钢筋加工机械电能消耗测试系统的研究设计

鲁卫涛，张海霞，陈 娜

（1.中国建筑科学研究院 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正达装饰装修有限公司，河北 廊坊 065000）

钢筋加工机械电能消耗测试系统的研究设计

鲁卫涛1，张海霞2，陈 娜2

（1.中国建筑科学研究院 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市正达装饰装修有限公司，河北 廊坊 065000）

钢筋加工机械是建筑工地及钢筋加工厂不可或缺的建筑机械设备，其主要能源消耗就是电能。作为一种高能耗设备，钢筋加工机械的能耗指标引起行业内关注，国家“十二五”规划对建筑业及相关机械设备的节能减排也提出了较高的要求。通过检测钢筋加工机械电能消耗量，评价能效指标，有益于提高机械设备在节能技术上的不断改进和创新。

本文介绍了一种利用智能仪表及上位机软件程序的电耗测试系统。系统利用高精度多功能电参数仪表，同时配合使用Modbus协议通信器件，并采用基于C#程序语言的上位机软件构成，从而实现对钢筋加工机械能耗参数的测试和实时监测，对钢筋机械能效评价指标提供了依据。

1 能耗测试方法

本系统选择接线点在钢筋加工机械的控制箱电源线输入端，测量示意图如图1所示。接线方式为带互感器的三相四线法。

图1 电能消耗测量示意图（以钢筋调直切断机为例）

系统所用仪表为全电量多功能电力仪表，可用于测量单相/三相功率、电度、电压、电流等。配有RS485/RS232通信，MODBUS RTU协议，能直接与计算机相连接。

试验时应连续生产规定长度和规定数量的钢筋，一个生产周期加工结束后设备停机，记录一个生产周期的加工用时间T（s）、电表电量增加值W（kWh）、加工钢筋的质量M（kg）。分别计算3个试验周期电能消耗率G（G=3.6W/T）、加工效率Q（Q=3.6M/T）和电耗效率E（E=Q/G）。

2 基于Modbus协议的数据传输

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通讯，它已经成为一通用工业标准［1］。

本系统使用的多功能电参数仪表配置有RS232通信模块，MODBUS RTU协议，直接与PLC或计算机相连接。上位机软件发送查询信息，电参数仪表通过协议根据查询指令返回对应的数据，从而实现了相互间的实时通信。

电参数仪表的Modbus RTU通信参数如表1所示。代码系统是由8位二进制数组成，在传输过程中数据共包含1个起始位、8个数据位和1个停止位。

表1 电参数仪表的Modbus通信参数

仪表Modbus通信协议的查询命令帧有8个字节包括地址码、功能码、寄存器地址、寄存器个数和CRC校验码。仪表返回帧有9个字节，包括地址码、功能码、数据长度、电参数数据及CRC校验码，如表2和表3所示。

表2 查询命令格式

表3 返回信息格式

3 上位机软件的设计

本系统上位机软件主要通过C#的SerialPort类实现与电参数仪表之间的串口通信，通过改变SerialPort类的方法和属性可实现串口的打开和关闭，并实现对串口的波特率等属性的设置。SerialPort类的Write方法将查询命令写入串行端口输出缓冲区，使用 Read方法从SerialPort输入缓冲区中读取仪表返回的数值。

3.1 程序初始化设置

软件提供串口的选择，启动程序后自动检测当前计算机的所有串口，程序首先选择正确的COM端口，判断端口正常后进入主界面（图2）。

图2 程序初始化流程

3.2 主程序设计

主程序基本操作包括开始、停止操作及清零操作，状态显示包括计时显示和电度值实时更新显示，功率曲线区域绘制功率的实施变化曲线。

测试程序流程图如图3所示。点击开始试验，程序发送清零指令清空电表总电度值，同时开始以每秒5次读取电表数据，同时开始计时。点击停止试验，计时器停止计时并显示试验用时，精确到毫秒。同时停止读取电度值和功率值，总电度值和功率曲线显示停止测试时的状态。

图3 测试程序流程图

4 结 语

本电耗测试系统实现的电度参数的实时采集，可在RS-232总线上对钢筋加工设备进行远距离测试。系统运用软件的及时同步功能省去了人工秒表计时的操作，减小了因手动同步操作引起的误差，增加了测试数据的准确性和有效性。经过多次实际现场测试，本文所介绍的测试系统上位机软件运行良好、操作简便，较好地满足钢筋加工机械能耗测试的要求。另外，本系统研究内容在其他用电设备能耗测试等方面具有一定的实用价值。

［1］潘洪跃.基于MODBUS协议通信的设计与实现［J］.计量技术，2002（4）：35-36.

［2］李江全.Visual C#.NET串口通信及测控应用典型实例［M］.北京：电子工业出版社， 2012.

（编辑 吴学松）

Research and design of steel bar processing machinery power consumption test system

LU Wei-tao， ZHANG Hai-xia， CHEN Na

国家“十二五”科技支撑计划项目“绿色建造与施工协同关键技术研究与示范”（2012BAJ03B01）

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2015-06-15