魯衛(wèi)濤，張海霞，陳 娜

（1.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正達裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

鋼筋加工機械電能消耗測試系統(tǒng)的研究設計

魯衛(wèi)濤1，張海霞2，陳 娜2

（1.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正達裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

鋼筋加工機械是建筑工地及鋼筋加工廠不可或缺的建筑機械設備，其主要能源消耗就是電能。作為一種高能耗設備，鋼筋加工機械的能耗指標引起行業(yè)內(nèi)關注，國家“十二五”規(guī)劃對建筑業(yè)及相關機械設備的節(jié)能減排也提出了較高的要求。通過檢測鋼筋加工機械電能消耗量，評價能效指標，有益于提高機械設備在節(jié)能技術上的不斷改進和創(chuàng)新。

本文介紹了一種利用智能儀表及上位機軟件程序的電耗測試系統(tǒng)。系統(tǒng)利用高精度多功能電參數(shù)儀表，同時配合使用Modbus協(xié)議通信器件，并采用基于C#程序語言的上位機軟件構成，從而實現(xiàn)對鋼筋加工機械能耗參數(shù)的測試和實時監(jiān)測，對鋼筋機械能效評價指標提供了依據(jù)。

1 能耗測試方法

本系統(tǒng)選擇接線點在鋼筋加工機械的控制箱電源線輸入端，測量示意圖如圖1所示。接線方式為帶互感器的三相四線法。

圖1 電能消耗測量示意圖（以鋼筋調(diào)直切斷機為例）

系統(tǒng)所用儀表為全電量多功能電力儀表，可用于測量單相/三相功率、電度、電壓、電流等。配有RS485/RS232通信，MODBUS RTU協(xié)議，能直接與計算機相連接。

試驗時應連續(xù)生產(chǎn)規(guī)定長度和規(guī)定數(shù)量的鋼筋，一個生產(chǎn)周期加工結束后設備停機，記錄一個生產(chǎn)周期的加工用時間T（s）、電表電量增加值W（kWh）、加工鋼筋的質(zhì)量M（kg）。分別計算3個試驗周期電能消耗率G（G=3.6W/T）、加工效率Q（Q=3.6M/T）和電耗效率E（E=Q/G）。

2 基于Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通訊，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準［1］。

本系統(tǒng)使用的多功能電參數(shù)儀表配置有RS232通信模塊，MODBUS RTU協(xié)議，直接與PLC或計算機相連接。上位機軟件發(fā)送查詢信息，電參數(shù)儀表通過協(xié)議根據(jù)查詢指令返回對應的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了相互間的實時通信。

電參數(shù)儀表的Modbus RTU通信參數(shù)如表1所示。代碼系統(tǒng)是由8位二進制數(shù)組成，在傳輸過程中數(shù)據(jù)共包含1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。

表1 電參數(shù)儀表的Modbus通信參數(shù)

儀表Modbus通信協(xié)議的查詢命令幀有8個字節(jié)包括地址碼、功能碼、寄存器地址、寄存器個數(shù)和CRC校驗碼。儀表返回幀有9個字節(jié)，包括地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)長度、電參數(shù)數(shù)據(jù)及CRC校驗碼，如表2和表3所示。

表2 查詢命令格式

表3 返回信息格式

3 上位機軟件的設計

本系統(tǒng)上位機軟件主要通過C#的SerialPort類實現(xiàn)與電參數(shù)儀表之間的串口通信，通過改變SerialPort類的方法和屬性可實現(xiàn)串口的打開和關閉，并實現(xiàn)對串口的波特率等屬性的設置。SerialPort類的Write方法將查詢命令寫入串行端口輸出緩沖區(qū)，使用 Read方法從SerialPort輸入緩沖區(qū)中讀取儀表返回的數(shù)值。

3.1 程序初始化設置

軟件提供串口的選擇，啟動程序后自動檢測當前計算機的所有串口，程序首先選擇正確的COM端口，判斷端口正常后進入主界面（圖2）。

圖2 程序初始化流程

3.2 主程序設計

主程序基本操作包括開始、停止操作及清零操作，狀態(tài)顯示包括計時顯示和電度值實時更新顯示，功率曲線區(qū)域繪制功率的實施變化曲線。

測試程序流程圖如圖3所示。點擊開始試驗，程序發(fā)送清零指令清空電表總電度值，同時開始以每秒5次讀取電表數(shù)據(jù)，同時開始計時。點擊停止試驗，計時器停止計時并顯示試驗用時，精確到毫秒。同時停止讀取電度值和功率值，總電度值和功率曲線顯示停止測試時的狀態(tài)。

圖3 測試程序流程圖

4 結 語

本電耗測試系統(tǒng)實現(xiàn)的電度參數(shù)的實時采集，可在RS-232總線上對鋼筋加工設備進行遠距離測試。系統(tǒng)運用軟件的及時同步功能省去了人工秒表計時的操作，減小了因手動同步操作引起的誤差，增加了測試數(shù)據(jù)的準確性和有效性。經(jīng)過多次實際現(xiàn)場測試，本文所介紹的測試系統(tǒng)上位機軟件運行良好、操作簡便，較好地滿足鋼筋加工機械能耗測試的要求。另外，本系統(tǒng)研究內(nèi)容在其他用電設備能耗測試等方面具有一定的實用價值。

［1］潘洪躍.基于MODBUS協(xié)議通信的設計與實現(xiàn)［J］.計量技術，2002（4）：35-36.

［2］李江全.Visual C#.NET串口通信及測控應用典型實例［M］.北京：電子工業(yè)出版社， 2012.

（編輯 吳學松）

Research and design of steel bar processing machinery power consumption test system

LU Wei-tao， ZHANG Hai-xia， CHEN Na

國家“十二五”科技支撐計劃項目“綠色建造與施工協(xié)同關鍵技術研究與示范”（2012BAJ03B01）

TU64+9

B

1001-1366（2015）08-0059-02

2015-06-15