基于CAN總線的工廠電力監(jiān)測分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計和數(shù)據(jù)分析
　　在軟件設(shè)計中，遵循模塊化設(shè)計思想，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方案，使之具有良好的模塊性、可修改性及可移植性。
　　根據(jù)主計算機系統(tǒng)所完成的任務(wù)，對于人機交流環(huán)節(jié)采用直觀易懂、操作簡便的圖形界面。PC機的軟件開發(fā)采用微軟的Visual Basic3.0。因為VB作為Windows應(yīng)用程序，有著與其它Windows應(yīng)用程序相互一致、友好的用戶界面，操作上十分方便。另外VB具有動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)、豐富的API函數(shù)、支持動態(tài)鏈接庫(DLL)以及對數(shù)據(jù)庫的操作管理等功能，這對于管理后臺數(shù)據(jù)以及與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通訊是十分方便的。
　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模塊采用MCS-51匯編語言進行程序設(shè)計。MCS-51的指令系統(tǒng)指令豐富，尋址方式多樣，支持各種類型的數(shù)據(jù)處理，具有執(zhí)行速度快、編程效率高等特點，適于工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　故障錄波是對信號進行高速采樣，并利用采樣數(shù)據(jù)繪制信號曲線，以便了解信號的變化情況，預(yù)測信號的變化趨勢，是電力系統(tǒng)中監(jiān)測信號的常用辦法。
　　本系統(tǒng)中要求對零序電流及三相電壓信號進行故障錄波。錄波信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換采用P80C592的A/D轉(zhuǎn)換器完成，以提高系統(tǒng)可靠性，減小體積，降低成本。P80C592的A/D轉(zhuǎn)換器為10位轉(zhuǎn)換器，在16MHz振蕩頻率下A/D轉(zhuǎn)換時間為37.5μs(見圖2)。
　　本軟件系統(tǒng)共有21個功能子程序，其它子程序這里不再一一列舉。
　　在整個軟件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理模塊負責(zé)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)作快速傅利葉變換(FFT)和數(shù)據(jù)分析，及繪制電流，電壓的變化曲線。對于離散的時間信號，其FFT正、反變換分別為：

　　函數(shù)p(k)=｜X(k)｜稱為x(n)的振幅譜。在本系統(tǒng)中主要通過離散的FFT對信號的振幅進行分析，查出是否有干擾或不正常點，然后進行FFT反變換恢復(fù)原始信號，觀察信號原形。
　　我們將具有N個元素的原函數(shù)序列x(n)分解成兩個分離的長度各為N/2的數(shù)列，然后對分離的序列分別用N2/4次復(fù)數(shù)加法和乘法作傅利葉變換，再將中間結(jié)果組合成具有N個元素的數(shù)列x(n)。經(jīng)過抽選操作，總運算次數(shù)降為：N*log2N。
　　運用基2時域FFT的蝶型抽選的計算流程，對上式進行奇(Xm(k))、偶(Ym(k))分解后有下式：

Xm(k)=Xm(k)+WPN+Ym-1(k)，
0≤k≤2m-1

(4-3)

其中：WN=exp(-j2π/N)
　　由上式可知，每一個蝶型運算都需要兩個輸入數(shù)據(jù)，計算結(jié)果也是兩個數(shù)據(jù)，與其它結(jié)點數(shù)據(jù)無關(guān)。這樣一次計算后輸入數(shù)據(jù)就可放棄，減少了對內(nèi)存的占用，提高了計算速度。
　　正常的正弦波經(jīng)FFT正變換為兩個對稱的最大譜線，反變換后可以完全恢復(fù)原始信號；而帶干擾的正弦波經(jīng)FFT正變換后，除兩個對稱的最大譜線外，干擾信號的其它譜線也存在，據(jù)此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號的位置，并發(fā)出采取相應(yīng)措施的指令，啟動執(zhí)行機構(gòu)或保護裝置。
5.結(jié)論與展望
　　本系統(tǒng)的最大特點就是造價低、結(jié)構(gòu)靈活實用、高可靠性且安裝調(diào)試簡單，根據(jù)不同的現(xiàn)場情況與用戶要求，本系統(tǒng)可擴展為不同的模式。除對高壓配電盤上的模擬量和開關(guān)量進行監(jiān)測外，也可用于對某些重要的低壓配電和低壓電機等電器設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。
　　現(xiàn)場總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，關(guān)鍵是用新一代的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Field Bus Control System)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)，實現(xiàn)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。其本質(zhì)即要實現(xiàn)在現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互連、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開放式互連網(wǎng)絡(luò)等功能。這也為工廠生產(chǎn)的全面自動化和遠程控制奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

1　鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996：8～26
2　翟麗萍.CAN工業(yè)配電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).大連理工大學(xué)碩士論文，1998：5～22
3　Sun Ao,He Xiwen,Xu Chengshen,Chen Xing.The Expert Network for Factory Automation Using Multi-sensor Information Fusion.First Information Conference on Multisource-Multisensor Information Fusion,Las Vegas,USA,1998
4　何熙文，徐承深，孫翱.Intel 8XC196MC/MD高檔單片機原理及實用設(shè)計.大連：大連理工大學(xué)出版社，1995.12：31～36