風(fēng)光電互補(bǔ)泵站云端控制技術(shù)研究

殷好 廖希翼 駱紫薇 李慧

摘 要：隨著我國水利工程的不斷建設(shè)，泵站數(shù)量隨之增加，針對農(nóng)村小型泵站分布廣，數(shù)量多，管理難度大的問題，利用風(fēng)能與光能的互補(bǔ)特性，進(jìn)行對于基于云端技術(shù)的風(fēng)光電互補(bǔ)泵站遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究。將風(fēng)光電互補(bǔ)供電系統(tǒng)與云端控制等技術(shù)運(yùn)用于中小型泵站，對于中小型泵站管理的科技化、規(guī)范化，合理利用可再生能源等方面有著重大意義。

關(guān)鍵詞：云端技術(shù);風(fēng)光電互補(bǔ);泵站;遠(yuǎn)程控制

云端技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)+的發(fā)展趨勢，正逐步在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智慧城市等領(lǐng)域應(yīng)用推廣，目前，云端技術(shù)在中小型泵站中的應(yīng)用還在探索階段。且我國作為能耗大國，常規(guī)能源的儲(chǔ)量卻不容樂觀。因此，開發(fā)利用包括風(fēng)能和太陽能在內(nèi)的可再生能源已成為國家乃至世界正在努力研究與發(fā)展的任務(wù)。利用風(fēng)能與光能的互補(bǔ)特性，我們在小型泵站上采取風(fēng)光電互補(bǔ)的供電系統(tǒng)，在節(jié)能減排方面有著重大效應(yīng)。

1 系統(tǒng)功能及其構(gòu)成介紹

該系統(tǒng)主要由小型泵站、風(fēng)光電互補(bǔ)供電系統(tǒng)、PLC設(shè)備（西門子S7-200 SMART系列微型可編程邏輯控制器）、無線通訊模塊、手機(jī)終端、云端服務(wù)器組成。系統(tǒng)采用風(fēng)光電互補(bǔ)供電系統(tǒng)為小型泵站供電，通過遠(yuǎn)程控制軟件和PLC編程軟件等上位機(jī)操作環(huán)境，進(jìn)行遠(yuǎn)程下載PLC程序;通過對于智能泵站遠(yuǎn)程控制軟件的編寫，可通過手機(jī)APP、小程序、短信、網(wǎng)頁等方式遠(yuǎn)程控制，以達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控泵站的功能;同時(shí)也可通過操作觸摸屏等本地控制的方式進(jìn)行監(jiān)控智能泵站，風(fēng)光電互補(bǔ)泵站的云端控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1風(fēng)光電互補(bǔ)供電系統(tǒng)

1.1.1系統(tǒng)組成

風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)主要由光伏、風(fēng)力機(jī)、交流和直流負(fù)載、控制器、儲(chǔ)能元件、變壓器、整流器、逆變器組成，如圖2所示;系統(tǒng)利用光伏、風(fēng)力機(jī)進(jìn)行發(fā)電，采用蓄電池保存它們產(chǎn)生的電能，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)與小型泵站連接時(shí)，蓄電池放電，從而實(shí)現(xiàn)對小型泵站的穩(wěn)定供電。

1.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)除了上述裝置以外，還可以搭建光伏輸出顯示模塊、風(fēng)力輸出顯示模塊、逆變輸出顯示模塊，實(shí)現(xiàn)對電壓、電流信號的采集，同時(shí)可以由計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

監(jiān)控系統(tǒng)所用到的設(shè)備可包括：光伏電流表與電壓表、風(fēng)力電流表與電壓表、逆變電流表與電壓表;光伏控制器、風(fēng)力控制器、逆變控制器等。

1.2云端控制系統(tǒng)

本文研究的基于云端技術(shù)的風(fēng)光電互補(bǔ)泵站遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過開發(fā)基于iOS與Android系統(tǒng)的APP與微信小程序來實(shí)現(xiàn)手機(jī)與PLC控制系統(tǒng)的交互，再結(jié)合云端技術(shù)以處理更多的數(shù)據(jù)，使對于泵站的智能控制更加先進(jìn)、合理、便捷。

1.2.1PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

我們選擇西門子S7-200 SMART 系列微型可編程邏輯控制器，以實(shí)現(xiàn)對于泵站的控制，包括水泵啟停，過載保護(hù)，閥門升降，參數(shù)監(jiān)測等功能，其PLC程序梯形圖如圖3所示。

1.2.2泵站遠(yuǎn)程通訊控制系統(tǒng)

本項(xiàng)目采用云端控制，所謂云端，實(shí)際上就是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”。凡是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)溝通多臺(tái)手機(jī)或計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)算工作，或是透過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)取得由遠(yuǎn)程主機(jī)提供的服務(wù)等。為了能更加方便的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用手機(jī)的便攜性，我們使用Google的開源工具包Flutter和Google的編譯器Android Studio編寫一個(gè)簡潔、實(shí)用、精美的app。

（1）使用Flutter開發(fā)的原因

1.跨平臺(tái)開發(fā)

針對 Android 與 iOS 的風(fēng)格，F(xiàn)lutter設(shè)計(jì)了兩套設(shè)計(jì)語言的控件（Material & Cupertino）。這樣既節(jié)約了人力成本，在用戶體驗(yàn)上也能夠更好的適配 App 運(yùn)行的平臺(tái)。

2.優(yōu)秀的動(dòng)畫設(shè)計(jì)

Flutter的動(dòng)畫簡單但是十分流暢順滑，根據(jù)屏幕刷新率，它的動(dòng)畫對象會(huì)每秒產(chǎn)生很多個(gè)（一般是60個(gè)）浮點(diǎn)數(shù)，只需要將一個(gè)組件屬性通過補(bǔ)間（Tween）關(guān)聯(lián)到動(dòng)畫對象上，F(xiàn)lutter會(huì)確保在每一幀渲染正確的組件，從而形成連貫的動(dòng)畫。所以Flutter開發(fā)的app有著優(yōu)秀的視覺效果和流暢的交互體驗(yàn)。

3.可選靜態(tài)的語言，語言特性優(yōu)秀

Dart可以被編譯成js，但是看起來更像java，可以避免錯(cuò)誤，從而獲得更多的編輯器提示詞，極大的增加可維護(hù)性。很多js庫也已經(jīng)用ts重寫了，Vue3.0的底層也將全部使用ts編寫，靜態(tài)語言的優(yōu)勢不言而喻。

（2）開發(fā)效果展示

最外層是一個(gè)Container組件，所有的按鈕，圖標(biāo)，文字顯示欄都包含在里面，成為是他的子組件，這個(gè)組件可以設(shè)置他的屬性是它變得更加美觀。在這個(gè)組件里每個(gè)子組件可以設(shè)置它的相對位置，是整體布局更加整齊美觀。

除此之外，還使用了TextField（文本框組件），Scaffold（手腳架組件），F(xiàn)latButton（扁平按鈕組件），IconButton（圖標(biāo)按鈕組件），ButtonNavigationBar（底部導(dǎo)航條組件）等。

其中IconButton（圖標(biāo)按鈕組件）可以設(shè)置已定義好的背景圖片，設(shè)置成符合按鈕功能的背景圖片，使按鈕更加實(shí)用美觀。

并且從主界面圖可以看出，點(diǎn)擊紅色的開關(guān)按鈕，按鈕顏色變化，并且透明文本框顯示不同的內(nèi)容，這是因?yàn)槭褂昧税粹o提供的onPressed屬性設(shè)置，為按鈕綁定點(diǎn)擊后的事件。

ButtonNavigationBar（底部導(dǎo)航條組件）用于切換不同的界面，因?yàn)橐粋€(gè)功能齊全的app不可能只有一個(gè)界面，將編寫好的界面設(shè)置到組件中，就可以在點(diǎn)擊的時(shí)候進(jìn)行切換了。

（3）開發(fā)中的問題

關(guān)注操作者行為

只有符合用戶操作習(xí)慣的界面才能給用戶更好的體驗(yàn)，我們應(yīng)該按照操作者的操作習(xí)慣來決定著APP界面和按鈕的分布情況，時(shí)刻關(guān)注操作者者的反饋，更新進(jìn)步，并努力提供更新更好的功能。

優(yōu)化UI設(shè)計(jì)

好的UI設(shè)計(jì)能夠讓應(yīng)用變得有個(gè)性、品味，讓應(yīng)用的操作變得舒適、簡單、流暢，充分體現(xiàn)應(yīng)用的定位和特點(diǎn)。為了確保界面友好，編寫app的時(shí)候需要關(guān)注愉悅性、實(shí)用性和功能性三方面。

安全性

如今網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常出現(xiàn)財(cái)產(chǎn)損失事件，所以我們一定要重視這個(gè)問題，盡量避免一些漏洞的出現(xiàn)，保障客戶隱私安全，這樣才能讓app得到持續(xù)性的發(fā)展。

2 結(jié)語

本文主要介紹了基于云端技術(shù)的風(fēng)光電互補(bǔ)泵站遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)將中小型泵站的建設(shè)推向智能化、綠色化發(fā)展，向中小型泵站提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控的手段，使對于中小型泵站的管理更加高效便捷，大大節(jié)省了人工成本。

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作者簡介：

殷好，女，生于1999年9月，江蘇無錫人，揚(yáng)州大學(xué)本科在讀，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)

【基金項(xiàng)目】

本文系2019年揚(yáng)州大學(xué)大學(xué)生科創(chuàng)基金項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助，項(xiàng)目編號：X20190455

（揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225127）