基于電力載波和LabVIEW的過程參數測控系統設計*

杜嘉明，李澤滔，夏　磊

(貴州大學電氣工程學院，貴州貴陽550025)

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基于電力載波和LabVIEW的過程參數測控系統設計*

杜嘉明，李澤滔，夏磊

(貴州大學電氣工程學院，貴州貴陽550025)

摘要：目前的工業生產測控領域還在廣泛采用專用信號電纜鋪設的傳統測控系統，它存在成本高、維護難等問題，并限制了測控系統傳感器所能覆蓋的范圍。為了解決這些問題，本設計將電力載波通信技術應用到過程參數測控系統中，系統由采用PL3201芯片設計的三塊相同載波通信模塊、使用LabVIEW設計的配套上位機軟件、采用AT89S52芯片設計的終端采集模塊、電力線構成，系統主要采集溫濕度、煙霧等數據，經實驗室和工業現場測試該系統實時性、可靠性符合一般過程參數測控系統要求。

關鍵詞:PL3201電力載波LabVIEWAT89S52單片機過程參數

0引言

所謂電力線載波通信(PLC，Power Line Communication)是指利用電力線作為傳輸通道的載波通信方式。其利用現有交流電源線作為通訊線路，省去了不切實際的鋪線工程，因此能夠大大方便測控系統傳感器的安裝，擴大傳感器的覆蓋面，提高控制系統的可觀測性進而提高系統的運行質量，達到提高生產效率、節能減排的目的[1]。

本項目所研究的通信模塊和測控樣機系統，降低了測控系統的工程費用和工程難度，使測控系統的精確性、實用性、經濟性和靈活性大大增加，為提高生產質量、節能降耗提供了條件[2]。

1總體方案設計

本設計集成了低壓電力載波技術、單片機及傳感器、數據采集控制等于一體的系統。同時，結合工業生產過程參數測控系統的特點，設計出配合上位機的整體架構。

上位機下發命令到載波通信主模塊，再通過電力線載波通訊將命令傳遞給連接在電力線上的各個載波通信從模塊，下位機采集控制模塊通過串口連接起載波通信從模塊，用來采集溫濕度、煙霧、紅外、雨滴數據和控制繼電器。通過系統主機下發命令確定采集某一從模塊的某種數據或者啟停繼電器，系統總體方案如圖1所示。

圖1　系統總體方案

2系統硬件設計

2.1溫濕度模塊

本設計采用的溫濕度采集模塊是DHT11，該傳感器應用廣泛，能同時采集溫度和濕度數據，硬件電路如圖2。

圖2　溫濕度采集模塊

2.2煙霧、紅外、雨滴、繼電器模塊

本設計采用Arduino機器人套件的煙霧、紅外、雨滴模塊和1路繼電器模塊。煙霧、紅外、雨滴傳感器顧名思義，分別用來監測是否有煙霧、是否有人經過、是否有雨滴落下[3]。

系統采用天津銳志RZ-51V20開發板制作終端采集模塊，該開發板集成了Atmel公司的AT89S52單片機，我們將溫濕度模塊、煙霧、紅外、雨滴、繼電器模塊連接在開發板上，并將采集模塊和載波通信從模塊通過串口連接起來。當有命令時，指令通過單片機和載波通信模塊傳至上位機，在LabVIEW界面進行溫濕度、繼電器狀態顯示，或煙霧濃度、紅外、雨滴報警指示等，根據指令信息執行相應的動作。

2.3載波通信模塊

本設計采用的載波通信模塊采用PL3201為核心，集成有PL3201的最小系統、電源電路、通信接口電路(串口)、功率放大電路、發送/接收濾波電路和耦合保護電路等[4]。載波通信模塊結構如圖3所示。

圖3　載波通信模塊結構

3系統軟件設計

系統軟件設計主要分為三個部分，包括上位機程序、載波通信模塊程序和下位機程序。

3.1上位機程序設計

本設計采用圖形化編程語言LabVIEW設計上位機程序，設計的測控系統登陸界面和測控主機正常工作界面如圖4、圖5所示。

圖4　測控系統登陸界面

圖5　測控主機正常工作界面

每間隔一段時間，下位機主動采集一次溫濕度數據，并上傳到上位機，以數字和曲線波形形式表示，并保存數據[5]。當下位機接收到紅外、煙霧、雨滴報警數據時，對應的紅燈亮，切換標簽頁，可顯示來自不同下位機傳遞的數據[6]。圖6為采用LabVIEW編程的部分圖形程序。

圖6　LabVIEW編程的部分圖形程序

3.2載波通信程序設計

載波通信程序的流程圖如圖7所示。

圖7　載波通信程序的流程圖

3.3下位機程序設計

下位機采集溫濕度數據上傳需要等待上位機的命令，而煙霧、紅外、雨滴傳感器一旦采集到數據就直接上傳到上位機，繼電器開關的啟停則直接受上位機控制[7]。

4總結

本項目研究設計出的基于電力載波和LabVIEW的過程參數測控系統，經實驗室調試與工業現場測試，能在常規的工業環境中穩定工作，通過載波通信模塊將采集到的現場數據通過電力線載波通

信方式可靠的傳送到測控系統主機，同時能準確的將各種控制命令通過電力線載波通信方式傳送至各采集控制模塊。但在設計過程中，為提高載波通信方式的可靠性而犧牲了部分通信速度，雖然能準確的獲取現場的相應數據，實時性也能夠滿足一般的過程測控系統要求，但對于快速測控系統，其實時性還有待提高。

參考文獻

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李澤滔(1960-)，男，貴州人，教授，現主要從事計算機控制技術研究。

夏磊(1990-)，男，安徽人，碩士生，主要研究方向為電力電子技術在電力系統中的應用。

Design of process parameter measurement and control system based on power-line communication and LabVIEW

DU Jiaming, LI Zetao, XIA Lei

Abstract:At present, the traditional measurement and control system with dedicated signal cables is widely used in industrial measurement and control field, but it is expensive, difficult to maintain, and has limited the coverage of the sensors. In order to solve these problems, we adopted the power-line communication technology for the design of the process parameter measurement and control system. The system consisted of three same power-line communication modules with PL3201 chips, host computer software developed with LabVIEW, terminal collecting module with AT89S52 microcontroller, and power lines. The system mainly collected temperature, humidity, smoke and other data. Through lab and field tests, the system was proved to be able to meet the requirements of instantaneity and reliability for process parameter measurement and control systems.

Keywords:PL3201;power-line communication; LabVIEW; AT89S52 microcontroller; process parameter

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：杜嘉明(1989-)，男，湖北人，碩士生，主要研究方向為計算機控制技術。

基金項目：貴州省優秀科技教育人才省長專項資金項目(NO.Z103243)資助。

中圖分類號：TP386.1

文獻標識碼：B

文章編號：1002-6886(2016)02-0085-03