基于无线组网技术的工业设备电源远程管理系统设计

胥祯浩+张哲+方泽豪+成新民

摘要：在工业设备系统中，设备电源难以得到实时有效的监测，并且不能实现在远距离控制启停。设计了一个基于Zigbee无线组网技术的工业设备电源远程管理的系统。系统以Labview作为人机交互端。Zigbee组网技术为核心来进行终端节点工业开关的监测，并对Zigbee通信模块之间的数据交互进行控制，实现工业设备电源远程管理的功能。

关键词：工业设备电源；人机交互；远程管理；无线组网

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0174-02

1 引言

现代工业生产中，由于生产工序很多，各道生产工序有不同的生产车间，而生产设备安装在各个车间。考虑到工业生产设备目前都有远程监控的功能[1]，集中控制室距离各个车间较远，且生产车间位置分散，设备电源的开启和紧急切断需要人工到现场操作，带来了很多不便，特别是紧急情况下，需要远程及时了解生产设备的供电信息且能够及时进行开关动作，这需要对生产设备的电源进行集中管理。本文应用无线组网技术设计了一个工业设备电源远程管理的系统，有效管理各个生产车间主要设备的控制柜电源，实现设备控制柜电源的远程操控。

2 设备控制柜电源远程管理系统硬件设计

2.1 系统总体设计

自主设计了工业设备电源远程管理系统，由安装在上位机上的远程管理系统、远程控制电路模块，检测电路模块，无线收发电路模块、现场控制电路组成的设备控制柜电源远程管理系统。运用远程监控管理技术[2]，构建工业设备电控柜实时监控系统，动态掌握工业设备电控柜电源开关情况，值班人员只需在中控室，就能了解各个设备电控柜电源的开关状态和设备的工作状态，当设备电源故障发生时可以通过显示状态和采集数据进行控制柜电源故障分析[3]，最大限度提高工作人員的工作效率。整个系统的总体结构框图如图1所示。

2.2 电路通断检测电路设计

本系统采用电压互感器判断电路的开断情况，当电路左端有电流流过时，电路的右端会产生感应电流，我们将该感应电流转化为电压量，并利用整流桥整流，电容滤波后，输出一个直流电压给芯片中的AD检测模块检测，就可以知道当前电路是否工作。而且由于电压互感器检测和工作电路两端没有直接连接，因此该模块非常的安全可靠，抗干扰能力强。电流通断检测电路如图2。

我们采用三极管控制继电器的方法实现开关的控制，继电器的开闭可以控制整个工作电路导通与截止，从而实现远程打开和停止工作电路这一功能。在主控电路板上，工作电路与继电器相连。三极管是常用的电路参数放大器件，在该电路中作为开关放大使用，因为微处理器的GPIO口的负载能力太低，其输出电流并不能满足直接用来驱动继电器。而采用了二极管是利用了二极管的单向导通性，由于继电器是一个感性元件，二极管可以防止电路失电时继电器逆向的电流对电路造成损害。电路通断模块如图3。

2.3 Zigbee无线收发模块

Zigbee无线模块使用Texas Instruments公司的CC2530芯片开发而成。Zigbee无线模块遵循IEEE 802.15.4标准的规定，有低功耗、低成本、低速率、支持大量节点的特点。它具有接受和发送两种模式。

Zigbee发送模块与上位机相连。上位机通过串口发送指令给发送模块，经过模块处理，直接发送给相应的接收模块。发送模块还会根据接受部分传回的数据通过串口传给上位机。Zigbee发送模块的工作流程图如图4所示。

Zigbee接收模块收到发送过来的指令后，实现特定的功能，实现工业设备的控制。实时监测设备的电压，当电压值发生变化时，把数据传给发送模块。Zigbee接收模块的工作流程图如图5所示。

3 设备电源远程动态监测和控制管理系统设计

本系统监测与控制部分上位机软件采用LabVIEW作为开发环境[4]，作为一种常用的一种上位机开发软件，其本身就具有完备的函数库，几乎包括了所有开发所需要的函数，例如数据采集、数字通信、信号处理等一些常用于开发的函数库。本系统通过串口的VISA配置来实现ZigBee主节点与上位机的通信，用户可以通过上位机来直接监测到厂房中各台电源的状态，同时也可以通过上位机主动地控制各台电源的状态，以防止发生特殊的危险情况。

系统主界面主要由三个开关和指示灯，一个总电源开关，串口选择键，波特率选择键组成。上位机界面如图6所示。

上位机主要通过串口进行数据的传输与接收，LabVIEW主程序框图如图7所示。

4 结语

本文设计了一具有低成本、低功率的工业电源无线控制系统。使用该控制系统时，终端实时返回用电器的开关状态至上位机的人机界面。工作人员可以在上位机端操作，通过无线发送远程控制继电器信号，从而控制工业用电器电控柜。同时，这个系统对用电器的电压进行了实时监测，可把电压值通过无线实时返回上位机，还能在数据库中进行备份。

该工业设备电源远程管理系统电路简单，性能较稳定，抗干扰能力强，可靠性高，搭建方便，易于扩展；在室外开阔地带通信距离可以达到300米。因此本系统在对工业设备远程采集监测和管理是较为成功的。

参考文献

[1]彭燕基于ZigBee的无线传感器网络研究[J]现代电子技术2011，34（5）：49-51.

[2]毛鹏军，姜水，王俊，张伏，邱兆美.基ZigBee技术的温室环境无线监测系统设计[J].中国农机化学报2015，36（1）：102-106.

[3]赵明.基于ZigBee的无线楼宇火灾监测网络设计[D].华中科技大学，2008.

[4]段培永，刘桂云，段晨旭，等基于LabVIEW和CAN总线的吸收式制冷机组数据监控系统[J].计算机系统应用.2015，24（4）：103-107.endprint