太陽(yáng)能電站監(jiān)控系統(tǒng)的組成及無(wú)線(xiàn)通信在其的應(yīng)用

1 現(xiàn)狀及需求分析

在當(dāng)前全球能源緊張，價(jià)格飛漲的情況下，許多國(guó)家采取優(yōu)惠的政策鼓勵(lì)太陽(yáng)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。太陽(yáng)能供電技術(shù)作為一種高新技術(shù)，最早應(yīng)用于航空探險(xiǎn)等高端應(yīng)用場(chǎng)合，隨著各國(guó)的推動(dòng)，太陽(yáng)能供電技術(shù)也得到了日新月異的發(fā)展，太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能供電技術(shù)日益走進(jìn)民用應(yīng)用的場(chǎng)合。在森林、道路、河流、山川等通信或音視頻電子設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合，主要采取電網(wǎng)供電和電池供電方式，電池供電往往只能解決臨時(shí)的需要，不能作為長(zhǎng)期的供電電源；而采取電網(wǎng)供電。而太陽(yáng)供電系統(tǒng)工作時(shí)無(wú)需水、油、汽、燃料，只要有光就能發(fā)電的特點(diǎn)，是清潔、無(wú)污染的可再生能源，而且安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，倍受人們的青睞，是新能源的領(lǐng)頭羊。近年來(lái)，太陽(yáng)能的應(yīng)用在全球越來(lái)越廣泛，特別是在野外領(lǐng)域，太陽(yáng)能電源系統(tǒng)正逐步取代一些傳統(tǒng)的電源設(shè)備，得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)組成

太陽(yáng)能電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，太陽(yáng)能電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控部分：安裝在太陽(yáng)能電站的控制柜內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控能夠?qū)μ?yáng)能電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并初步處理采樣的數(shù)據(jù)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控還負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)傳輸部分。

（2）數(shù)據(jù)傳輸部分：將發(fā)電站的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心部分的服務(wù)器。

（3）監(jiān)控中心部分：根據(jù)實(shí)際需要分布在不同地點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，該中心目前一般通過(guò)光纖或ADSL撥號(hào)等通信方式接入互聯(lián)網(wǎng)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控部分

EPC的全稱(chēng)是Electronic Product Code,中文稱(chēng)為產(chǎn)品電子代碼。EPC的載體是RFID電子標(biāo)簽，并借助互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。EPC旨在為每一件單品建立全球的、開(kāi)放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)對(duì)單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平、降低物流成本。EPC是一個(gè)完整的、復(fù)雜的、綜合的系統(tǒng)。

板載2路CAN總線(xiàn)控制器、1路10/100 M自適應(yīng)以太網(wǎng)適配器、3路RS-232串口，2路RS-485接口，支持TFT/STN液晶屏顯示，并具有VGA顯示器接口及LVDS液晶接口。EPC系列工控機(jī)主板可在-40 ℃~+85 ℃寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，滿(mǎn)足工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的各種應(yīng)用需求。

借助于EPC系列工控主板來(lái)采集太陽(yáng)能電站運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如：太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓、日照度、 蓄電池電壓、充電電流、負(fù)載電流、蓄電池溫度等。EPC系列工控主板將采集到的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)按照一定的格式進(jìn)行組織，然后傳送到數(shù)據(jù)傳輸部分。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸部分

根據(jù)目前的實(shí)際情況，本監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備采用的GPRS通信模塊是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司出品的ZWG-21A無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

該設(shè)備提供全透明串行數(shù)據(jù)通道，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無(wú)線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。可在工業(yè)級(jí)溫度范圍（-15 ℃~+60 ℃）內(nèi)穩(wěn)定工作，可應(yīng)用于各種行業(yè)。ZWG-21A外觀如圖3所示。

ZWG-21A具有以下特性：

· 大緩存區(qū)設(shè)計(jì)（200 KB），采用動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，提高緩存區(qū)使用效率；

· 最多可緩存3 100幀數(shù)據(jù)（每幀64 B），適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸；

· 每幀最長(zhǎng)可設(shè)置為1 460 B長(zhǎng)度（收發(fā)各緩存70幀），適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸；

· 使用工業(yè)級(jí)GPRS模塊，內(nèi)嵌可靠協(xié)議棧；

· 數(shù)據(jù)全透明傳輸，用戶(hù)無(wú)需了解復(fù)雜的TCP/IP、PPP等協(xié)議；

· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪(fǎng)問(wèn)；

· 支持備用數(shù)據(jù)中心；

· 支持APN虛擬專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)；

· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無(wú)縫銜接現(xiàn)有上位機(jī)軟件；

· 支持?jǐn)嗑€(xiàn)自動(dòng)重連功能；

· 具有連接時(shí)機(jī)可控功能，節(jié)約流量；

· 支持本地和遠(yuǎn)程圖形化界面配置與維護(hù)；

· 支持短信息配置與維護(hù)；

· 支持串口配置和USB接口配置；

· 支持本地和遠(yuǎn)程固件升級(jí)；

· 多重軟硬件可靠設(shè)計(jì)，復(fù)合式看門(mén)狗技術(shù)，使設(shè)備安全運(yùn)行。

ZWG-21A與EPC系列工控主板通過(guò)RS-232C方式進(jìn)行通信。ZWG-21A將EPC系列工控主板采集到的太陽(yáng)能電站運(yùn)行的各種參數(shù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，同時(shí)將監(jiān)控中心下發(fā)的各種指令傳送到EPC工控主板，完成對(duì)太陽(yáng)能電站運(yùn)行狀態(tài)的控制。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

2.3.1 接入方式

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的作用是接收處理各個(gè)太陽(yáng)能電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，保存其運(yùn)行數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心必須接入Internet網(wǎng)絡(luò)才能夠作為服務(wù)器接收各個(gè)太陽(yáng)能電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接入方式有以下兩種可以選擇：

（1）ADSL的上行和下行帶寬不對(duì)稱(chēng)，因此稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)環(huán)路。它采用頻分復(fù)用技術(shù)把普通的電話(huà)線(xiàn)分成了電話(huà)、上行和下行三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的信道，從而避免了相互之間的干擾。ADSL接入技術(shù)的速率可達(dá)到上行1 Mb/s/下行8 Mb/s,速度非常快；

（2）光纖連接上網(wǎng)。光纖接入網(wǎng)是指接入網(wǎng)中傳輸媒介為光纖的接入網(wǎng)。光纖接入網(wǎng)從技術(shù)上可分為兩大類(lèi)：有源光網(wǎng)絡(luò)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。有源光網(wǎng)絡(luò)又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON;無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)可分為窄帶PON和寬帶PON.光纖接入主要適用于商業(yè)集團(tuán)用戶(hù)和智能化小區(qū)局域網(wǎng)。

2.3.2 軟件功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心應(yīng)該支持常見(jiàn)OPC通信方式以及動(dòng)態(tài)庫(kù)DLL通信方式。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心應(yīng)該能夠處理顯示以下各種參數(shù)：氣象參數(shù)、開(kāi)路電壓、日照度參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)故障、工作過(guò)程中發(fā)生的故障等。

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心要能夠進(jìn)行技術(shù)分析，為管理層、技術(shù)部門(mén)、維護(hù)部門(mén)等不同用戶(hù)提供有針對(duì)性的報(bào)表，方便進(jìn)行管理。

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心還可以架設(shè)網(wǎng)站服務(wù)系統(tǒng)。網(wǎng)站服務(wù)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)，從而提供各電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，顯示各電站數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)顯示、打印等服務(wù)。各級(jí)管理人員通過(guò)Web上網(wǎng)的方式就可以查看電站的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3.3 設(shè)備配置

監(jiān)控中心開(kāi)始運(yùn)行后，就可以接受來(lái)自ZWG-21A連接了。首先使用"DTU配置工具"修改ZWG-21A的默認(rèn)配置，將數(shù)據(jù)中心主站域名或者IP地址設(shè)置為監(jiān)控中心的域名或者IP地址，將數(shù)據(jù)中心主站端口號(hào)設(shè)置為監(jiān)控中心所監(jiān)聽(tīng)的端口號(hào)，連接模式選擇為"建立TCP連接",設(shè)置完畢之后，ZWG-21A就能夠主動(dòng)連接監(jiān)控中心，建立TCP連接。如圖4就是監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的一種可能情況，請(qǐng)注意圖中目標(biāo)IP地址和目標(biāo)PORT與服務(wù)器軟件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)是一種綠色無(wú)污染的可再生能源，該技術(shù)的發(fā)展對(duì)于解決我們當(dāng)前遇到的石化污染、能源危機(jī)等問(wèn)題是一種從根本上的解決之道。本文在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的監(jiān)控層面做了一些有益的研究。