|
“針對這個項目，我們采用LabVIEW來設定WSN節點、WSN網關、CompactRIO設備、服務器、網頁、kiosk與離線分析軟件。單種編程語言可用於項目的每一部分，這是史無前例的創舉。”
挑戰：
針對聖安東尼奧德州大學(UTSA) 校園附近多個地點，設計出高精度仿真的太陽能電場監測係統，進而以百分之百的穩定性高速測量轉換器(AC)、結合器(DC)、輻照、熱電偶與天氣數據。
解決方案：
采用NI CompactRIO、NI無線網關、NI無線傳感器網絡(WSN) 節點，打造出業界領先的高精度分布式監測係統，提供中央服務器數據采集與處理功能，以及網頁與Kiosk顯示器以便其他用戶進行操作。
VI Design Group是經驗證的NI聯盟夥伴，也是專業的NI技術係統集成商。 VI Design Group團隊成員都已獲得LabVIEW程序架構師認證，致力於提供最出色的係統開發品質。 VI Design Group開發即用型產品的經驗非常豐富，其中包含遠程數據記錄器、控製係統和自動化測試係統。它主要提供醫療、可再生能源、石油與天然氣，以及其他工業級產品。
鑒於係統本身的分布式特性與所需的高精度仿真，我們必須通過NI技術來開發自定製的太陽能電場監測係統。目前現成的解決方案都不能滿足我們的項目需求。此外，UTSA還希望未來能夠將控製邏輯整合在相同的係統內，以便控製電池存儲並追蹤太陽運行情況。 NI平台的與眾不同之處，就在於能夠將控製元件整合至同一個監測係統，這一點是其他供應商無法企及的。
圖1. 3個配備相關設備 (包含1個313kW係統)的場地。
此項目參與了NI綠色能源工程獎金計劃。憑借創新的設計與出色的教學成果，該項目獲得殊榮。其資金來源於美國複蘇與再投資法案所屬的能源部門。
UTSA的研究助理Gerardo Trevino在領獎時發表了以下陳述：
VI Design Group能夠獲選成為該項目的係統集成商，是因為自身在監測係統方麵的專業能力。該公司使用CompactRIO執行遠程監測的經驗非常豐富。此外還能穩定地將數據傳輸至中央服務器，進一步存儲信號並進行後續處理。 VI Design Group針對UTSA多個實體地點，以多重相位的方式開發出該係統並進行部署。
係統設計概述
該係統由3個主要部分組成 (如圖2與圖3所示)。紅色是係統進行數據采集的部分，許多地點都采用相同的架構。其中的構成要素包含CompactRIO設備，其采集數據的方式分為兩種：通過WSN網關無線采集，或通過直接連接的傳感器進行實際采集。 CompactRIO設備采集數據後便會將數據傳輸至中央服務器，以便執行存儲、後續處理、網絡代管等操作。運作中的服務器(以藍色標識)則會從CompactRIO係統采集數據，如果數據損壞或失去通信功能的話，會發出警示音。此外數據會存儲在數據庫內，並且發布到網上以便其他用戶監測。
最後，綠色的部分則是所有可用來係統交互的用戶界麵。任何人皆可隨時瀏覽網頁。 Kiosk顯示器位於UTSA現場供學生操作，主機電腦還可提供原始數據的存取權限給教授，以便數據的下載或運用。
圖2.係統三大部分的重點
圖3.三大部分係統組件的詳細說明圖
有了NI硬件與NI LabVIEW係統設計軟件，此係統的設計流程不僅快速，也相當簡便。 NI協助開發了所有底層設計，並加以抽象化成為高層API。下列事項已由NI完成，VI Design Group不必再費心開發：
- ZigBee無線協議設計
- 嵌入式OS設計/微控製器操作
- 印刷電路板配置與24位的delta-sigma模數整合
- 熱能傳導分析與被動式冷卻係統設計
- TCP/IP或UDP網絡通信協議設計
- 安全套接字層(SSL)加密與安全功能
- 相對於C/C++更精密的記憶體管理功能
- VHSIC硬件描述語言FPGA編程設計
- Microsoft Silverlight網絡控製設計
- 搭配網絡服務的網絡服務器設定
基本上，所有的底層工作都已完成，隻剩下高層工作。如要設計並實現該係統，用戶必須了解NI設備的高層設定與特殊的LabVIEW編程設計語言。 針對這個項目，我們采用LabVIEW來設定WSN節點、 WSN網關、 CompactRIO設備、服務器、網頁、kiosk與離線分析軟件。單種編程語言可用於項目的每一部分，這是史無前例的創舉。通過NI豐富的培訓課程，任何人都可以成為NI技術專家，設計出具有一定複雜度的監測係統。
係統部署與後續步驟
下列為係統部署圖片：
圖4.轉換器安裝與AC監測設備安裝
圖5.每個地點所部署的CompactRIO數據記錄器
圖6. NI WSN節點采集輻照與熱電偶數據
有些分析任務使用的是DIAdem軟件，可用於後續處理數據分析。 DIAdem可協助UTSA的教授針對采集過程中的信號來處理相關問題，進一步分析並呈現數據。 這些分析已用於執行太陽能預測比較。下圖為實際的太陽能光電(PV)輸出與預測的PV輸出之間的比較。
圖7.采集到的原始數據由DIAdem繪製而成，比較實際功率/預測功率
圖8.流暢的數據采集顯示出實際功率非常接近預測功率
該係統為UTSA提供了穩定的高精度分布式太陽能電場監測係統，並可達成每一項目標。現在UTSA正在進一步探索CompactRIO的開放式平台與控製邏輯功能，開發更多潛在的係統功能以超越任何一種COTS係統，而且此係統還可協助UTSA執行有利於太陽能產業的先進研究。
|
