包天悅,劉素娟

摘 要：在后備直流電源的使用中，閥控鉛酸蓄電池被廣泛的應用。但在具體使用中由于缺乏必要的監(jiān)測手段，同時日常監(jiān)測又不具備準確的監(jiān)測方法，所以直流電源中常由于電池問題引發(fā)事故。設計一種有效的蓄電池在線監(jiān)測方案，通過力控組態(tài)軟件準確掌握蓄電池電壓、內阻和剩余電量等參數(shù)，實現(xiàn)了鉛酸蓄電池組監(jiān)測和性能預測的自動化。

關鍵詞：鉛酸蓄電池； 在線監(jiān)測； 計算機； 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TN87-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)09-0133-03

Forcecontrol-based On-line Monitoring System for VRLA Battery

BAO Tian-yue,LIU Su-juan

(Qinhuangdao Branch of Northeast Petroleum University,Qinhuangdao 066004,China)

Abstract： VRLA battery as stand-by power has been widely used in many power-supply systems. The accidents usually happened due to the battery in the DC power supply because of lacking necessary monitoring tools and without accurate monitoring method in daily monitoring. An effective battery on-line monitoring program is designed,the battery voltage,resistance and other parameters can be controlled by forcecontrol software for realizing accurate monitoring and performance prediction of VRLA battery.

Keywords： VRLA; on-line monitoring; computer; data acquisition

0 引 言

目前，電能存儲和使用主要靠蓄電池完成，而閥控鉛酸蓄電池(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［1］。但是由于各種原因時常會出現(xiàn)蓄電池使用壽命遠遠低于額定時間的情況，甚至出現(xiàn)直流電源事故［2-4］。

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合起來，構成一個便捷、智能型自動監(jiān)測網絡［5］，實現(xiàn)對VRLA蓄電池組及其單節(jié)電池電壓和內阻進行實時檢測，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、內阻采集模塊和組態(tài)軟件組成實時數(shù)據(jù)采集網絡系統(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)的運行管理設計的，用于在線監(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、單電池電壓和內阻，通過計算機網絡提供現(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)控管理服務器構成。

現(xiàn)場監(jiān)測機組可由多臺計算機構成分布式采集網絡，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)控管理服務器通過計算機網絡完成對各現(xiàn)場監(jiān)控機的數(shù)據(jù)集中存儲、管理和數(shù)據(jù)網絡發(fā)布。各類結構(C/S或B/S結構)終端客戶可以通過網絡訪問和查詢數(shù)據(jù)。

3 軟件設計

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，其預設置的關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的各種計算機和硬件設備與高可靠性的工控計算機和網絡系統(tǒng)結合［6-8］?？上蛘麄€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Windows 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驅動程序以及各種網絡服務組件等［9］。

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阻歷史數(shù)據(jù)及報表；

(5) 可設置電池組容量值和內阻巡檢周期值；

(6) 可手動啟動內阻巡檢。

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，也可以設置當前電池組的電池額定容量，并預測剩余電量。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。因為電池的內阻在短時間內變化較小，尤其在充電過程中，因此，電池內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“內阻監(jiān)測”選項，在內阻參數(shù)設置中填寫采集周期時間，系統(tǒng)將按此設定值周期循環(huán)巡檢，或者點擊“立即采樣”按鈕實現(xiàn)手動巡檢。

通過內阻的監(jiān)測可以對電池的性能進行可靠預測，并通過組態(tài)軟件實現(xiàn)及時報警，以免出現(xiàn)事故。

3.3 部分程序設計

3.3.1 單電池內阻的定時采樣設計

內阻是考核電池性能的一種相當可靠的方法，通過電池內阻可以預測其放電性能。為了能夠有效地測量內阻值,采用計算機自動周期巡檢和手動巡檢相結合的方法，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：

IF ResisDFlag==1 THEN //判斷是否進入手動狀態(tài)

IF DelayTimeForRDetect>0 THEN //對查詢時間周期進行監(jiān)控

DelayTimeForRDetect=DelayTimeForRDetect-1;

#ResistanceDetectSet.#Text20.Text=″內阻巡檢中…″;

strPrecentage=IntToStr((120-DelayTimeForRDetect)*100/120,10);

#ResistanceDetectSet.#Text23.Text=strPrecentage+″%″;

ELSE

ResisDFlag=0;

…

HideWindow(″ResistanceDetectSet″);

ENDIF

ENDIF

圖2 單電池采樣界面圖

3.3.2 剩余容量的預測計算

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［10］。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：

F(t)=∫∞0f(t)dt ≈f(t)∑∞k=0δ(t－kT)?T

由上式可知F(t)為實際采樣后的累積量，近似為離散信號f(t)∑∞k=0δ(t－kT)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：

IF TotleDC_C.pv<-0.7 && TotleDC_C.pv>0.7 THEN //判斷電流是否零點漂移

IF Accumulation_E < Capacity_Battery THEN

Accumulation_E=Accumulation_E-TotleDC_C.pv/3600;//充放電量累積計算

ELSE

Accumulation_E=Accumulation_E;

ENDIF

ENDIF

Last_E=Accumulation_E*100/Capacity_Battery; //顯示剩余電量百分比

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)服務器從各遠程采集站收集當前設備運行的實時數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)通過局域網或廣域網在網絡中發(fā)布，使各個職能部門能夠了解實時或歷史的相關數(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)；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，可完成報表的設計，并具有隨時打印的功能)。

遠程控制功能 為了提高系統(tǒng)的反應速度，通過RS 485接口實現(xiàn)遠程控制VRLA在線監(jiān)測的巡檢過程，如手動巡檢單電池組內阻等操作。

5 結 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確帶來的各種問題。本系統(tǒng)能夠有效把握VRLA蓄電池組的工作狀態(tài)，監(jiān)測蓄電池的后備使用狀況。不僅能夠實時在線監(jiān)測電池電壓和內阻，有效預測總電池組容量和單電池的性能，而且能夠通過數(shù)據(jù)網絡交互實現(xiàn)信息共享，提高了監(jiān)測效率。本系統(tǒng)已經廣泛應用于國家圖書館、首都機場等工程的EPS系統(tǒng)中。

參考文獻

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文