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(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，并且不能實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)距離控制啟停。設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Zigbee無(wú)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(lái)進(jìn)行終端節(jié)點(diǎn)工業(yè)開(kāi)關(guān)的監(jiān)測(cè)，并對(duì)Zigbee通信模塊之間的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行控制，實(shí)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(wú)線組網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(gè)車間。考慮到工業(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(gè)車間較遠(yuǎn)，且生產(chǎn)車間位置分散，設(shè)備電源的開(kāi)啟和緊急切斷需要人工到現(xiàn)場(chǎng)操作，帶來(lái)了很多不便，特別是緊急情況下，需要遠(yuǎn)程及時(shí)了解生產(chǎn)設(shè)備的供電信息且能夠及時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，這需要對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的電源進(jìn)行集中管理。本文應(yīng)用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)工業(yè)設(shè)備電源遠(yuǎn)程管理的系統(tǒng)，有效管理各個(gè)生產(chǎn)車間主要設(shè)備的控制柜電源，實(shí)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(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

自主設(shè)計(jì)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(cè)電路模塊，無(wú)線收發(fā)電路模塊、現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)掌握工業(yè)設(shè)備電控柜電源開(kāi)關(guān)情況，值班人員只需在中控室，就能了解各個(gè)設(shè)備電控柜電源的開(kāi)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(shí)可以通過(guò)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(gè)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(cè)電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用電壓互感器判斷電路的開(kāi)斷情況，當(dāng)電路左端有電流流過(guò)時(shí)，電路的右端會(huì)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(gè)直流電壓給芯片中的AD檢測(cè)模塊檢測(cè)，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(cè)和工作電路兩端沒(méi)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(cè)電路如圖2。

我們采用三極管控制繼電器的方法實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的控制，繼電器的開(kāi)閉可以控制整個(gè)工作電路導(dǎo)通與截止，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程打開(kāi)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(kāi)關(guān)放大使用，因?yàn)槲⑻幚砥鞯腉PIO口的負(fù)載能力太低，其輸出電流并不能滿足直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)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(gè)感性元件，二極管可以防止電路失電時(shí)繼電器逆向的電流對(duì)電路造成損害。電路通斷模塊如圖3。

2.3 Zigbee無(wú)線收發(fā)模塊

Zigbee無(wú)線模塊使用Texas Instruments公司的CC2530芯片開(kāi)發(fā)而成。Zigbee無(wú)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(diǎn)的特點(diǎn)。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(guò)串口發(fā)送指令給發(fā)送模塊，經(jīng)過(guò)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(huì)根據(jù)接受部分傳回的數(shù)據(jù)通過(guò)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(guò)來(lái)的指令后，實(shí)現(xiàn)特定的功能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的控制。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓，當(dāng)電壓值發(fā)生變化時(shí)，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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制部分上位機(jī)軟件采用LabVIEW作為開(kāi)發(fā)環(huán)境[4]，作為一種常用的一種上位機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，其本身就具有完備的函數(shù)庫(kù)，幾乎包括了所有開(kāi)發(fā)所需要的函數(shù)，例如數(shù)據(jù)采集、數(shù)字通信、信號(hào)處理等一些常用于開(kāi)發(fā)的函數(shù)庫(kù)。本系統(tǒng)通過(guò)串口的VISA配置來(lái)實(shí)現(xiàn)ZigBee主節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的通信，用戶可以通過(guò)上位機(jī)來(lái)直接監(jiān)測(cè)到廠房中各臺(tái)電源的狀態(tài)，同時(shí)也可以通過(guò)上位機(jī)主動(dòng)地控制各臺(tái)電源的狀態(tài)，以防止發(fā)生特殊的危險(xiǎn)情況。

系統(tǒng)主界面主要由三個(gè)開(kāi)關(guān)和指示燈，一個(gè)總電源開(kāi)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(guò)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(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一具有低成本、低功率的工業(yè)電源無(wú)線控制系統(tǒng)。使用該控制系統(tǒng)時(shí)，終端實(shí)時(shí)返回用電器的開(kāi)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(guò)無(wú)線發(fā)送遠(yuǎn)程控制繼電器信號(hào)，從而控制工業(yè)用電器電控柜。同時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)用電器的電壓進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可把電壓值通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)返回上位機(jī)，還能在數(shù)據(jù)庫(kù)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(jiǎn)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(kāi)闊地帶通信距離可以達(dá)到300米。因此本系統(tǒng)在對(duì)工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程采集監(jiān)測(cè)和管理是較為成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]彭燕基于ZigBee的無(wú)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(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2015，36（1）：102-106.

[3]趙明.基于ZigBee的無(wú)線樓宇火災(zāi)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[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(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用.2015，24（4）：103-107.endprint