基于CAN總線的工廠電力監測分析網絡系統設計

4.系統軟件設計和數據分析
　　在軟件設計中，遵循模塊化設計思想，采用結構化程序設計方案，使之具有良好的模塊性、可修改性及可移植性。
　　根據主計算機系統所完成的任務，對于人機交流環節采用直觀易懂、操作簡便的圖形界面。PC機的軟件開發采用微軟的Visual Basic3.0。因為VB作為Windows應用程序，有著與其它Windows應用程序相互一致、友好的用戶界面，操作上十分方便。另外VB具有動態數據交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)、豐富的API函數、支持動態鏈接庫(DLL)以及對數據庫的操作管理等功能，這對于管理后臺數據以及與網絡節點進行通訊是十分方便的。
　　網絡節點模塊采用MCS-51匯編語言進行程序設計。MCS-51的指令系統指令豐富，尋址方式多樣，支持各種類型的數據處理，具有執行速度快、編程效率高等特點，適于工業控制領域的應用。
　　故障錄波是對信號進行高速采樣，并利用采樣數據繪制信號曲線，以便了解信號的變化情況，預測信號的變化趨勢，是電力系統中監測信號的常用辦法。
　　本系統中要求對零序電流及三相電壓信號進行故障錄波。錄波信號的模/數轉換采用P80C592的A/D轉換器完成，以提高系統可靠性，減小體積，降低成本。P80C592的A/D轉換器為10位轉換器，在16MHz振蕩頻率下A/D轉換時間為37.5μs(見圖2)。
　　本軟件系統共有21個功能子程序，其它子程序這里不再一一列舉。
　　在整個軟件系統中，數據處理模塊負責對網絡節點數據作快速傅利葉變換(FFT)和數據分析，及繪制電流，電壓的變化曲線。對于離散的時間信號，其FFT正、反變換分別為：

　　函數p(k)=｜X(k)｜稱為x(n)的振幅譜。在本系統中主要通過離散的FFT對信號的振幅進行分析，查出是否有干擾或不正常點，然后進行FFT反變換恢復原始信號，觀察信號原形。
　　我們將具有N個元素的原函數序列x(n)分解成兩個分離的長度各為N/2的數列，然后對分離的序列分別用N2/4次復數加法和乘法作傅利葉變換，再將中間結果組合成具有N個元素的數列x(n)。經過抽選操作，總運算次數降為：N*log2N。
　　運用基2時域FFT的蝶型抽選的計算流程，對上式進行奇(Xm(k))、偶(Ym(k))分解后有下式：

Xm(k)=Xm(k)+WPN+Ym-1(k)，
0≤k≤2m-1

(4-3)

其中：WN=exp(-j2π/N)
　　由上式可知，每一個蝶型運算都需要兩個輸入數據，計算結果也是兩個數據，與其它結點數據無關。這樣一次計算后輸入數據就可放棄，減少了對內存的占用，提高了計算速度。
　　正常的正弦波經FFT正變換為兩個對稱的最大譜線，反變換后可以完全恢復原始信號；而帶干擾的正弦波經FFT正變換后，除兩個對稱的最大譜線外，干擾信號的其它譜線也存在，據此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號的位置，并發出采取相應措施的指令，啟動執行機構或保護裝置。
5.結論與展望
　　本系統的最大特點就是造價低、結構靈活實用、高可靠性且安裝調試簡單，根據不同的現場情況與用戶要求，本系統可擴展為不同的模式。除對高壓配電盤上的模擬量和開關量進行監測外，也可用于對某些重要的低壓配電和低壓電機等電器設備運行狀態的監測和控制。
　　現場總線不單單是一種通信技術，也不僅僅是用數字儀表代替模擬儀表，關鍵是用新一代的現場總線控制系統FCS(Field Bus Control System)代替傳統的集散控制系統DCS(Distributed Control System)，實現現場通信網絡與控制系統的集成。其本質即要實現在現場通信網絡、現場設備互連、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開放式互連網絡等功能。這也為工廠生產的全面自動化和遠程控制奠定了基礎。

參考文獻

1　鄔寬明.CAN總線原理和應用系統設計.北京：北京航空航天大學出版社，1996：8～26
2　翟麗萍.CAN工業配電監測網絡系統.大連理工大學碩士論文，1998：5～22
3　Sun Ao,He Xiwen,Xu Chengshen,Chen Xing.The Expert Network for Factory Automation Using Multi-sensor Information Fusion.First Information Conference on Multisource-Multisensor Information Fusion,Las Vegas,USA,1998
4　何熙文，徐承深，孫翱.Intel 8XC196MC/MD高檔單片機原理及實用設計.大連：大連理工大學出版社，1995.12：31～36