摘 要： 在后備直流電源的使用中， 閥控鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用。但在具體使用中由于缺乏必要的監(jiān)測(cè)手段， 同時(shí)日常監(jiān)測(cè)又不具備準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)方法， 所以直流電源中常由于電池問(wèn)題引發(fā)事故。設(shè)計(jì)一種有效的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方案， 通過(guò)力控組態(tài)軟件準(zhǔn)確掌握蓄電池電壓、內(nèi)阻和剩余電量等參數(shù)， 實(shí)現(xiàn)了鉛酸蓄電池組監(jiān)測(cè)和性能預(yù)測(cè)的自動(dòng)化。

　　0  引 言

　　目前， 電能存儲(chǔ)和使用主要靠蓄電池完成， 而閥控鉛酸蓄電池（ VRLAB） 因其密封性好、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。但是由于各種原因時(shí)常會(huì)出現(xiàn)蓄電池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定時(shí)間的情況， 甚至出現(xiàn)直流電源事故。

　　為了給VRLA 蓄電池組的檢測(cè)提供一個(gè)安全可靠的監(jiān)測(cè)平臺(tái)， 將傳統(tǒng)的分離式檢測(cè)過(guò)程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)， 構(gòu)成一個(gè)便捷、智能型自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)對(duì)VRLA 蓄電池組及其單節(jié)電池電壓和內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)， 并能有效判斷蓄電池組容量和性能?，F(xiàn)擬采用電壓采集模塊、內(nèi)阻采集模塊和組態(tài)軟件組成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 對(duì)VRLA 蓄電池組的使用進(jìn)行監(jiān)控， 確保電池組的長(zhǎng)時(shí)間有效工作。

　　1  系統(tǒng)功能

　　VRLA 分布式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為閥控式密封鉛酸蓄電池（ VRLA） 的運(yùn)行管理設(shè)計(jì)的， 用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)蓄電池組的運(yùn)行狀況， 電池組總電壓、充放電電流、電池容量、單電池電壓和內(nèi)阻， 通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理。

　　2系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)機(jī)組和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器構(gòu)成。

　　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)機(jī)組可由多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式采集網(wǎng)絡(luò)， 完成對(duì)不同蓄電池組的監(jiān)測(cè)管理， 采集電池組的電壓、電流， 計(jì)算電池容量。通過(guò)計(jì)算機(jī)的RS 232 串口，將采集的單電池電壓和內(nèi)阻傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中， 實(shí)時(shí)顯示電池?cái)?shù)據(jù)， 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 查詢(xún)數(shù)據(jù)， 并智能分析數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、管理和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

　　各類(lèi)結(jié)構(gòu)（ C/ S 或B/ S 結(jié)構(gòu)） 終端客戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)和查詢(xún)數(shù)據(jù)。

　　3  軟件設(shè)計(jì)

　　組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與控制的專(zhuān)用軟件， 能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法， 其預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能， 并能同時(shí)支持硬件廠(chǎng)家生產(chǎn)的各種計(jì)算機(jī)和硬件設(shè)備與高可靠性的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合?？上蛘麄€(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供軟硬件的全部接口， 進(jìn)行系統(tǒng)集成。

　　力控軟件是運(yùn)行在Window s 98/ NT / 2000/ XP 操作系統(tǒng)上的監(jiān)控組態(tài)軟件， 主要包括工程管理器、人機(jī)界面VIEW、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)DB、I / O 驅(qū)動(dòng)程序以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件等。

　　3. 1  軟件組成及功能

　　VRLA 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的主要功能如下：

　　（ 1） 實(shí)時(shí)顯示電池組總電壓、充放電流、電池剩余容量；

　　（ 2） 自動(dòng)控制單電池電壓、內(nèi)阻巡檢， 并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值；

　　（ 3） 顯示電池組總電壓和充放電流的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)；

　　（ 4） 可查詢(xún)單片機(jī)電壓和內(nèi)阻歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表；

　　（ 5） 可設(shè)置電池組容量值和內(nèi)阻巡檢周期值；

　　（ 6） 可手動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)阻巡檢。

　　3. 2  軟件實(shí)現(xiàn)

　　主控界面如圖1 所示， 分別顯示電池組總電壓、采樣電流、剩余電量和累積電量， 也可以設(shè)置當(dāng)前電池組的電池額定容量， 并預(yù)測(cè)剩余電量。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)體現(xiàn)充放電過(guò)程中總電壓與充放電流之間的相互關(guān)系。

圖1 系統(tǒng)主控界面圖

　　圖2 為單電池采樣界面， 分別顯示18 節(jié)電池的單電池電壓值和內(nèi)阻值。單電池電壓巡檢過(guò)程采用實(shí)時(shí)采樣方式， 采樣時(shí)間間隔為50 ms。因?yàn)殡姵氐膬?nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)變化較小， 尤其在充電過(guò)程中， 因此， 電池內(nèi)阻巡檢采用兩種方式： 周期采樣方式和手動(dòng)采樣方式。通過(guò)點(diǎn)擊 內(nèi)阻監(jiān)測(cè) 選項(xiàng)， 在內(nèi)阻參數(shù)設(shè)置中填寫(xiě)采集周期時(shí)間， 系統(tǒng)將按此設(shè)定值周期循環(huán)巡檢， 或者點(diǎn)擊 立即采樣 按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)巡檢。

　　通過(guò)內(nèi)阻的監(jiān)測(cè)可以對(duì)電池的性能進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)，并通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警， 以免出現(xiàn)事故。

　　3. 3部分程序設(shè)計(jì)

　　3. 3. 1單電池內(nèi)阻的定時(shí)采樣設(shè)計(jì)

　　內(nèi)阻是考核電池性能的一種相當(dāng)可靠的方法， 通過(guò)電池內(nèi)阻可以預(yù)測(cè)其放電性能。為了能夠有效地測(cè)量?jī)?nèi)阻值， 采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)周期巡檢和手動(dòng)巡檢相結(jié)合的方法， 既可以實(shí)現(xiàn)巡檢的自動(dòng)化， 又可以根據(jù)用戶(hù)需要實(shí)時(shí)查看。具體程序如下：

圖2 單電池采樣界面圖

　　3. 3. 2剩余容量的預(yù)測(cè)計(jì)算

　　電池組剩余容量使監(jiān)測(cè)可以有效地實(shí)現(xiàn)電池管理，及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電操作， 提高電池組的使用壽命。

　　剩余容量計(jì)算采用連續(xù)系統(tǒng)離散化方法， 對(duì)采樣周期離散處理后得：

　　由上式可知F（ t ） 為實(shí)際采樣后的累積量， 近似為離散信號(hào)與采樣時(shí)間周期T 的乘積。

　　按此公式， 剩余容量的計(jì)算程序如下：

　　4系統(tǒng)特點(diǎn)

　　針對(duì)VRLA 蓄電池組在EPS 系統(tǒng)中的需求， 監(jiān)控軟件主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　信息共享功能 系統(tǒng)服務(wù)器從各遠(yuǎn)程采集站收集當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布， 使各個(gè)職能部門(mén)能夠了解實(shí)時(shí)或歷史的相關(guān)數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)信息的共享。

　　強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)功能 在顯示屏上以畫(huà)面、報(bào)表、圖像的形式動(dòng)態(tài)顯示VRLA 電池組的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。顯示界面上可顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 也可以顯示歷史數(shù)據(jù)，并通過(guò)顏色變化、百分比等手段增強(qiáng)畫(huà)面的可視性。

　　數(shù)據(jù)管理功能 數(shù)據(jù)管理功能包括： 數(shù)據(jù)存檔功能（ 系統(tǒng)對(duì)其從各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集的各種電壓和內(nèi)阻等信息數(shù)據(jù)， 按照其不同類(lèi)型、名稱(chēng)、屬性、時(shí)序等特征分類(lèi)， 建立必須的數(shù)據(jù)庫(kù)） ; 數(shù)據(jù)顯示功能（ 系統(tǒng)對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)， 可按照不同形式進(jìn)行顯示， 其顯示方式為數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)、表格、圖像、曲線(xiàn)等， 并可以用顏色和符號(hào)表明數(shù)據(jù)的性質(zhì)） ; 數(shù)據(jù)處理功能（ 系統(tǒng)對(duì)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)， 可進(jìn)行值、值、平均值等的運(yùn)算處理， 可根據(jù)需要生成各類(lèi)報(bào)表、趨勢(shì)曲線(xiàn)） ; 報(bào)表生成和打印功能（ 操作人員利用系統(tǒng)提供的實(shí)用程序， 通過(guò)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話(huà)， 可完成報(bào)表的設(shè)計(jì)， 并具有隨時(shí)打印的功能） 。

　　遠(yuǎn)程控制功能 為了提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度， 通過(guò)RS 485接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制VRLA 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的巡檢過(guò)程， 如手動(dòng)巡檢單電池組內(nèi)阻等操作。

　　5  結(jié) 語(yǔ)

　　通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)VRLA 蓄電池組的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)， 克服了原來(lái)由人工檢查測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)的各種問(wèn)題。本系統(tǒng)能夠有效把握V RLA 蓄電池組的工作狀態(tài)， 監(jiān)測(cè)蓄電池的后備使用狀況。不僅能夠?qū)崟r(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電池電壓和內(nèi)阻， 有效預(yù)測(cè)總電池組容量和單電池的性能， 而且能夠通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)現(xiàn)信息共享， 提高了監(jiān)測(cè)效率。本系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)家圖書(shū)館、首都機(jī)場(chǎng)等工程的EPS 系統(tǒng)中。