通讯管理机在分布式光伏电站监控数据中的应用
- 来源:
- 安科瑞电气股份有限公司
- 日期:
- 2023年8月30日
1系统硬件设计
分布式光伏电站数据通讯管理机的系统硬件基于SAM9X25嵌入式微处理器设计，通过RS485／232串口对逆变器、气象环境监测仪、汇流箱、电表等终端设备的实时数据进行采集并解析处理，通过GPRS／以太网与服务器相连，将数据传输至远程数据中心．管理员通过登录WEB界面实现对光伏数据管理机的配置管理。用户在WEB终端或移动终端通过登录可以查看电站实时运行情况和实时历史数据。其硬件结构如图1
图1通讯管理机的硬件结构图
1．1串口电路
通讯管理机采用UART(UniversalAsyn-chronousReceiverTransmitter)和USART(Uni-versalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)接口转RS-485/RS-422串口的方式进行远程数据采集，图2为该串口电路结构图。
图2串口电路结构图
串口数据传输采用平衡发送和差分接收的方式．ARM芯片的UART接口和USART接口与四通道隔离器ADUM1400相连，将数据传输信号和收发器的控制信号分隔，支持多种通道配置和数据传输速率，保障系统的安全和稳定．经隔离器后的数据传输信号线RX和TX与RS484／RS422／RS232收发器直连，收发器的控制信号EN需要经过斯密特触发器再连接RS484／RS422／RS232收发器，控制收发器工作模式．斯密特触发器将缓慢变化的输入信号变为清晰、无抖动的方波信号，增加系统的抗干扰能力．RS484／RS422／RS232收发器在端信号的控制下与设备进行数据传输。
1．2 SD卡存储电路
通讯管理机包含一个SD卡插口，图3为其电路结构图。SD卡与ARM芯片的HSMCI(HighSpeedMultimediaCardInterface)模块的物理层接口PIO相连，HSMC1支持流、块、多块数据的读写，同时受DMAC(DirectMemoryAccessController)的控制，很大限度地保护处理器对数据传输效率。SD卡共支持三种传输模式：SPI模式，1位模式和4位模式，本系统采用的是4位模式。
图3 SD卡存储电路结构图
1．3以太网口电路
通讯管理机包含两个以太网口，图4为其电路结构图．以太网由共享传输媒体，通过RJ-45网口与媒体连接进行差分数据传输，滤波器将RJ-45网络接口的电压转换成网卡芯片DM9161所需的电压，并过滤掉其他干扰信号，减少信息传输的错误率。网卡芯片的物理层接口接收滤波器传来的输出信号，将其转换为MII(MediaIndependentInter—face)信号后通过数据接口将MII信号发送给ARM控制器的EMAC(EthernetMediaAccessController10／100)模块．本系统使用标准网线，两端一45接头压接的双绞线的线序完全相同，用于终端设备到HUB或LANSwitch的连接。
图4以太网口电路结构图
2系统软件设计
通讯管理机软件系统采用多任务实时系统的模块化设计，包括任务管理、任务调度、内存管理、时间管理和任务间的通信和同步等功能模块．系统在Linux提供的任务内核的基础上通过设计驱动程序模块、操作系统的API函数、系统任务、任务调度模块对操作系统进行扩展．按照各个功能的关联性，将程序分为多个任务模块，包括主程序、数据采集、数据传输以及数据存储。
系统主程序需要完成ARM芯片及外设、Linux的系统和信号量的初始化设置并启动系统，同时主程序需要启动驱动调度、网络通讯以及数据库等任务线程．主程序流程图如图5。
2．1数据采集
数据采集任务是完成各个终端设备数据的采集。如图6程序读取变量信息，完成后启动串口通讯线程，再调用设备驱动程序初始化接口。此时采集任务通过向数据总线发送读取“采集数据”接口数据命令，所有连接在数据总线上的传感器接到读取命令后根据数据包判断是否是向自己发送的读取命令，如果是就会向系统返回设备参数数据，直到数据发送完毕。
图5主程序流程图
图6数据采集任务流程图
参考文献
[1]BENGHANEMM．LowcostmanagementforphotovoltaicsysteminisolatedsitewithnewIVcharacterizati0nmodelproposed[-J]．EnergyConversionandManagement，2009，50：748—755．
[2]FORERON，HERMANDEZJ，GORDILLOG．Develop—mentofamonitoringsystemforaPVsolarplant[J]．Ener—gYConversionandManagement，2006，47：2329—2336．
[3]杨启凯．光伏实时远程监控系统方案设计与实现[D]．重庆：重庆大学，2013．
分布式光伏电站数据通讯管理机的系统硬件基于SAM9X25嵌入式微处理器设计，通过RS485／232串口对逆变器、气象环境监测仪、汇流箱、电表等终端设备的实时数据进行采集并解析处理，通过GPRS／以太网与服务器相连，将数据传输至远程数据中心．管理员通过登录WEB界面实现对光伏数据管理机的配置管理。用户在WEB终端或移动终端通过登录可以查看电站实时运行情况和实时历史数据。其硬件结构如图1
图1通讯管理机的硬件结构图
1．1串口电路
通讯管理机采用UART(UniversalAsyn-chronousReceiverTransmitter)和USART(Uni-versalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)接口转RS-485/RS-422串口的方式进行远程数据采集，图2为该串口电路结构图。
图2串口电路结构图
串口数据传输采用平衡发送和差分接收的方式．ARM芯片的UART接口和USART接口与四通道隔离器ADUM1400相连，将数据传输信号和收发器的控制信号分隔，支持多种通道配置和数据传输速率，保障系统的安全和稳定．经隔离器后的数据传输信号线RX和TX与RS484／RS422／RS232收发器直连，收发器的控制信号EN需要经过斯密特触发器再连接RS484／RS422／RS232收发器，控制收发器工作模式．斯密特触发器将缓慢变化的输入信号变为清晰、无抖动的方波信号，增加系统的抗干扰能力．RS484／RS422／RS232收发器在端信号的控制下与设备进行数据传输。
1．2 SD卡存储电路
通讯管理机包含一个SD卡插口，图3为其电路结构图。SD卡与ARM芯片的HSMCI(HighSpeedMultimediaCardInterface)模块的物理层接口PIO相连，HSMC1支持流、块、多块数据的读写，同时受DMAC(DirectMemoryAccessController)的控制，很大限度地保护处理器对数据传输效率。SD卡共支持三种传输模式：SPI模式，1位模式和4位模式，本系统采用的是4位模式。
图3 SD卡存储电路结构图
1．3以太网口电路
通讯管理机包含两个以太网口，图4为其电路结构图．以太网由共享传输媒体，通过RJ-45网口与媒体连接进行差分数据传输，滤波器将RJ-45网络接口的电压转换成网卡芯片DM9161所需的电压，并过滤掉其他干扰信号，减少信息传输的错误率。网卡芯片的物理层接口接收滤波器传来的输出信号，将其转换为MII(MediaIndependentInter—face)信号后通过数据接口将MII信号发送给ARM控制器的EMAC(EthernetMediaAccessController10／100)模块．本系统使用标准网线，两端一45接头压接的双绞线的线序完全相同，用于终端设备到HUB或LANSwitch的连接。
图4以太网口电路结构图
2系统软件设计
通讯管理机软件系统采用多任务实时系统的模块化设计，包括任务管理、任务调度、内存管理、时间管理和任务间的通信和同步等功能模块．系统在Linux提供的任务内核的基础上通过设计驱动程序模块、操作系统的API函数、系统任务、任务调度模块对操作系统进行扩展．按照各个功能的关联性，将程序分为多个任务模块，包括主程序、数据采集、数据传输以及数据存储。
系统主程序需要完成ARM芯片及外设、Linux的系统和信号量的初始化设置并启动系统，同时主程序需要启动驱动调度、网络通讯以及数据库等任务线程．主程序流程图如图5。
2．1数据采集
数据采集任务是完成各个终端设备数据的采集。如图6程序读取变量信息，完成后启动串口通讯线程，再调用设备驱动程序初始化接口。此时采集任务通过向数据总线发送读取“采集数据”接口数据命令，所有连接在数据总线上的传感器接到读取命令后根据数据包判断是否是向自己发送的读取命令，如果是就会向系统返回设备参数数据，直到数据发送完毕。
图5主程序流程图
图6数据采集任务流程图
参考文献
[1]BENGHANEMM．LowcostmanagementforphotovoltaicsysteminisolatedsitewithnewIVcharacterizati0nmodelproposed[-J]．EnergyConversionandManagement，2009，50：748—755．
[2]FORERON，HERMANDEZJ，GORDILLOG．Develop—mentofamonitoringsystemforaPVsolarplant[J]．Ener—gYConversionandManagement，2006，47：2329—2336．
[3]杨启凯．光伏实时远程监控系统方案设计与实现[D]．重庆：重庆大学，2013．
