基于Labview的光伏发电数据监测系统的设计

使信号调理在靠近传感器的位置进行。监测系统采用NI公司的FieldPoint模块化分布式I/O产品，利用RS485串行接口可以方便的连接到本地PC.FieldPoint内装信号调理部件，可以直接连接到传感器，具有精确可靠的16位模拟输入，可供混用与搭配的独立I/O模块能够在恶劣环境下使用。另外，FieldPoint具有将I/O功能、信号终端和通讯方式模块化的创新结构。系统设计周期短而且性能稳定，FieldPoint系统包括大量隔离模拟与数字I/O 模块、接线座， 以及网络接口， 以便更容易地与标准开放式网络相连接[9].用户可以单独选择最合适的特定应用网络接口模块、I/O 模块或信号终端类型。光伏发电监测系统选用NI FP-AI-110 单端输入模块、NI FP-TC-120 热电偶模块和NI FP-1001 网络接口模块。

由于太阳能辐射传感器是利用其顶部的光电探测器来测量太阳辐射的，能够将光信号转换为电压信号，于是采集选用NI FP-AI-110模块，它是8通道单端输入模块，用于从各种传感器直接测量电压和电流信号。 温度的采集选用NI FP-TC-120,8通道热电偶模块，操作温度范围为-40到70°C ,用于标准J、K、T、N、R、S、E和B热电偶的温度的测量，具有信号调理、双层绝缘隔离、输入噪声过滤的功能和高精度delta-sigma 16位模-数转换器，保证测量数据的精确。以上两模块均提供HotPnP（热插拔）操作且配置简单，可自我诊断和自动调整到工程单位，是专为高效高可靠度的测量而设计的，提供滤波处理的低噪音16位分辨率模拟输入和过量程保护、板载诊断的功能都确保了无故障的安装和维护，且均附有NIST校准认证书以确保精确可靠的模拟测量，非常适合在光伏发电监测系统中进行应用。为了实现FieldPoint和RS485总线之间的通讯，还采用NI FP-1001网络接口模块，每个FP-1001网络模块可将多达9个FieldPoint I/O 模块作为结点连接到RS485网络。FP-1001通过FieldPoint端子基座连成的本地高速总线，管理PC和I/O模块间的通信。 FP-1001还提供若干诊断和自动化的功能，令安装、使用和维护得以简化。

4 光伏监测系统的软件设计

虚拟仪器技术（Virtual Instrumentation,VI）是随着计算机技术、大规模集成电路等技术的飞速发展，仪器系统与计算机软件技术紧密结合，而对传统仪器概念的突破。美国国家仪器（NI）公司开发的图形化软件开发环境Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，是目前实现虚拟仪器软件设计最流行的工具之一，被公认为标准的数据采集和仪器控制软件，现已成为测试测量和控制行业的标准软件平台[10].

4.1 监测系统前面板设计

由于Labview使用G语言（图形化语言）进行程序设计，因此该系统界面包含了光伏发电监测系统所要进行监测的温度、电流、电压以及辐照度等的全部信息，Labview中的VI程序由前面板、程序框图、VI图标3部分构成，其中前面板是VI 程序的用户操作界面，是VI程序的交互式输入和输出端口。如图4所示，系统前面板即系统界面主要由主监测界面以及各种参数界面组成。主界面主要由发电参数监测模块、环境参数监测模块和数据处理模块3部分组成，各独立参数模块可以进行有关的参数设置，实时显示数据，数据处理模块可以存储相关的历史数据并进行数据回放，以便对特定模块单独进行分析处理。

图4 光伏监测系统前面板

图5是光伏发电数据监测系统前面板对应的部分程序框图，主要包括电压采集、电流采集、辐照度采集、温度采集及其处理程序。

图5 光伏监测系统部分程序框图

4.2 数据库的建立

实现数据库功能的第一步是建立数据源，由于Labview数据库工具只能操作而不能创建数据库，所以必须借助第三方数据库管理系统，选用Microsoft公司的Access软件来创建数据库。建立一个名为PVData.mdb的数据库文件，利用通用数据连接UDL（Universal Data Link）来获得数据库信息以实现数据库连接，建立与数据库文件对应的PVData.udl文件。数据库连接完成后便可以对数据库进行操作了，包括创建表格、删除表格、添加测试记录、查询记录等操作。如用Labview数据库工具包中的DB Tools Create Table.vi来创建光伏组件表面温度测试数据表，数据表中包括测试时间、测试数值、测试人等多项信息，用DB Tools Drop Table.vi来删除某个表格，用DB Tools Insert Data.vi添加一条记录。数据存储到数据库之后，用DB Tools Select Data.vi来将已存储的数据读出，进行记录的查询。从Tools Select Data.vi读出的数据是动态数据类型需要用Database Variant T