基于力控軟件的VRLA蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)

包天悅,劉素娟

摘 要：在后備直流電源的使用中，閥控鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用。但在具體使用中由于缺乏必要的監(jiān)測手段，同時(shí)日常監(jiān)測又不具備準(zhǔn)確的監(jiān)測方法，所以直流電源中常由于電池問題引發(fā)事故。設(shè)計(jì)一種有效的蓄電池在線監(jiān)測方案，通過力控組態(tài)軟件準(zhǔn)確掌握蓄電池電壓、內(nèi)阻和剩余電量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉛酸蓄電池組監(jiān)測和性能預(yù)測的自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池； 在線監(jiān)測； 計(jì)算機(jī)； 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TN87-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2011)09-0133-03

Forcecontrol-based On-line Monitoring System for VRLA Battery

BAO Tian-yue,LIU Su-juan

(Qinhuangdao Branch of Northeast Petroleum University,Qinhuangdao 066004,China)

Abstract： VRLA battery as stand-by power has been widely used in many power-supply systems. The accidents usually happened due to the battery in the DC power supply because of lacking necessary monitoring tools and without accurate monitoring method in daily monitoring. An effective battery on-line monitoring program is designed,the battery voltage,resistance and other parameters can be controlled by forcecontrol software for realizing accurate monitoring and performance prediction of VRLA battery.

Keywords： VRLA; on-line monitoring; computer; data acquisition

0 引 言

目前，電能存儲(chǔ)和使用主要靠蓄電池完成，而閥控鉛酸蓄電池(VRLAB)因其密封性好、對環(huán)境無污染、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用［1］。但是由于各種原因時(shí)常會(huì)出現(xiàn)蓄電池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定時(shí)間的情況，甚至出現(xiàn)直流電源事故［2-4］。

為了給VRLA蓄電池組的檢測提供一個(gè)安全可靠的監(jiān)測平臺(tái)，將傳統(tǒng)的分離式檢測過程有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)便捷、智能型自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)［5］，實(shí)現(xiàn)對VRLA蓄電池組及其單節(jié)電池電壓和內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并能有效判斷蓄電池組容量和性能?，F(xiàn)擬采用電壓采集模塊、內(nèi)阻采集模塊和組態(tài)軟件組成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對VRLA蓄電池組的使用進(jìn)行監(jiān)控，確保電池組的長時(shí)間有效工作。

1 系統(tǒng)功能

VRLA分布式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是為閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)的運(yùn)行管理設(shè)計(jì)的，用于在線監(jiān)測蓄電池組的運(yùn)行狀況，報(bào)告電池組總電壓、充放電電流、電池容量、單電池電壓和內(nèi)阻，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測機(jī)組和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器構(gòu)成。

現(xiàn)場監(jiān)測機(jī)組可由多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式采集網(wǎng)絡(luò)，完成對不同蓄電池組的監(jiān)測管理，采集電池組的電壓、電流，計(jì)算電池容量。通過計(jì)算機(jī)的RS 232串口，將采集的單電池電壓和內(nèi)阻傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，實(shí)時(shí)顯示電池?cái)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，查詢數(shù)據(jù)，并智能分析數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成對各現(xiàn)場監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、管理和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。各類結(jié)構(gòu)(C/S或B/S結(jié)構(gòu))終端客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問和查詢數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與控制的專用軟件，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持硬件廠家生產(chǎn)的各種計(jì)算機(jī)和硬件設(shè)備與高可靠性的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合［6-8］?？上蛘麄€(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。

力控軟件是運(yùn)行在Windows 98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的監(jiān)控組態(tài)軟件，主要包括工程管理器、人機(jī)界面VIEW、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫DB、I/O驅(qū)動(dòng)程序以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件等［9］。

3.1 軟件組成及功能

VRLA在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件的主要功能如下：

(1) 實(shí)時(shí)顯示電池組總電壓、充放電流、電池剩余容量；

(2) 自動(dòng)控制單電池電壓、內(nèi)阻巡檢，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值；

(3) 顯示電池組總電壓和充放電流的實(shí)時(shí)趨勢曲線；

(4) 可查詢單片機(jī)電壓和內(nèi)阻歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表；

(5) 可設(shè)置電池組容量值和內(nèi)阻巡檢周期值；

(6) 可手動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)阻巡檢。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

主控界面如圖1所示，分別顯示電池組總電壓、采樣電流、剩余電量和累積電量，也可以設(shè)置當(dāng)前電池組的電池額定容量，并預(yù)測剩余電量。實(shí)時(shí)趨勢曲線體現(xiàn)充放電過程中總電壓與充放電流之間的相互關(guān)系。

圖1 系統(tǒng)主控界面圖

圖2為單電池采樣界面，分別顯示18節(jié)電池的單電池電壓值和內(nèi)阻值。單電池電壓巡檢過程采用實(shí)時(shí)采樣方式，采樣時(shí)間間隔為50 ms。因?yàn)殡姵氐膬?nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)變化較小，尤其在充電過程中，因此，電池內(nèi)阻巡檢采用兩種方式：周期采樣方式和手動(dòng)采樣方式。通過點(diǎn)擊“內(nèi)阻監(jiān)測”選項(xiàng)，在內(nèi)阻參數(shù)設(shè)置中填寫采集周期時(shí)間，系統(tǒng)將按此設(shè)定值周期循環(huán)巡檢，或者點(diǎn)擊“立即采樣”按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)巡檢。

通過內(nèi)阻的監(jiān)測可以對電池的性能進(jìn)行可靠預(yù)測，并通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警，以免出現(xiàn)事故。

3.3 部分程序設(shè)計(jì)

3.3.1 單電池內(nèi)阻的定時(shí)采樣設(shè)計(jì)

內(nèi)阻是考核電池性能的一種相當(dāng)可靠的方法，通過電池內(nèi)阻可以預(yù)測其放電性能。為了能夠有效地測量內(nèi)阻值,采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)周期巡檢和手動(dòng)巡檢相結(jié)合的方法，既可以實(shí)現(xiàn)巡檢的自動(dòng)化，又可以根據(jù)用戶需要實(shí)時(shí)查看。具體程序如下：

IF ResisDFlag==1 THEN //判斷是否進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)

IF DelayTimeForRDetect>0 THEN //對查詢時(shí)間周期進(jìn)行監(jiān)控

DelayTimeForRDetect=DelayTimeForRDetect-1;

#ResistanceDetectSet.#Text20.Text=″內(nèi)阻巡檢中…″;

strPrecentage=IntToStr((120-DelayTimeForRDetect)*100/120,10);

#ResistanceDetectSet.#Text23.Text=strPrecentage+″%″;

ELSE

ResisDFlag=0;

…

HideWindow(″ResistanceDetectSet″);

ENDIF

ENDIF

圖2 單電池采樣界面圖

3.3.2 剩余容量的預(yù)測計(jì)算

電池組剩余容量使監(jiān)測可以有效地實(shí)現(xiàn)電池管理，及時(shí)對電池進(jìn)行充電操作，提高電池組的使用壽命［10］。剩余容量計(jì)算采用連續(xù)系統(tǒng)離散化方法，對采樣周期離散處理后得：

F(t)=∫∞0f(t)dt ≈f(t)∑∞k=0δ(t－kT)?T

由上式可知F(t)為實(shí)際采樣后的累積量，近似為離散信號(hào)f(t)∑∞k=0δ(t－kT)與采樣時(shí)間周期T的乘積。按此公式，剩余容量的計(jì)算程序如下：

IF TotleDC_C.pv<-0.7 && TotleDC_C.pv>0.7 THEN //判斷電流是否零點(diǎn)漂移

IF Accumulation_E < Capacity_Battery THEN

Accumulation_E=Accumulation_E-TotleDC_C.pv/3600;//充放電量累積計(jì)算

ELSE

Accumulation_E=Accumulation_E;

ENDIF

ENDIF

Last_E=Accumulation_E*100/Capacity_Battery; //顯示剩余電量百分比

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

針對VRLA蓄電池組在EPS系統(tǒng)中的需求，監(jiān)控軟件主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

信息共享功能 系統(tǒng)服務(wù)器從各遠(yuǎn)程采集站收集當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布，使各個(gè)職能部門能夠了解實(shí)時(shí)或歷史的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

強(qiáng)大的監(jiān)測功能 在顯示屏上以畫面、報(bào)表、圖像的形式動(dòng)態(tài)顯示VRLA電池組的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。顯示界面上可顯示當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以顯示歷史數(shù)據(jù)，并通過顏色變化、百分比等手段增強(qiáng)畫面的可視性。

數(shù)據(jù)管理功能 數(shù)據(jù)管理功能包括：數(shù)據(jù)存檔功能(系統(tǒng)對其從各個(gè)現(xiàn)場采集的各種電壓和內(nèi)阻等信息數(shù)據(jù)，按照其不同類型、名稱、屬性、時(shí)序等特征分類，建立必須的數(shù)據(jù)庫)；數(shù)據(jù)顯示功能(系統(tǒng)對采集到的各種數(shù)據(jù)，可按照不同形式進(jìn)行顯示，其顯示方式為數(shù)據(jù)、動(dòng)畫、表格、圖像、曲線等，并可以用顏色和符號(hào)表明數(shù)據(jù)的性質(zhì))；數(shù)據(jù)處理功能(系統(tǒng)對存放在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行最大值、最小值、平均值等的運(yùn)算處理，可根據(jù)需要生成各類報(bào)表、趨勢曲線)；報(bào)表生成和打印功能(操作人員利用系統(tǒng)提供的實(shí)用程序，通過簡單的人機(jī)對話，可完成報(bào)表的設(shè)計(jì)，并具有隨時(shí)打印的功能)。

遠(yuǎn)程控制功能 為了提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，通過RS 485接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制VRLA在線監(jiān)測的巡檢過程，如手動(dòng)巡檢單電池組內(nèi)阻等操作。

5 結(jié) 語

通過本系統(tǒng)對VRLA蓄電池組的在線監(jiān)測，克服了原來由人工檢查測量不準(zhǔn)確帶來的各種問題。本系統(tǒng)能夠有效把握VRLA蓄電池組的工作狀態(tài)，監(jiān)測蓄電池的后備使用狀況。不僅能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測電池電壓和內(nèi)阻，有效預(yù)測總電池組容量和單電池的性能，而且能夠通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)現(xiàn)信息共享，提高了監(jiān)測效率。本系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國家圖書館、首都機(jī)場等工程的EPS系統(tǒng)中。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文