?引言

　　光伏發電技術是世界新能源的發展趨勢之一，它要求更講究系統效率、更可靠、也更經濟。傳統意義上的監控一般建立在近距離條件下，即近距離監控，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，而且隨著電站規模的擴大，已經越來越不能適應現代化經濟的發展，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監控系統勢在必行。而這種實時監控系統的廣泛應用，也會在很大程度上促進國內新能源技術的進一步研究，對于能源及相關工業的發展具有非常重要的意義。

　　本文在研究虛擬儀器及相關通訊技術的基礎上，運用LabView對光伏電源監控界面的研發，最終形成一種基于LabVIEW的多功能監控界面設計方案。此監控界面有處理數據類型多、存儲數據量大、界面具備人性化等特點。

　　1 光伏電源監控系統

　　光伏電源監控系統可分為以下模塊：光伏電源數據采集與控制（DSP28035 ） 、數據處理（ MCUSTC12LE5A60S2）、TFT觸摸屏液晶顯示、現場監控（PC機）、無線通訊（GSM TC35）、后臺監控（PC機）。光伏電源監控系統如圖1所示。

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圖1 光伏電源監控系統框圖

　　各模塊的作用如下：

　　光伏電源數據采集與控制模塊：通過霍爾傳感器實現對電壓、電流的測量，利用DSP28035強大的數據處理功能，先實現A/D轉換，然后將所得的量進行處理，對光伏電源系統輸出進行控制，同時通過SPI將數據傳輸給MCU STC12LE5A60S2.

　　數據處理模塊：MCU將DSP傳輸過來的數據進行分類、計算、存儲和數據傳輸。該模塊將所需存儲的數據存儲在Flash里，并作為DSP與上位機的中間橋梁，通過串口、485和GSM實現TFT顯示、現場監控和后臺監控。

　　TFT觸摸屏模塊：該模塊通過232與單片機通訊，實現數據的實時顯示和對參數的設置。

　　現場監控模塊：該模塊可實現現場數據的實時顯示，同時可以采集60天單片機存儲的數據，以便用戶進行數據處理和觀察設備的運行情況，另外用戶可以實現現場的參數設置。

　　無線通訊模塊：該模塊主要實現數據的遠程無線傳輸，將數據傳送給后臺。

　　后臺監控模塊：該模塊為設計的主要部分，GSM傳輸來的數據通過串口給PC機。該后臺監控可以實現實時數據監控、歷史數據存儲、參數設置、數據顯示、報警等功能。

　　2 相關監控系統使用軟件

　　2.1 LabVIEW

　　LabVIEW是一種用圖標代替文本創建應用程序的圖形化編程語言。被工業界、學術界和研究實驗室所廣泛接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。

　　LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。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。它可以增強你構建自己的科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統時，可以大大提高工作效率。

　　利用LabVIEW,可產生獨立運行的可執行文件，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、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。因此，GSM模塊具有發送SMS短信，語音通話，GPRS數據傳輸等基于GSM網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、可靠地實現系統方案中的數據、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產品組件之一，是一個功能強大的數據庫管理工具，是在Windows 2000或Windows XP環境下運行的一種關系數據庫管理系統。其交互性很好，用戶不用編程就能夠創建整個數據庫，其中還包含用于開發高級數據庫的程序設計語言Access Basic.其主要特點如下：1）存儲方式多樣；2）面向對象；3）界面友好、易操作；4）集成環境、處理多種數據信息；5）支持ODBC（開發數據庫互連，Open Data Base Connectivity）。

　　3 基于LabVIEW的光伏電源監控系統

　　3.1 功能需求

　　目的是在上位機實現系統的各種監控功能。從現場傳來的數據，經上位機分析整理后，一方面以圖表等形式實時顯示，供工作人員查看；另一方面保存到數據庫中，作為歷史記錄，便于以后查詢調用。上位機監控具有"可見即可得"的操作界面，并且集成了報警處理、用戶權限管理等在工業中非常實用的功能模塊。

　　3.2 現場監控系統設計

　　3.2.1 現場監控界面設計

　　現場監控界面是為用戶隨時觀察現場工作情況和采集歷史數據所設計的，因此該界面上包括運行狀態查詢、系統電量查詢與電池儲能查詢、發電時間統計和日志以及趨勢圖，用戶可以根據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。

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圖2 運行狀態查詢

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圖3 設置界面

　3.2.2 現場監控程序設計

　　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構--循環結構、事件結構、順序結構、條件結構。該現場監控的程序由以下幾部分組成：

　　倒推日期模塊、獲取當前系統時間模塊、超時模塊、設置模塊、提取系統電量模塊、提取電池儲能模塊、導入歷史數據模塊。

　　3.3 后臺監控系統設計

　　3.3.1 后臺監控界面設計

　　后臺監控的功能是用戶通過該后臺對現場設備進行遠程監視和控制。由于后臺監控和現場監控的功能存在差異，因此在界面設計的側重點上有所差異，該后臺監控界面主要包括以下功能：查詢當前系統運行狀態；查詢系統的發電量和用電量（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）；查詢發電時間統計；查詢故障數據（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）；查詢歷史數據（發電量、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月內各月最大日放電量）、參數設置（密碼可以修改），設置部分界面如圖4、5所示。

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圖4 參數初始化

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圖5 發電時間統計

　3.3.2 后臺監控程序設計

　　現場監控采用的是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。因此在后臺監控中，報警接收是程序運行的默認狀態，當用戶進行操作或系統的判斷為真時才執行操作，這樣就大大減少數據量的傳輸，降低程序的運行成本。當然二者都運用了事件結構作為主結構，這是用戶操作觸發程序運行比較理想的函數結構。

　　為了實現這一功能，在后臺監控程序設計中包含了以下模塊：參量初始化、GSM模塊初始化、創建數據庫、手機號發送模塊、通知器模塊、超時模塊、數據接收模塊、設置模塊、日志模塊、查看統計模塊等。

　　4 實測結果與結論

　　4.1 實測結果

　　本光伏電源監控系統已經研制完成并經長期運行，效果良好，驗證了設計的正確性。部分實測結果如圖6、7所示。

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圖6 趨勢圖

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圖7 電量直方圖顯示

　　5 結論

　　本文基于LabVIEW設計了一套光伏電源監控系統，對現場設備的各項運行狀態、各電路參數、已經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數據庫對歷史數據做好存儲，在實際調試中也獲得了良好的效果。在新能源技術快速發展的環境下，這種實時監控系統將會有更廣闊的應用前景，也會在很大程度上促進國內新能源監控技術的進一步研究，對于綠色環保可再生新能源領域的相關產業化發展具有很重要的的意義。

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