可再生能源监测子系统的智能信息处理技术

可再生能源示范工程监测子系统是针对可再生能源建筑设备远程监测方案进行设计。监测系统设计的目的是为了准确真实地反映可再生能源设备的运行状况，并根据这些数据进行数据处理及分析，以得到示范建筑物连续一年的可再生能源系统的综合经济评价指标。

在系统中采用了网际组态软件为设计基础，通过网络配置并通过合理地选择硬件设备设计并完成监测子系统。实践证明设计合理，系统运行可靠，数据采集准确。

1.监测子系统的构成

监测子系统主要用于监测可再生能源与建筑集成示范系统相关设备运行，并采集系统运行必备参数、可再生能源利用情况分析参数以及各种其他能源（主要为电能）的使用情况。根据可再生能源与建筑集成示范系统运行需求，并基于WebAccess设计了实时监测系统，用于监测可再生能源与建筑集成示范系统运行状况。实时监测系统的网络结构主要包括三个部分，工程节点网络层、监测节点网络层和客户端，其构成框架图如图3-4所示。

（1）工程节点网络

由工程节点，以太网和因特网组成，主要负责工程节点与监测节点、客户端的通信。监测和巡视底层各系统状况和参数，实现了对系统状态的实时监测。采用这种网络有效地实现了计算机与控制器之间的大量信息的高速交换。

（2）监测节点网络

主要由传感器（电磁流量计、温度传感器、压力传感器等），多功能数字电表，数据转换模块，数据采集箱和数据传输总线组成，完成现场数据的采集功能，并将传感器所采集的信号送至现场控制器进行处理。

（3）客户端

由以太网和因特网组成，主要负责工程节点与客户端的通信。各客户端用户通过上层网络，访问工程节点，可浏览和巡视底层各系统状况和参数。为上层决策提供有效的实时数据和信息。

2.监测节点硬件设计

我们所设计的监测子系统的整个监测节点从硬件结构上分三部分，构架如图3-5所示。

（1）控制器程序设计和数据处理

控制器程序设计部分可采用PAC控制器或采用嵌入式控制器自行设计。本项目采用的是研华公司的ADAM-5510软逻辑控制器，它属于研华的PAC产品之一。ADAM-5510控制器的存储量比较大，可以显著提高系统的效率和用户编程的灵活性。其主单元含有1.5MB闪存和640KB的SRAM，其中包括32KB的电池备份RAM；其丰富的串口和以太网接口使其可以非常方便地与基于Modbus RTU的远程I/O或第三方设备或仪表整合在一起。它还支持5种标准IEC61131-3编程语言，因此PLC用户可以使用熟悉的编程语言来开发自己的程序。

ADAM-5510控制器是一款具有以太网功能的软逻辑控制器，它配置了软逻辑的运行引擎。它是一种基于PC开发结构的控制器，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC。同时包含了PC和PLC的数字量I/O控制、模拟量I/O控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统的及网络的开放式结构。因此，它提供了与硬PLC同样的功能，同时又提供了PC环境的各种优点。

图3-4 实时监测系统构成框架图(www.xing528.com)

ADAM-5510控制器基于工业以太网技术，提供8个插槽，通过多通道I/O模块，实现数据采集、监视、控制等功能，每个控制器支持8个I/O模块，最多可以支持128个本地I/O点。其通信连接简单方便，可采用两种方法：采用交叉线以太网电缆连接工控机网卡的RJ45口与5000/TCP模块的RJ45口；采用直连线以太网电缆，将工控机网卡的RJ45口、5000/TCP模块的RJ45口均连至交换机的RJ45口。ADAM-/TP系列还内建Modbus RTU/TCP Server，可以与SCADA系统的HMI组态软件或Modbus OPC Server进行便捷的通信。

（2）数据调理和传输模块

此部分包括模拟量采集、数据量采集以及开关量的采集，此模块可自行设计也可根据设计需求选择现成的I/O接口模块。

图3-5 监测节点结构图

数据输入模块由ADAM-5017模拟量输入模块和ADAM-5051数字量输入模块构成。主要功能是将从开关量输入模块和模拟量输入模块中读到的数据转存到中间变量中，等待控制器模块进行处理。ADAM-5017是8路差分模拟量输入模块，有效分辨率16位，信号输入类型mV（±150mV、±500mV）、V（±1V、±5V、±10V）、mA（±20mA，需焊接250Ω电阻），通道输入范围可程控，但8个通道只能设为相同的输入范围。ADAM-5051是16路数字量输入模块，提供16个接线端子，既可以接入干接点信号，也可以接入湿接点信号。

数据输出模块由ADAM-5068继电器输出模块和ADAM-5024模拟量输出模块组成。主要功能是在工艺逻辑控制程序运算过后，将最后的控制信号传给控制器上模拟量及开关量输出模块，最终将信息传输到监测点完成控制。ADAM-5068继电器输出模块提供来自A的8个继电器通道。开关能用来控制晶体管、继电器。本系统主要继电器输出模块来控制水泵的起停以及电磁阀的开关。ADAM-5024是一个4路的模拟输出组件。它接收来自在RS485网络上的ADAM-5000系统或主机的数据输入。

（3）现场数据采集

此部分包括测量各种参量的传感器，智能仪表和电表等设备。

监测装置是针对可再生能源与建筑集成系统设备运行状况和相关的数据信息进行近远程的监测而设计。系统监测装置的设计目的是为了准确真实地反映和采集可再生能源与建筑集成系统设备运行状况和相关的数据信息，并根据这些数据信息进行数据综合处理及分析，以得到可再生能源与集成示范建筑物连续一年的可再生能源系统的综合经济评价指标。

监测装置充分利用了数据信息采集与处理、数据信息存储、嵌入式微处理器、远程数据信息通信、数据传输总线、电源等技术，并将这些技术进行了有效的融合。运用数据信息采集与处理技术，实现现场标准数据计量设备数据信息的采集和调理；运用数据信息存储技术实现采集与处理的数据信息的存储和记录；嵌入式微处理器技术是本监测装置的核心部分，它具有丰富的硬件接口（包括A-D转换接口、并口、USB接口、TCP/IP接口等）和强大的软件操作系统，通过它实现数据信息采集处理、功能选择及人机交互、现场数据信息的实时显示、数据信息存储、数据信息的近远程的有线或无线的传输协议设置和控制等功能；运用远程数据信息通信技术如GPRS技术和Internet技术以及以太网技术，实现数据信息的近远程的有线或无线传输。

3.监测节点软件设计

根据监测节点的硬件结构，本设计将整个控制工艺以及现场控制器的读写数据过程全部模块化，充分利用了结构化程序设计的方法，使得整个程序井然有序。其程序设计流程如图3-6所示。

图3-6 监测节点程序流程图