胥禎浩+張哲+方澤豪+成新民

摘要：在工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)中，設(shè)備電源難以得到實時有效的監(jiān)測，并且不能實現(xiàn)在遠(yuǎn)距離控制啟停。設(shè)計了一個基于Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)設(shè)備電源遠(yuǎn)程管理的系統(tǒng)。系統(tǒng)以Labview作為人機(jī)交互端。Zigbee組網(wǎng)技術(shù)為核心來進(jìn)行終端節(jié)點工業(yè)開關(guān)的監(jiān)測，并對Zigbee通信模塊之間的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行控制，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備電源遠(yuǎn)程管理的功能。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)備電源；人機(jī)交互；遠(yuǎn)程管理；無線組網(wǎng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0174-02

1 引言

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工序很多，各道生產(chǎn)工序有不同的生產(chǎn)車間，而生產(chǎn)設(shè)備安裝在各個車間?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備目前都有遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能[1]，集中控制室距離各個車間較遠(yuǎn)，且生產(chǎn)車間位置分散，設(shè)備電源的開啟和緊急切斷需要人工到現(xiàn)場操作，帶來了很多不便，特別是緊急情況下，需要遠(yuǎn)程及時了解生產(chǎn)設(shè)備的供電信息且能夠及時進(jìn)行開關(guān)動作，這需要對生產(chǎn)設(shè)備的電源進(jìn)行集中管理。本文應(yīng)用無線組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了一個工業(yè)設(shè)備電源遠(yuǎn)程管理的系統(tǒng)，有效管理各個生產(chǎn)車間主要設(shè)備的控制柜電源，實現(xiàn)設(shè)備控制柜電源的遠(yuǎn)程操控。

2 設(shè)備控制柜電源遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

自主設(shè)計了工業(yè)設(shè)備電源遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，由安裝在上位機(jī)上的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制電路模塊，檢測電路模塊，無線收發(fā)電路模塊、現(xiàn)場控制電路組成的設(shè)備控制柜電源遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控管理技術(shù)[2]，構(gòu)建工業(yè)設(shè)備電控柜實時監(jiān)控系統(tǒng)，動態(tài)掌握工業(yè)設(shè)備電控柜電源開關(guān)情況，值班人員只需在中控室，就能了解各個設(shè)備電控柜電源的開關(guān)狀態(tài)和設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備電源故障發(fā)生時可以通過顯示狀態(tài)和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行控制柜電源故障分析[3]，最大限度提高工作人員的工作效率。整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.2 電路通斷檢測電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用電壓互感器判斷電路的開斷情況，當(dāng)電路左端有電流流過時，電路的右端會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們將該感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電壓量，并利用整流橋整流，電容濾波后，輸出一個直流電壓給芯片中的AD檢測模塊檢測，就可以知道當(dāng)前電路是否工作。而且由于電壓互感器檢測和工作電路兩端沒有直接連接，因此該模塊非常的安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)。電流通斷檢測電路如圖2。

我們采用三極管控制繼電器的方法實現(xiàn)開關(guān)的控制，繼電器的開閉可以控制整個工作電路導(dǎo)通與截止，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程打開和停止工作電路這一功能。在主控電路板上，工作電路與繼電器相連。三極管是常用的電路參數(shù)放大器件，在該電路中作為開關(guān)放大使用，因為微處理器的GPIO口的負(fù)載能力太低，其輸出電流并不能滿足直接用來驅(qū)動繼電器。而采用了二極管是利用了二極管的單向?qū)ㄐ裕捎诶^電器是一個感性元件，二極管可以防止電路失電時繼電器逆向的電流對電路造成損害。電路通斷模塊如圖3。

2.3 Zigbee無線收發(fā)模塊

Zigbee無線模塊使用Texas Instruments公司的CC2530芯片開發(fā)而成。Zigbee無線模塊遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，有低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點的特點。它具有接受和發(fā)送兩種模式。

Zigbee發(fā)送模塊與上位機(jī)相連。上位機(jī)通過串口發(fā)送指令給發(fā)送模塊，經(jīng)過模塊處理，直接發(fā)送給相應(yīng)的接收模塊。發(fā)送模塊還會根據(jù)接受部分傳回的數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機(jī)。Zigbee發(fā)送模塊的工作流程圖如圖4所示。

Zigbee接收模塊收到發(fā)送過來的指令后，實現(xiàn)特定的功能，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的控制。實時監(jiān)測設(shè)備的電壓，當(dāng)電壓值發(fā)生變化時，把數(shù)據(jù)傳給發(fā)送模塊。Zigbee接收模塊的工作流程圖如圖5所示。

3 設(shè)備電源遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測和控制管理系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)監(jiān)測與控制部分上位機(jī)軟件采用LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境[4]，作為一種常用的一種上位機(jī)開發(fā)軟件，其本身就具有完備的函數(shù)庫，幾乎包括了所有開發(fā)所需要的函數(shù)，例如數(shù)據(jù)采集、數(shù)字通信、信號處理等一些常用于開發(fā)的函數(shù)庫。本系統(tǒng)通過串口的VISA配置來實現(xiàn)ZigBee主節(jié)點與上位機(jī)的通信，用戶可以通過上位機(jī)來直接監(jiān)測到廠房中各臺電源的狀態(tài)，同時也可以通過上位機(jī)主動地控制各臺電源的狀態(tài)，以防止發(fā)生特殊的危險情況。

系統(tǒng)主界面主要由三個開關(guān)和指示燈，一個總電源開關(guān)，串口選擇鍵，波特率選擇鍵組成。上位機(jī)界面如圖6所示。

上位機(jī)主要通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與接收，LabVIEW主程序框圖如圖7所示。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一具有低成本、低功率的工業(yè)電源無線控制系統(tǒng)。使用該控制系統(tǒng)時，終端實時返回用電器的開關(guān)狀態(tài)至上位機(jī)的人機(jī)界面。工作人員可以在上位機(jī)端操作，通過無線發(fā)送遠(yuǎn)程控制繼電器信號，從而控制工業(yè)用電器電控柜。同時，這個系統(tǒng)對用電器的電壓進(jìn)行了實時監(jiān)測，可把電壓值通過無線實時返回上位機(jī)，還能在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行備份。

該工業(yè)設(shè)備電源遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)電路簡單，性能較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，搭建方便，易于擴(kuò)展；在室外開闊地帶通信距離可以達(dá)到300米。因此本系統(tǒng)在對工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程采集監(jiān)測和管理是較為成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]彭燕基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J]現(xiàn)代電子技術(shù)2011，34（5）：49-51.

[2]毛鵬軍，姜水，王俊，張伏，邱兆美.基ZigBee技術(shù)的溫室環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報2015，36（1）：102-106.

[3]趙明.基于ZigBee的無線樓宇火災(zāi)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[D].華中科技大學(xué)，2008.

[4]段培永，劉桂云，段晨旭，等基于LabVIEW和CAN總線的吸收式制冷機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用.2015，24（4）：103-107.endprint