基于物联网技术的电机控制系

基于物联网技术的电机控制系

王震昭，丛源昊 指导教师：樊婧昊

山东协和学院

摘要：针对现阶段的发电机组云平台普遍存在功能单一，不能实现发电机组的启停控制功能的缺点，设计一种以物联网技术为核心的发电机组云控制系统。文中细致论述发电机组云平台系统架构与介绍平台的常用功能模块设计。实验结果表明，该平台实现发电机组远程监控和在线控制的功能，具有智能、实时、节能的特点。

关键词：中国制造2025；物联网技术；发电机组；远程监控；云平台；在线控制

引言

随着我国节能减排管理制度的硬化推进，如何提高包括风能在内的无污染能源的利用率成为了电网企业关注的焦点。经调查显示，目前常见的发电机组云平台技术是利用Hadoop平台先将数据存储和发送到并行操作服务器集群，再通过云平台对数据进行快速过滤和分析。为了进一步实现风力发电机组的故障诊断、节能减排和远程监控的功能，研究人员在Hadoop平台的基础上，将云计算和FFT算法应用于发电机故障诊断系统；将工控机、LinuxGCC等软硬件结合实现发电机组的节能减排。为了实现对发电机组的远程监控，可以通过OPC协议建立联系读取相应数据采集服务器的OPCServer，并将读取的数据发送到实验室云平台的Kafka集群。但由以上研究可知，现阶段的发电机组云平台普遍存在功能单一，不能实现发电机组的启停控制功能的缺点。

1系统分析

发电机组云控平台是利用现代先进的物联网技术将发电机组与计算机建立连接。其中，云控制模块充当了发电机组与用户之间的桥梁，将数据传送到服务器，用户通过手机、电脑等设备就可以实现对发电机组的远程监控。除此之外，用户还可以通过手机、电脑等终端设备下达一系列指令，实现对发电机组的GPS定位、控制、检测等操作。发电机与控制器建立连接后，发电机信息采集模块先从发电机采集相关信息，将接收到的数据以封包分组交换传输的模式通过利用接口的帧中继规程、七号信令协议、IP协议，在将数据打包以通信模块为桥梁以56～114Kb/s的速率传送到控制器。同时再通过服务器将打包的数据利用IP协议发送到平台上，利用服务器串口对数据双向透明传输对数据进行及时的处理并做出相应的操作，以实现对发电机组的实时控制功能。

2典型功能模块设计

2.1发电机组控制器模块

发电机组控制器是发电机的主体。提出一种基于可编程逻辑控制器的水电机组监测系统，采用上下位机模式实现了对机组的实时监控，但是因为PLC没有储存器，所以搜集到的数据需要通过现场总线的方式传送到基站，基站再按照一定的顺序依次将数据传送给主机、工程师和操作员，一定程度上缺乏对数据的实时反馈能力和智能化。因此，本文设计的发电机组云平台采用了DC40D和DC42D控制器，主要负责发电机组的启停、监视以及参数设置功能。

2.2通信模块

传统通信模块一般采用CAN通信电路进行信号传输，需要借助双绞线、电缆、光纤等传输介质，传输必须要媒介才可以。相较于传统的CAN通信电路，本系统采用了DT3000与DT4000的数据采集通信模块，主要负责将发电机组控制器连接到互联网，模块支持2G网络、4G网络以及无线GPRS网络。

2.3Web管理模块分析

Web管理模块分为服务端和Web端两部分，其主要功能是为用户完成设备添加、设备删除、设备控制和设备运行状态下的可视化管理界面。服务端可以通过onMessage方法将数据库的数据转发给前端页面和接受前端页面发来的控制命令。Web端设计的开发环境利用Linux+Apache+PHP+MySQL搭建，并通过WebSocket协议与服务端进行双向通信。

2.4远程监控模块远程监控模块负责将控制器检测到的数据，采用JSON格式的网络数据通信协议与压缩算法，通过RS485、RS232或者Link通信接口把数据信息经过云猫，利用GPRS、4G、有线或无线（WiFi）网络传送到云服务器以供用户查看。

3智能控制器概述

目前世界上有很多的智能控制器，它们具有不同的特点和功能，但都有一些共同的特征：（1）结构复杂，成本高；（2）性能优越，稳定性好；（3）价格低廉，使用方便；（4）可靠性高，操作简单。在完善的进程中，要实事求是，不能盲目地变动。要根据用户的需求来选择为其挑选对应的产品和软件。智能控制器的核心就是其灵活的应用性，可以很容易地实现各种算法，并且还能很好地依据环境的变化而不断改进。在智能控制器的基础上，通过对传感器的采集和处理，进行相应的控制和分析，从而实现对物体的自动识别、感知、定位等功能。

4智能控制器总体设计

4.1智能控制器构架介绍

智能控制器主要包括：（1）数据采集单元：该单元的中心是通过射频芯片来完成的；（2）控制处理单元：该部位的核心是由射频读写器来承担的；（3）显示与报警单元：该单元的核心部件为LCD1602液晶显示屏，能将实时信息传送给操作人员。当用户在家中或在办公室等人流量多的地方时，系统就会向监控室发送警报信号，以便于人们的及时提醒。另外，还包括了无线通信的功能：当有人进入或者离开时，蜂鸣器就会发出响声，此时主机的工作状态也会被指示到AT24C01的手机端上。同时其还装有一个用于接收和发射的接收器和GSM的通信设备，用来实现对传感器的有效探测。当探测器检测到有物体经过或有需要时，将会被立即关断，并将其发送到PC机。

4.2智能控制器的逻辑剖析

逻辑功能为智能控制器最基层的构件之一，是完成智能控制器最基本的单位。在设计中，设计人员需要考虑到以下的几个方面：（1）系统要有一个良好的控制环境。在这个控制系统中，如果有传感器的存在，就会使整个设备处于最佳的工作状态。因此在这种情况下，必须对其进行合理的设置和调整。（2）要具有一定程度的数据交接能力。由于人的移动和感测影响导致了信息传输过程的变化以及数据的采集和存储，所以要求计算机的处理速度很高。为了提高网络的稳定性、抗干扰性，应尽可能减少信号的输入与输出，以保证其可靠性。（3）要有较高的抗震性。因为人的感测范围有限，而感测的区域非常广阔，这就对感应器的抗压性能提出了更高的标准与要求。此外，还要具备较强的自学习性能，只有不断自我提升，才能适应复杂多变的外界条件。同时也应该避免因个人经验而产生的错误操作，这样可以有效地降低失误率。

5控制系统软件实现系统的软件设计是智能控制器的核心部分，包括了程序的初始化、子函数的调用、数据的处理以及最后的仿真等。在本文中，主要是通过C语言来完成物联网智能控制器的主控模块，其软件的实现过程如下。

5.1人机界面的程序开发人机界面是系统的重要组成部分，是用户与控制系统交互的桥梁和窗口，能直观地反映设备的性能参数，如温度、湿度、压力等。在设计时应注意以下几点：（1）界面美观大方，色彩以暖色调为主，给人一种舒适的视觉感受。（2）界面布局合理，功能分区分明，操作简单方便。（3）在使用时，应尽量减免对用户的影响；减少过度繁杂的构建和多余的元素；去掉太繁琐的顺序。（4）在进行软件开发时，要充分考虑不同的应用环境，选择合适的数据类型，以便更好地实现各种需求。