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LabVIEW软件和NIPXI硬件为并网光伏(PV)设备快速开发监测系统

? 2018年01月23日 11:10 ? 次阅读

心博天下娱乐平台 www.syycw.cn 挑战:以低的成本在短时间内构建一个自定义的实时监测系统,能够使用多种测量设备评估并网光伏系统的性能和特性。

解决方案:使用开放式的NI LabVIEW软件平台设计监测系统和专用接口软件,将多个测量设备的输出通过串行接口输入到PXI系统,同时使用现成的用户数据报协议(UDP)函数将数据传输到PC,提供不同测量结果的实时显示。

“整套设备的核心是NI PXI-8184实时控制器,它提供了数据存储功能、有着极高的系统可靠性、紧凑性、坚固性和方便的可配置性。”

2007年,新加坡政府投入3.5亿新加坡元用于将城市改造为全球清洁能源枢纽,重点是开发太阳能。为了实现这个目标,新加坡政府和经济发展局下属的清洁能源研究与实验计划(CERT)制定了多项措施。为此,我们开设了含有五种不同光伏面板的太阳能科技中心,功率总计达14.2 kW。中心用于展示不同的并网光伏系统,并作为研究热带气候条件下不同光伏模块长时间运行的性能和特性的测试实验中心。

为了研究这些光伏模块的性能和特性,我们请来自电子工程部门的一支团队,以低成本在短时间内构建能够测量待测光伏阵列不同参数和实际气候条件的自定义实时监测系统。

团队使用LabVIEW软件进行开发,因为它提供了开放式的开发平台、多功能性以及独创的图形用户界面。软件允许他们快速开发非标准的Modbus串行通信协议,它是将多个测量设备输出传送到PXI实时控制器系统的关键接口。之后,使用UDP通信函数,将数据传输到PC用于实时显示、分析和存储。

光伏系统测量仪器

整套设备的核心是NI PXI-8184实时控制器,它提供了数据存储功能、有着极高的系统可靠性、紧凑性、坚固性和方便的可配置性。软件的开发是基于LabVIEW和LabVIEW实时模块进行的。PV测量与监测系统如图1所示。

开发Modbus串行通信功能

天气监测系统由七个测量参数组成,包括全球太阳辐照度、散射太阳辐照度、温度、湿度、风速、风向和降雨量。光伏监测系统的测量参数包含直流电压、直流电流和面板温度。交流电源和功率发生使用电子功率计采集。此外,总共有22个测量数据点是从测量仪器和五个电子功率计采集的,总计 23个测量值。为了能够处理多种测量数据,并且最小化设备和PXI控制器之间的连线,我们使用串行接口。

团队使用Modbus远程终端单元(RTU),它是开放式的串行(RS232或RS485)协议,提供通过网络连接设备之间的主/从通信。它使用简单、可靠、成本低,并且能够交换二进制格式的数据,从而提高了吞吐量。但是,每个Modubs设备制造商都用不同的函数代码、数据格式和循环冗余验证(CRC)代码实现这个协议。因此,开发Modbus驱动程序从而允许用户根据不同制造商的要求修改协议的实现是必要的。

由于LabVIEW提供了虚拟仪器软件架构(VISA)串行函数,因此设计程序在这些设备之间进行通信是简单的。此外,由于提供了数据操作函数,例如分割数字、带进位右移、交换字节、类型转换等,我们可以方便地使用对应的函数代码、数据格式和CRC错误验证算法实现Modbus消息结构。这样我们开发并测试了Modbus RTU接口程序,并且能够为不同制造商的设备工作。

从PXI实时控制器到PC的数据传送

团队使用LabVIEW中的UDP函数将采集到的数据传送到PC中。UDP简单,方便,并能将消息同时广播到多个地址的功能。虽然它不保证可靠的数据传送,但是在这个系统中,这并不会造成什么影响,因为该系统只需要将数据以10 s的时间间隔传送到PC中即可,所以即便丢失了一些数据点,也不会导致任何问题。

设计图形化用户界面

系统需求之一是提供显示所有与监测系统测量数据以及太阳能技术中心设置有关的综合信息。LabVIEW中的选项卡控件为用户提供了在单一应用程序中放置所有信息而不让用户界面变得过于复杂的实用功能。

另一个挑战是将不同测量数据显示在图表中。图表让用户直观地看到一个参数和另一个参数之间的关系,以及任何参数的变化趋势。在任何一个时间点上有22个测量数据点,其中包括天气参数、光伏直流电压和电流以及每个类型太阳能面板的面板温度。在一张图表上列出所有数据是不可能的。这可以通过用程序方法控制图表绘制加以解决。程序的设计使用了项目选取以及图表属性节点来实现。用户可以在一个图表中一次性查看多达四条数据曲线和测量参数。图2显示了用户界面的截屏。

结论

LabVIEW帮助我们的团队在三个月内快速开发了Modbus接口程序,并且设计了富有信息量的优秀用户界面。使用NI PXI硬件确保了系统可靠性,它自从2008年9月以来每周七天,每天24小时 不间断运行至今。我们团队的下一个任务是评估光伏系统性能,包括评估光伏阵列效率、能量发生关于气候条件和模块条件的关系。

图2:用户界面截屏

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发表于 2017-11-18 05:54 ? 144次阅读
LabVIEW FPGA模块在时钟电路的运用

新版LabVIEW FPGA 新增特性详解及其带...

相比其它FPGA设计工具,NI LabVIEW FPGA模块可帮助嵌入式设计人员使用更少的工程资源更...

发表于 2017-11-18 04:44 ? 172次阅读
新版LabVIEW FPGA 新增特性详解及其带...

使用LabVIEW进行GPU计算

具有并行处理架构的平台,例如FPGA和GPU,在快速分析大型数据集方面得到了广泛应用。这两项技术可以...

发表于 2017-11-18 03:36 ? 104次阅读
使用LabVIEW进行GPU计算

基于CompactRIO的高级可编程自动控制器

全新NI cRIO-907x CompactRIO集成系统是一种高级可编程自动控制器(PAC),它在...

发表于 2017-11-18 03:30 ? 113次阅读
基于CompactRIO的高级可编程自动控制器

借助智能DAQ获得高级数据采集技术

多功能智能DAQ设备配有自定义式板载处理功能,最大限度地为系统定时及触发提供灵活性能。 与控制设备功...

发表于 2017-11-18 03:20 ? 214次阅读
借助智能DAQ获得高级数据采集技术

添加FPGA终端的步骤方法

使用FPGA终端创建应用程序前,必须创建一个LabVIEW项目。然后添加FPGA终端至该项目并创建F...

发表于 2017-11-18 02:47 ? 141次阅读
添加FPGA终端的步骤方法

LabVIEW的RIO与I/O对比

NI可重配置I/O(RIO)产品可在灵活的开发平台上实现高精度测量,适用于需要高速闭环控制的系统级应...

发表于 2017-11-18 02:44 ? 237次阅读
LabVIEW的RIO与I/O对比

数据流编程以及LabVIEW多核编程

因为NI LabVIEW是数据流编程语言,开发者们可以编写并行的应用程序,这些应用程序可以直接映射到...

发表于 2017-11-18 02:39 ? 108次阅读
数据流编程以及LabVIEW多核编程

NI FlexRIO设备的FGPA模块和适配器模...

NI FlexRIO设备包括了可采用NI LabVIEW FPGA模块进行编程的现场可编程门阵列(F...

发表于 2017-11-18 02:30 ? 88次阅读
NI FlexRIO设备的FGPA模块和适配器模...

从三方面来看NI可重复配置I/O(RIO)技术

NI可重复配置I/O(RIO)技术能够让您通过使用可重复配置的现场可编程门阵列(FPGA)芯片和NI...

发表于 2017-11-18 02:29 ? 104次阅读
从三方面来看NI可重复配置I/O(RIO)技术

PXI硬件和NI LabVIEW设计软件的平台重...

从供应商定义功能的传统仪器转向NI提供的软件定义的系统架构,允许用户定义的实时测试与分析。您甚至可以...

发表于 2017-11-18 02:13 ? 248次阅读
PXI硬件和NI LabVIEW设计软件的平台重...

NI嵌入式系统编程教程(FPGA与软件工具)

设计工程师通常使用C等编程语言来开发基于微处理器或微控制器架构的嵌入式系统。 C语言的普及催生了用于...

发表于 2017-11-18 02:09 ? 530次阅读
NI嵌入式系统编程教程(FPGA与软件工具)

大规模的多输入多输出(MIMO)架构与LabVI...

大规模的多输入多输出(MIMO)是5G无线通讯研究中一个令人兴奋的领域。对下一代无线数据通讯网络,它...

发表于 2017-11-18 02:03 ? 425次阅读
大规模的多输入多输出(MIMO)架构与LabVI...

LabVIEW FPGA为NI 9144 带来的...

这篇文章讨论了使用分布式I/O进行实时部署系统的设计。美国国家仪器公司推出了NI 9144扩展机箱,...

发表于 2017-11-18 01:45 ? 111次阅读
LabVIEW FPGA为NI 9144 带来的...

适用于需要处理大型数据集的NI LabVIEW多...

NI LabVIEW多核分析和稀疏矩阵工具包提供了高性能的LabVIEW多线程分析库,是在线或离线的...

发表于 2017-11-18 01:29 ? 69次阅读
适用于需要处理大型数据集的NI LabVIEW多...

使用LabVIEW与 NI FlexRIO来研究...

使用NI FlexRIO,我们可以创建自己的高性能定制硬件。时域数字转换器是非常强大以及功能广泛的工...

发表于 2017-11-17 20:18 ? 79次阅读
使用LabVIEW与 NI FlexRIO来研究...

LabVIEW的最新版本8.6支持从多核处理器到...

多核处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和无线通信。使用这些传统工具利用这些关键技术并不十分容易;但...

发表于 2017-11-17 20:14 ? 150次阅读
LabVIEW的最新版本8.6支持从多核处理器到...

基于NI CompactRIO和LabVIEW的...

全新的控制系统在几个月内完成了设计、开发、部署、验证和文档编写。CompactRIO和LabVIEW...

发表于 2017-11-17 20:07 ? 108次阅读
基于NI CompactRIO和LabVIEW的...

用NI LabVIEW为BMS和ECU创建一个用...

用高压电池的电压副本、仿真的高电压电流传感器和温度传感器以及仿真的高电压电池故障,为电池管理系统(...

发表于 2017-11-17 20:03 ? 329次阅读
用NI LabVIEW为BMS和ECU创建一个用...

利用LabVIEW和CompactRIO开发液压...

对驾驶过程中转向反作用力的仿真一直是动态变化的,因为它取决于车速、转向角度以及道路状况。另外,对于产...

发表于 2017-11-17 19:58 ? 111次阅读
利用LabVIEW和CompactRIO开发液压...