計方案,。此監(jiān)控界面有處理數(shù)據(jù)類型多,、存儲數(shù)據(jù)量大、界面具備人性化等特點,。
1 光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)
光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)可分為以下模塊：光伏電源數(shù)據(jù)采集與控制（DSP28035 ） ,、數(shù)據(jù)處理（ MCUSTC12LE5A60S2）,、TFT觸摸屏液晶顯示、現(xiàn)場監(jiān)控（PC機）,、無線通訊（GSM TC35）,、后臺監(jiān)控（PC機）。光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示,。
圖1 光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)框圖
各模塊的作用如下：
光伏電源數(shù)據(jù)采集與控制模塊：通過霍爾傳感器實現(xiàn)對電壓,、電流的測量，利用DSP28035強大的數(shù)據(jù)處理功能,，先實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換,，然后將所得的量進行處理，對光伏電源系統(tǒng)輸出進行控制,，同時通過SPI將數(shù)據(jù)傳輸給MCU STC12LE5A60S2.
數(shù)據(jù)處理模塊：MCU將DSP傳輸過來的數(shù)據(jù)進行分類,、計算、存儲和數(shù)據(jù)傳輸,。該模塊將所需存儲的數(shù)據(jù)存儲在Flash里,，并作為DSP與上位機的中間橋梁，通過串口,、485和GSM實現(xiàn)TFT顯示,、現(xiàn)場監(jiān)控和后臺監(jiān)控。
TFT觸摸屏模塊：該模塊通過232與單片機通訊,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和對參數(shù)的設置,。
現(xiàn)場監(jiān)控模塊：該模塊可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示，同時可以采集60天單片機存儲的數(shù)據(jù),，以便用戶進行數(shù)據(jù)處理和觀察設備的運行情況,，另外用戶可以實現(xiàn)現(xiàn)場的參數(shù)設置。
無線通訊模塊：該模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸,，將數(shù)據(jù)傳送給后臺,。
后臺監(jiān)控模塊：該模塊為設計的主要部分，GSM傳輸來的數(shù)據(jù)通過串口給PC機,。該后臺監(jiān)控可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)控,、歷史數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設置,、數(shù)據(jù)顯示,、報警等功能。
2 相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)使用軟件
2.1 LabVIEW
LabVIEW是一種用圖標代替文本創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言,。被工業(yè)界,、學術(shù)界和研究實驗室所廣泛接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件,。
LabVIEW集成了與滿足GPIB,、VXI,、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。還內(nèi)置了便于應用TCP/IP,、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù),。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣,。
LabVIEW是一個面向最終用戶的工具,。它可以增強你構(gòu)建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑,。使用它進行原理研究,、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時,，可以大大提高工作效率,。
利用LabVIEW,可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件,，它是一個真正的32位/64位編譯器,。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows,、UNIX,、Linux、Macintosh的多種版本,。2.2 GSM
GSM模塊,，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片,、存儲器,、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng),、GSM射頻處理,、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。因此,，GSM模塊具有發(fā)送SMS短信,，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡進行通信的所有基本功能,。
簡單來講,，GSM模塊加上鍵盤、顯示屏和電池,，就是一部手機,。
本設計采用的是Siemeils公司的TC35,該模塊是Siemeils公司推出的新一代無線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口,，可以方便地與PC機,、單片機連機通訊,。
可以快速、安全,、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù),、語音傳輸、短消息服務和傳真,。
2.3 Access 2003
Access 2003是微軟公司Microsoft Office 2003產(chǎn)品組件之一,，是一個功能強大的數(shù)據(jù)庫管理工具，是在Windows 2000或Windows XP環(huán)境下運行的一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),。其交互性很好,，用戶不用編程就能夠創(chuàng)建整個數(shù)據(jù)庫，其中還包含用于開發(fā)高級數(shù)據(jù)庫的程序設計語言Access Basic.其主要特點如下：1）存儲方式多樣,；2）面向?qū)ο螅?）界面友好,、易操作；4）集成環(huán)境,、處理多種數(shù)據(jù)信息,；5）支持ODBC（開發(fā)數(shù)據(jù)庫互連，Open Data Base Connectivity）,。
3 基于LabVIEW的光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)
3.1 功能需求
目的是在上位機實現(xiàn)系統(tǒng)的各種監(jiān)控功能,。從現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)，經(jīng)上位機分析整理后,，一方面以圖表等形式實時顯示,，供工作人員查看；另一方面保存到數(shù)據(jù)庫中,，作為歷史記錄,，便于以后查詢調(diào)用。上位機監(jiān)控具有"可見即可得"的操作界面,，并且集成了報警處理,、用戶權(quán)限管理等在工業(yè)中非常實用的功能模塊。
3.2 現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)設計
3.2.1 現(xiàn)場監(jiān)控界面設計
現(xiàn)場監(jiān)控界面是為用戶隨時觀察現(xiàn)場工作情況和采集歷史數(shù)據(jù)所設計的,，因此該界面上包括運行狀態(tài)查詢,、系統(tǒng)電量查詢與電池儲能查詢、發(fā)電時間統(tǒng)計和日志以及趨勢圖,，用戶可以根據(jù)自己的需要點擊相應的模塊進入相應界面,，設置部分界面如圖2、3所示,。
圖2 運行狀態(tài)查詢
圖3 設置界面
3.2.2 現(xiàn)場監(jiān)控程序設計
為了適應用戶操作,，程序部分采用了LabVIEW中的幾種比較典型的結(jié)構(gòu)--循環(huán)結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu),、順序結(jié)構(gòu),、條件結(jié)構(gòu),。該現(xiàn)場監(jiān)控的程序由以下幾部分組成：
倒推日期模塊、獲取當前系統(tǒng)時間模塊,、超時模塊,、設置模塊、提取系統(tǒng)電量模塊,、提取電池儲能模塊,、導入歷史數(shù)據(jù)模塊。
3.3 后臺監(jiān)控系統(tǒng)設計
3.3.1 后臺監(jiān)控界面設計
后臺監(jiān)控的功能是用戶通過該后臺對現(xiàn)場設備進行遠程監(jiān)視和控制,。由于后臺監(jiān)控和現(xiàn)場監(jiān)控的功能存在差異,，因此在界面設計的側(cè)重點上有所差異，該后臺監(jiān)控界面主要包括以下功能：查詢當前系統(tǒng)運行狀態(tài),；查詢系統(tǒng)的發(fā)電量和用電量（表格和直方圖形式顯示）,；查詢電池的充電量和放電量（表格和直方圖形式顯示）；查詢發(fā)電時間統(tǒng)計,；查詢故障數(shù)據(jù)（欠壓,、過載、過熱,、過壓,、控制啟動、電池過放,、電池過充、負載過壓,、負載過載,、負載端路、預警啟動）,；查詢歷史數(shù)據(jù)（發(fā)電量,、用電量、充電量,、放電量）,、日志（控制啟動、電池過放,、電池過充,、負載過壓、負載過載,、負載端路,、預警啟動、輸出最高,、輸出最低,、最近3月內(nèi)各月最大日放電量）,、參數(shù)設置（密碼可以修改），設置部分界面如圖4,、5所示,。
圖4 參數(shù)初始化
圖5 發(fā)電時間統(tǒng)計3.3.2 后臺監(jiān)控程序設計
現(xiàn)場監(jiān)控采用的是485通訊，而后臺則是采用GSM無線傳輸模塊,，因此在設計后臺監(jiān)控程序時就必須采用一種適合GSM通訊的機制,。因此在后臺監(jiān)控中，報警接收是程序運行的默認狀態(tài),，當用戶進行操作或系統(tǒng)的判斷為真時才執(zhí)行操作,，這樣就大大減少數(shù)據(jù)量的傳輸，降低程序的運行成本,。當然二者都運用了事件結(jié)構(gòu)作為主結(jié)構(gòu),，這是用戶操作觸發(fā)程序運行比較理想的函數(shù)結(jié)構(gòu)。
為了實現(xiàn)這一功能,，在后臺監(jiān)控程序設計中包含了以下模塊：參量初始化,、GSM模塊初始化、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫,、手機號發(fā)送模塊,、通知器模塊、超時模塊,、數(shù)據(jù)接收模塊,、設置模塊、日志模塊,、查看統(tǒng)計模塊等,。
4 實測結(jié)果與結(jié)論
4.1 實測結(jié)果
本光伏電源監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)研制完成并經(jīng)長期運行，效果良好,，驗證了設計的正確性,。部分實測結(jié)果如圖6、7所示,。
圖6 趨勢圖
圖7 電量直方圖顯示
5 結(jié)論
本文基于LabVIEW設計了一套光伏電源監(jiān)控系統(tǒng),，對現(xiàn)場設備的各項運行狀態(tài)、各電路參數(shù),、已經(jīng)運行時間進行詳細的檢測記錄,，并通過PC機的界面實時顯示出來，通過Access數(shù)據(jù)庫對歷史數(shù)據(jù)做好存儲,，在實際調(diào)試中也獲得了良好的效果,。在新能源技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，這種實時監(jiān)控系統(tǒng)將會有更廣闊的應用前景，也會在很大程度上促進國內(nèi)新能源監(jiān)控技術(shù)的進一步研究,，對于綠色環(huán)?？稍偕履茉搭I域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有很重要的的意義。