基于VB的大电流直流电源的实时监控系统

摘 要：文章介绍了一种基于VB的监控系统，符合大电流直流电源的控制要求，能实现直流电压、电流的实时监控，移相脉冲模拟显示，历史数据查询以及异常报警等功能，为电源的实时监视和智能控制提供了很大的方便。

关键词： Visual Basic；实时监控；直流电源

中图分类号：TP277 文献标识码：A

The Real-time Monitoring System of High-Current DC Power Supply Based on VB

LI Yi, LI Hong, YANG Bin, HE Xiao-liang

(Xi'an Shiyou University, Xi'an Shaanxi 710065, China)

Abstract: his paper introduces a monitoring system based on VB, which meets the control requirements of the high-current DC power supply. It can monitor the real-time DC voltage and current, display phase shifting pulse, keep the historical data and raise exceptions. It provides a big convenient to the real-time monitoring and intelligent control of the power supply.

Keywords: visual basic; real-time monitoring; DC power supply

引 言

大电流直流电源是冶金、化工及有色加工行业必不可少的供电电源，电源输出电压、电流的稳定性往往决定着整个公司产品的产量。以真空自耗炉为例，电流波动大，小则浪费一整炉的材料，大则烧掉整个定子，给公司带来很大的经济损失。可见对电源运行状况进行实时监控是很有必要的，但是目前大多数此类电源缺少有效的监控，或者使用价格昂贵的组态软件来进行监控。本文介绍了一种基于VB（Visual Basic）的监控系统，能有效解决以上不足，实现直流电压、电流的实时监控，移相角的直观显示，以及异常报警等，为电源的实时监视和智能控制提供很大的方便。

1 系统构成及原理分析

该系统上位机是由VB编程语言编写的实时监控界面（如图1所示），下位机采用STC11F32单片机。其监控原理为：下位机与上位机进行数据通信，发送电源电压、电流、移相角数据；上位机接收数据，监控界面以动态曲线和动画的形式给予直观显示；上位机也可以发送命令给下位机，完成合闸、分闸和封脉冲等动作，从而实现对电源的实时监控。

1.1 上位机与下位机通信模块

上位机串口经MAX232电平转换连接单片机，构成RS-232全双工串行通信形式，监控界面中添加Microsoft Communication Control（简称MSComm）的通信控件，MSComm一般有两种处理串行通信的方法：一是事件驱动方法，二是查询法。此系统采用事件驱动的方法，当串口接收到或发送完指定数量的数据时，或当状态发生改变时，MSComm控件都将触发OnComm事件，该事件也可以捕获通信中的错误。当应用程序捕获到这些事件后，可通过检查MSComm控件的CommEvent属性的值来获知所发生的事件或错误，从而执行相应的处理。具体实现如下：

（1） 初始化MSComm控件

mPort = 1 '选用串行口1

MSComm1.settings= "9600,n,8,1" '设置波特率9600，无奇偶校验，8位数据，1位停止位

MSComm1.InputLen = 0 '读入整个缓冲区

MSCom m1.InBufferSize = 1024 '设置接收缓冲区长度

MSComm1.InBufferCount = 0 '清除接收缓冲区数据

MSComm1.OutBufferCount = 0 '清除发送缓冲区数据

MSComm1.RThreshold = 3 '接收3个字符后引发OnComm事件

MSComm1.InputMode = comInputModeBinary '接收二进制格式的数据

（2） OnComm事件处理

Private Sub MSComm1_OnComm()

Select Case mEvent

Case comEventRxOver

MsgBox “接收缓冲区溢出”

Case comEvReceive

Rec_BuF=MSComm1.Input

Rec_byte=Rec_BuF(0)

Select Case Rec_byte

Case &H01

……

Case &H02

……

End Select

End Select

End Sub

1.2 实时曲线模块

实时曲线的绘制使用Timer控件，定期将串口接收到的数据送往PictureBox，再采用PictureBox的Line方法绘制曲线。具体实现如下：

（1） 重新建立坐标原点

因为PictureBox默认的坐标原点在左上角，与平时习惯不同，也不利于绘制曲线，所以需要重新建立坐标原点，使坐标原点（0，0）在PictureBox的左下角：

Private Sub PicScale(picX As PictureBox) '调整图像框的坐标系

picX.Scale (0, picX.ScaleHeight)-(picX.ScaleWidth, -picX.ScaleHeight)

End Sub

（2） 数值转换和绘图

由于监控的是电压和电流，传感器将其转换为0～10V的电压信号，经12位A/D转换为0～212-1的值，上位机需将12位二进制转换为十进制，再显示在0～Height的PictureBox里，其间必须有一一对应的关系，才能实现正确的监控显示。所以需要将串口传入的数据进行数值转换，再使用Line函数绘制曲线，x轴为时间，y轴为电压和电流。

转换程序如下：

For i = 1 To 8

s1 = s1 + 2 ^ (12 - i) * Val(Mid(Data_U1, i, 1)) '高字节电压数据

Next i

For i = 1 To 8

s2 = s2 + 2 ^ (8 - i) * Val(Mid(Data_U2, i, 1)) '低字节电压数据

Next i

Data_U = s1 + s2

绘图程序如下：

Private Sub Timer1_Timer()

TimeCount = TimeCount + 1

Picture1.DrawWidth = 2

PicScale Picture1 '调整图像框的坐标系

Picture1.Line ((TimeCount - 1) * 200 + 500, Data_U(TimeCount - 1) / (2 ^ 12 - 1) * picture.ScaleHeight) -((TimeCount) * 200 + 500, Data_U(TimeCount) / (2 ^ 12 - 1) *picture.ScaleHeight), vbWhite'实时电压曲线

Picture1.Line ((TimeCount - 1) * 200 + 500, Data_I(TimeCount - 1) / (2 ^ 12 - 1) * picture.ScaleHeight)-((TimeCount) * 200 + 500, Data_I(TimeCount) / (2 ^ 12 - 1) * picture.ScaleHeight), vbRed '实时电流曲线

End Sub

1.3 动画显示模块

此系统包括模拟移相动画、合闸分闸动画和报警动画。移相角动画模拟示波器显示移相触发脉冲，将触发器送来的脉冲相位在相对正弦曲线的位置显示，既直观又形象。合闸分闸动画模拟的是实际的空气开关闭合和分离的状态，易于操作的同时也给人以危险警示。报警动画以闪动的红灯和报警类型字样组成，当发生异常情况时，运行状态由绿色的“运行正常”变为红色闪动的动画，显示报警类型，并发出声音警报。

1.4 数据查询模块

历史数据的保存和查询，系统可以每天自行建立一个Excel文档，以对应的年月日命名，将实时的电压、电流值保存，并将异常情况单独列出，查询时可一目了然。另外，对标题行进行了冻结处理，方便查询（如图3所示）。具体实现如下：

Workbooks.Add

ActiveWorkbook.SaveAs FileName:=App.Path & "\" & Format(Now(), "yyyy-MM-dd") & ".xls" '新建Excel文档

On Error Resume Next

Set xlBook = xlApp.Workbooks.Open(App.Path & "\" & Format(Now(), "yyyy-MM-dd") & ".xls") '打开Excel

xlApp.Visible = False

Set xlSheet = xlBook.Sheets("sheet1")

xlBook.RunAutoMacros (xlAutoOpen)

xlSheet.Select

xlSheet.Columns("A:F").AutoFit

xlSheet.Range("A1:C1").Interior.ColorIndex =4

xlSheet.Range("A2").Activate

ActiveWindow.FreezePanes = True

Do While xlSheet.Cells(I + 1, 1) ""

I = I + 1

Loop

xlSheet.Cells(I + 1, 1) = TimeSerial(Hour(Now()), Minute(Now()), Second(Now()))

xlSheet.Cells(I + 1, 2) = Data_U(TimeCount) '添加电压数据

xlSheet.Cells(I + 1, 3) = Data_I(TimeCount) '添加电流数据

xlBook.Save '保存Excel文档

1.5 下位机模块

下位机为STC11F32单片机，通过MAX232芯片与上位机连接，接收上位机命令和发送实时数据，程序流程图如图4所示。

2 系统运行结果

运行系统，设置好通信参数、系统参数和电流电压设定值，点击“连接下位机”，建立与下位机的通信连接，然后分别点击合闸、解脉冲，给下位机发送数据，电源即开始工作。系统运行正常时，主界面上显示各个数据和曲线（如图5所示）。

当电源异常运行时，如过电流、过电压、缺相和外部报警状态，系统将自动封锁脉冲，动画报警，显示报警类型，同时发出声音警报。

另外，此监控系统还设有了多个锁定：

报警状况下，封脉冲的锁定，此时无法解锁脉冲

解脉冲状况下，合闸锁定，此时无法合闸

各种锁定有效确保了电源安全和控制人员的人生安全。

3 结 论

本文介绍的实时监控系统直观性强，操作方便，下位机可以是单片机，也可以是PLC，适应目前大电流直流电源的智能化、模块化的发展趋势。

参考文献

[1] 罗朝盛. Visual Basic 6.0程序设计基础教程[M]. 北京：人民邮电出版社，2007.

[2] 卢胜利. 单片机原理与应用技术实践[M]. 北京：机械工业出版社，2009.省略。