基于CAN总线的工厂电力监测分析网络系统设计

4.系统软件设计和数据分析
　　在软件设计中，遵循模块化设计思想，采用结构化程序设计方案，使之具有良好的模块性、可修改性及可移植性。
　　根据主计算机系统所完成的任务，对于人机交流环节采用直观易懂、操作简便的图形界面。PC机的软件开发采用微软的Visual Basic3.0。因为VB作为Windows应用程序，有着与其它Windows应用程序相互一致、友好的用户界面，操作上十分方便。另外VB具有动态数据交换(DDE)、对象的链接与嵌入(OLE)、丰富的API函数、支持动态链接库(DLL)以及对数据库的操作管理等功能，这对于管理后台数据以及与网络节点进行通讯是十分方便的。
　　网络节点模块采用MCS-51汇编语言进行程序设计。MCS-51的指令系统指令丰富，寻址方式多样，支持各种类型的数据处理，具有执行速度快、编程效率高等特点，适于工业控制领域的应用。
　　故障录波是对信号进行高速采样，并利用采样数据绘制信号曲线，以便了解信号的变化情况，预测信号的变化趋势，是电力系统中监测信号的常用办法。
　　本系统中要求对零序电流及三相电压信号进行故障录波。录波信号的模/数转换采用P80C592的A/D转换器完成，以提高系统可靠性，减小体积，降低成本。P80C592的A/D转换器为10位转换器，在16MHz振荡频率下A/D转换时间为37.5μs(见图2)。
　　本软件系统共有21个功能子程序，其它子程序这里不再一一列举。
　　在整个软件系统中，数据处理模块负责对网络节点数据作快速傅利叶变换(FFT)和数据分析，及绘制电流，电压的变化曲线。对于离散的时间信号，其FFT正、反变换分别为：

　　函数p(k)=｜X(k)｜称为x(n)的振幅谱。在本系统中主要通过离散的FFT对信号的振幅进行分析，查出是否有干扰或不正常点，然后进行FFT反变换恢复原始信号，观察信号原形。
　　我们将具有N个元素的原函数序列x(n)分解成两个分离的长度各为N/2的数列，然后对分离的序列分别用N2/4次复数加法和乘法作傅利叶变换，再将中间结果组合成具有N个元素的数列x(n)。经过抽选操作，总运算次数降为：N*log2N。
　　运用基2时域FFT的蝶型抽选的计算流程，对上式进行奇(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，每一个蝶型运算都需要两个输入数据，计算结果也是两个数据，与其它结点数据无关。这样一次计算后输入数据就可放弃，减少了对内存的占用，提高了计算速度。
　　正常的正弦波经FFT正变换为两个对称的最大谱线，反变换后可以完全恢复原始信号；而带干扰的正弦波经FFT正变换后，除两个对称的最大谱线外，干扰信号的其它谱线也存在，据此可断定干扰的存在。反变换后可确定干扰信号的位置，并发出采取相应措施的指令，启动执行机构或保护装置。
5.结论与展望
　　本系统的最大特点就是造价低、结构灵活实用、高可靠性且安装调试简单，根据不同的现场情况与用户要求，本系统可扩展为不同的模式。除对高压配电盘上的模拟量和开关量进行监测外，也可用于对某些重要的低压配电和低压电机等电器设备运行状态的监测和控制。
　　现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪表代替模拟仪表，关键是用新一代的现场总线控制系统FCS(Field Bus Control System)代替传统的集散控制系统DCS(Distributed Control System)，实现现场通信网络与控制系统的集成。其本质即要实现在现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能块、通信线供电、开放式互连网络等功能。这也为工厂生产的全面自动化和远程控制奠定了基础。

参考文献

1　邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1996：8～26
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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，孙翱.Intel 8XC196MC/MD高档单片机原理及实用设计.大连：大连理工大学出版社，1995.12：31～36