【正文】 ................................ 22 MCGS 嵌入式組態(tài)軟件簡介 ................................... 24 基于 MCGS 組態(tài)軟件的液晶監(jiān)控界面設(shè)計(jì) ....................... 25 基于 MCGS 的組態(tài)過程和腳本驅(qū)動的開發(fā) ....................... 32 5 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................. 34 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖 ....................................... 34 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能描述 ................................... 34 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊 ................................... 36 LabVIEW 概述 .............................................. 37 基于 LabVIEW 的上位機(jī)界面設(shè)計(jì) .............................. 38 結(jié)論 .............................................................. 44 謝辭 .............................................................. 45 參考文獻(xiàn) .......................................................... 46 1 鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要： 目前，隨著電池工業(yè)的迅速發(fā)展，對電池產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的能力及電池的產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，電池化成監(jiān)控設(shè)備的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電源工作的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。首先，一個(gè)性能可靠的電源是必不可少的，其次電池化成監(jiān)控設(shè)備的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到化成的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作，從而對電池的化成起著至關(guān)重要的作用。因此，在鋰電池生產(chǎn)過程中，數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。虛擬儀器主要是指這種方式。 鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1）就控制器這方面而言 —— 數(shù)字化：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，采用單片機(jī)或 DSP 等微處理器控制的智 能化成監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為主流。客戶 /服務(wù)器 /瀏覽器 (C/S/B)模式為前兩者的結(jié)合。 3）介紹下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并在 MCGS 組態(tài)開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)出液晶監(jiān)控界面；并且還會重點(diǎn)討論腳本程序的開發(fā)。 鋰電池化成的第一步恒流充電和第二步恒壓充電如圖 所示 恒 流 恒 壓充 電 電 壓充 電 電 流 時(shí) 間T 1T 2 圖 恒流恒壓充電電流電壓波形 鋰電池化成第四步恒流放電如圖 所示 7 放 電 電 壓放 電 電 流 時(shí) 間 圖 恒流放電電壓電流波形 由圖 和圖 可知，鋰電池的化成不僅需要按照一定的化成步驟進(jìn)行，還要按照規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行化成，如恒流充電到 T1 結(jié)束，這個(gè) T1 對應(yīng)的截止點(diǎn)是恒流充電截止電壓，恒壓充電到 T2 結(jié)束，這個(gè) T2 對應(yīng)的截止點(diǎn)是恒壓充電截止電流。 6）運(yùn)行參數(shù)顯示和運(yùn)行曲線顯示；每個(gè)設(shè)備每個(gè)電池單元都有各自的運(yùn)行參數(shù)， 8 包括蓄電池電壓電流等，這些值，在我的監(jiān)控系統(tǒng)中，必須可以實(shí)時(shí)觀察到。D C / D C電 池D C / D C電 池D C / D C電 池設(shè) 備 1設(shè) 備 2A C / D C電 網(wǎng)電 能 檢 測雙 向雙 向圖 電能監(jiān)控示意圖 圖 為電能監(jiān)控示意圖。液晶作為一臺設(shè)備的控制中心，對它的要求是需要時(shí)可以脫離 PC 機(jī)的指令，獨(dú)立的監(jiān)控該設(shè)備中的所有電池的化成。 3） PC 機(jī)界面：采用 LabVIEW 設(shè)計(jì)。 主電路的簡單介紹 D CV bV gS 3S 4S 1S 2C r 1C c 2L r 2L r 1++i c 1i r 1i mi pi r 2i c 2i s 2i s 1++C r 2..C c 1L m+ 圖 有源嵌位反激式雙向 DCDC? 變換器原理圖 本論文各個(gè)電池單元所采用的主拓?fù)潆娐肥怯性大槲环醇な诫p向 DCDC 變換器，其原理圖如圖 所示，在常規(guī)的反激式雙向 DCDC 變換器基礎(chǔ)上，隔離變換器兩側(cè)均引入有源箝位輔助電路 [4]，那么可以將有源箝位 反激式雙向 DCDC 變換器的特點(diǎn)概括如下幾點(diǎn)： 1） Vg 為直流側(cè)電壓， Vb 為電池電壓； 13 2） S1 和 S2 為主功率管， S3 和 S4 為有源箝位輔助功率管； 3） L1 由變壓器漏感和外加串聯(lián)小電感組成，幫助實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)； 4）大電容 Cc1 和 Cc2 電壓不變，小電容 C1 和 C2 減緩開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓上率； 5）主管 S1 和 S2 驅(qū)動信號互補(bǔ)。 2）電池電流采樣： 表 電池 電流采樣 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Ibattery2 Ibattery1 Ibattery_ADC U7 變比 100mV 0mV 結(jié)論： 100 7 ??? mVVIb a tter yIb a tter y U，基本滿足變比。這里需要做下說明，采樣到的值可能會是浮點(diǎn)數(shù) ，必須轉(zhuǎn)化為 16進(jìn)制才能上傳給液晶，所以在上傳之前會乘以 100，液晶接收到數(shù)據(jù)再除以 100 將其還原。 RS485 聯(lián)網(wǎng)通訊存在一個(gè)容量的問題，容量的大小限制了每個(gè)設(shè)備中充電單元的數(shù)目； RS485 總線一般 最多可連接 256 個(gè)節(jié)點(diǎn) ，本論文中一個(gè)設(shè)備 連接 256 個(gè)電池單元。那么如何實(shí)現(xiàn)液晶的監(jiān)控功能，以及如何完成液晶和一個(gè)設(shè)備中兩百個(gè)電池的通訊，都是本章要討論的內(nèi)容。 2 恒壓充電 恒壓充電須設(shè)置恒壓充電電壓值和充電截止電流值。 另外 ，還有兩點(diǎn)需要說明； 1）由單片機(jī)上傳給液晶的數(shù)據(jù)，或者是液晶下發(fā)的數(shù)據(jù)，有小數(shù)存在的可能性，所以在傳遞時(shí)都需要乘以 100，接收到之后再除以 100 還原。 MCGS 嵌入式組態(tài)軟件簡介 MCGS 專門應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件， MCGS 嵌入式包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分。它幫助用戶設(shè)計(jì) 和構(gòu)造自己的組態(tài)工程并進(jìn)行功能測試。 2）主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。 2） 初始化界面 圖 初始化界面 初始化界面， 液晶向兩百個(gè)電池單元統(tǒng)一下發(fā)一組數(shù)據(jù)，通過判斷是否接收到正確數(shù)據(jù)判斷通訊是否正常。運(yùn)行模式界面中，用戶可以選擇不同的運(yùn)行模式，在不同的運(yùn)行模式下輸入化成參數(shù)，點(diǎn)擊“下載參數(shù)”，再點(diǎn)擊“運(yùn)行”便是下發(fā)開機(jī)命令，各個(gè)電池單元便會開始工作。 1）構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 前面已經(jīng)介紹了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的重要性，我們需要操作的數(shù)據(jù)都放在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，包括通訊協(xié)議中的所有參數(shù)，以及建立用戶窗口時(shí)自己定義的參數(shù)。 34 5 上位機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 上位機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖 獨(dú)立的化成監(jiān)控器，往往需要大量的有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來維護(hù)，消耗了大量的精力和物力。 初始化界 面 3）開機(jī)巡檢； 開機(jī)對聯(lián)機(jī)的設(shè)備進(jìn)行巡檢，確認(rèn)與所連接的設(shè)備通信是否良好。 8）實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線； 主要顯示的是電池電壓、電池電流的運(yùn)行曲線和歷史曲線； 9）運(yùn)行參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)保存； 每隔幾秒顯示一組數(shù)據(jù)。 1）網(wǎng)絡(luò)適配器；每個(gè)網(wǎng)卡都有自己的 MAC 地址 [15]，所以 MAC 地址相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備自己獨(dú)有的設(shè)備號，因此 PC 機(jī)通過 MAC 地址區(qū)分到底和哪個(gè)設(shè)備在通訊。使用這種語言編程時(shí)，基本不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。 3）圖標(biāo)連接端口； VI 的圖表和連接端口的功能就像一個(gè)圖形化參數(shù)列表，可在VI 和 SubVI 之間傳遞數(shù)據(jù) [17]。 4）主界面 2 圖 主 界面 2 41 在鋰電池化成過程中， 要求可以實(shí) 時(shí)查看每個(gè)電池的運(yùn)行曲線，以觀察化成的過程，因此，將實(shí)時(shí)曲線通放在主界面一打開就能查看的位置； 5） 電池單元設(shè)置界面 圖 電池單元設(shè)置 界面 上位機(jī)設(shè)計(jì)的要求就是，可以對每個(gè)設(shè)備的每個(gè)電池都能單獨(dú)的控制，所以在電池的背面板里，設(shè)置了啟停控制按鈕，以及單獨(dú)控制該電池時(shí)可以選擇運(yùn)行模式，該電池所需的化成參數(shù)是所在設(shè)備統(tǒng)一下發(fā)的，不過根據(jù)需要可以修改系統(tǒng)參數(shù)（需要密碼）；在該界面，可以看到該電池的運(yùn)行曲線，以及它的運(yùn)行狀況、運(yùn)行模式、當(dāng)前運(yùn)行階段；運(yùn)行參數(shù)每隔 9 秒顯示一組數(shù)據(jù)，每隔幾分鐘自動保 存一組數(shù)據(jù)。在論文一開始介紹了虛擬儀器，為整個(gè)系統(tǒng)提供了很好的設(shè)計(jì)思路，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的提出，更是說明了網(wǎng)絡(luò)化通訊對本論文監(jiān)控系統(tǒng)的重要性。從論文的選題、研究的方法以及論文的撰寫，蘇老師都給了我無私的幫助。 能源 所的幾位師兄師姐也給予了我很大幫助， 劉碩師兄、吳健師兄和江濤師兄為我 解決了很多疑問；戴云霞師姐在液晶界面的制作上給予我很大幫助，液晶和單片機(jī)的通訊也是我們共同合作完成的；虞文惠師姐和林方圓師姐在 上位機(jī)界面的制作中提出了很多寶貴的建議， 在這里一并表示由衷的感謝。 同時(shí)，還要感謝我的同學(xué)們，四年的相處，你們給我的幫助太多，點(diǎn)點(diǎn)滴滴記在心頭。他謙虛嚴(yán)謹(jǐn)治 學(xué)態(tài)度、誨人不倦的工作態(tài)度和求真務(wù)實(shí)的敬業(yè)精神，都深深影響著我。 硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括 采樣電路和 485 通訊電路，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，對比采樣電路理論變比和實(shí)驗(yàn)變比，給出修正系數(shù)的概念。 6）參數(shù)設(shè)置界面 42 圖 參數(shù)設(shè)置 界面 系統(tǒng) 參數(shù)設(shè)置的最小單位是設(shè)備，即系統(tǒng)參數(shù)會下發(fā)到這個(gè)設(shè)備中的每個(gè)單元 ；在這個(gè)界面，我將系統(tǒng)參數(shù)分為三類，必要時(shí)可以對每個(gè)參數(shù)標(biāo)號，方便修改； 每個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)的去設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行模式，也可以在設(shè)置好一個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)之后，復(fù)制到其他某些設(shè)備中去； 7） 啟?？刂?界面 圖 啟?？刂?界面 43 在聯(lián)機(jī)的情況下，上位機(jī)可以選擇是由上位機(jī)控制還是由液晶控制；如果是液晶控制，上位機(jī)對該設(shè)備的作用僅僅是查看運(yùn)行 狀況。 1）開機(jī)界面 圖 開機(jī)界面 39 打開 PC 機(jī)電源后，會出現(xiàn)圖 所示的開機(jī)界面；在該界面，選擇聯(lián)機(jī)設(shè)備和通訊方式，所謂聯(lián)機(jī)就是 PC 機(jī)和哪些設(shè)備建立連接；選擇不同的通訊方式，就是選擇不同的監(jiān)控系統(tǒng)模式； TCP/IP 通訊：上位機(jī)和液晶通訊， PC 機(jī)和液晶共同完成監(jiān)控工作；串口通訊：不需要液晶，上位機(jī)直接和單片機(jī)通訊。 一個(gè) VI 由前面板。下圖為液晶的背面 接口 圖 37 圖 液晶背面接口圖 如圖 所示，液晶不僅可以通過串口和單片機(jī)進(jìn)行通訊，還可以通過網(wǎng)口和PC 機(jī)進(jìn)行通訊?？梢噪S時(shí)查看并調(diào)用已經(jīng)保存的數(shù)據(jù)和曲線。 5）啟?？刂?； 在聯(lián)機(jī)的情況下，上位機(jī)可以選擇是由上位機(jī)控制還是由液晶控制； 如果是液晶控制，上位機(jī)對該設(shè)備的作用僅僅是查看運(yùn)行狀況。 因此，在鋰電池生產(chǎn)過程中，智能化網(wǎng)絡(luò)化的化成監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫構(gòu)造完成之后，需要自己組建用戶窗口，即設(shè)計(jì)界面，當(dāng)界面設(shè)計(jì)好之后，需要添加腳本驅(qū)動。實(shí)時(shí)曲線一欄中，點(diǎn)擊小圖，便會進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線界面。點(diǎn)擊“重新初始化”會重新初始化一遍，點(diǎn)擊“繼續(xù)”，液晶會比較存儲的系統(tǒng)參數(shù)和單片機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)是否相同。 4）用戶窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的可視化，主要是在用戶窗口設(shè)計(jì)用戶界面。運(yùn)行環(huán)境本身沒有意義，必須與組態(tài)工程一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境即液晶的操作系統(tǒng)是 WindowsCE。具體哪一位代表何種故障，可以查看通訊協(xié)議 。 4 智能循環(huán)充放電 智能充放電是指充電、擱置、放電三個(gè)步驟由主控芯片自動控制完成。 電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元電 池單 元............設(shè) 備 1液 晶R S 4 8 5 圖 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu) 圖 那么液晶的主要功能有： 1）設(shè)備單元啟?？刂?； 2）運(yùn)行參數(shù)顯 示；如輸入直流電壓、輸入直流電流、蓄電池電壓、充電電流、 22 工作狀態(tài) (充電、放電、擱置 )等； 3）參數(shù)設(shè)定。鋰電池化成單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)就是按照這種方式 上傳到液晶的，同樣，液晶需要下發(fā)一些系統(tǒng)參數(shù)也是按照這種方式進(jìn)行通訊的。 表 修