威纶通触摸屏应用-太阳能光伏并网逆变器

1 引言
    随着全球经济的迅猛发展，各行业能耗加剧，石油、煤炭等传统化石能源日趋枯竭。世界各国都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。在可再生能源中，太阳能以其独有的优势而成为人们关注的焦点。太阳能是取之不尽、用之不竭、无污染的绿色能源。世界各国都在投入巨资建设大规模的太阳能发电站。我国在光伏研究和产业方面也取得了较快的进展，2006年1月1日实施的《可再生能源法》，标志着太阳能发电已纳入我国的能源发展规划之中。根据2007年9月发布的《可再生能源中长期发展规划》，2020年，我国太阳能发电设备累计装机容量将达到2000MW 。
    太阳能光伏并网逆变器是整个光伏发电系统中最为关键的设备之一，它是把太阳能电池板产生的直流电能转换为交流电能的设备，运行过程中需要多个参数进行监测、计算、显示、记录、保存、报警等处理，需要和上位计算机、逆变控制器、无线GPRS模块进行通讯，实现数据交换。本文主要讲述WEINVIEW触摸屏在太阳能光伏并网逆变器中的应用。

系统原理和方案设计
    太阳能光伏并网逆变器是把太阳能电池板通过光伏效应产生的直流电能进行逆变，转换成同电网同频率、同相位的交流电，接入电网对外进行输电。逆变器运行中要把测量的实时参数送给触摸屏，进行显示、记录等操作，也可和上位机通讯进行远程监控功能。系统结构图如下图所示：

图1 系统结构图

WEINVIEW画面设计要求
    本系统采用WEINVIEW MT8100I型号触摸屏，高品质10寸宽屏设计，LED背光模组；采用400MHz RISC CPU，使运行速度更快；内置电源隔离保护器，提高了产品的抗干扰能力，适应复杂环境下运行；多种标准的通讯接口和网络协议，方便用户使用；大容量的数据存储功能，并且可以直接存储或备份到U盘、SD卡或上位机上，满足逆变器运行过程中产生的海量数据信息。

    3.1 触摸屏主界面设计
    主界面显示逆变器运行的各种运行参数：PV电压、PV电流、A、B、C三项交流电压和电流、功率因数、电网频率、输出功率、日发电量、总发电量、CO2减排量等，逆变器运行状态指示，实时时间，以及其他操作菜单。下图分别是主界面的中英文显示菜单。

图2 触摸屏主界面中文显示

图3 触摸屏主界面英文显示

    3.2 功率曲线显示功能设计
    实时功率是逆变器运行中一个非常重要的参数，功率曲线图反映逆变器运行的历史运行情况和趋势。逆变器功率曲线显示由两条宏指令完成：

    A:逆变器运行的实时功率计算与存储
    功率计算宏指令1分钟循环执行一次，计算三相输出功率。根据当前时间计算出功率存储的地址,把当前功率值保存在RW_A对应的地址中。 存储地址=日*1440+时*60+分。每分钟保存一次，功率数据占一个单元（功率数据保存是从0时开始的全天数据）。

    B:功率曲线显示
    触摸屏上功率曲线显示，是通过XY曲线元件来实现。
    XY曲线显示宏指令如下：
    macro_command main()
    short i,add,add0,day
    int z
    i=3
    SetData(i, "Local HMI", LW, 402, 1) //XY曲线显示控制单元
    i=720
    SetData(i, "Local HMI", LW, 403, 1) //XY曲线显示长度
    for i=0 to 720 step 1
    add=500+i
    SetData(i, "Local HMI", LW, add, 1) //X轴资料赋值，从500单元开始,赋值0到720
    next i
    GetData(day, "Local HMI", LW, 9020, 1) //读取当前日期
    add=day*1440+360 //从早上6点开始，单元地址加6*60=360偏置量
    for i=0 to 720 step 1
    GetData(z, "Local HMI", RW_A, add, 1) //从RW_A读取功率值
    add=add+1
    add1=i+1300 SetData(z, "Local HMI", LW, add1, 1) //Y轴资料赋值，从1300单元开始
    next i
    end macro_command
    进行相应按键触摸后执行该条宏指令，写入显示控制地址内容为3（清除原曲线，显示新曲线），曲线长度为720（12*60），X轴资料从LW的第500单元开始，内容依次为0到720，Y轴资料从LW的第1300单元开始，内容依次为从早6点到晚18点的功率数据。

 图4 功率曲线

    XY曲线显示配置方式如下：

图5 XY曲线配置

触摸屏通讯设计
    触摸屏在光伏并网逆变系统正常运行中主要扮演监控与数据传输的作用：
    1、系统运行时的实时参数、状态等要及时传输到触摸屏上进行计算、显示、记录、报警；
    2、远端的上位机电脑需要通过触摸屏去监控、调配系统。其通讯配置如下图所示：

图6 触摸屏通讯拓扑图

    触摸屏中添加通讯设备情况如下：

图7 设备列表

    4.1 触摸屏与逆变器通讯设置
    光伏逆变器主控制器采用TI公司TMS320F2812 数字处理器，触摸屏通过MODBUS RTU (Adjustable)通讯协议与之通讯，通讯波特率为9600Kbps，采用RS232接口类型。系统参数设置如下：

图8 触摸屏与DSP通讯参数设定

    4.2 上位机监控调配设置
    光伏并网逆变器在需要和上位机进行并网发电监控时，采用458总线通讯，主从方式，触摸屏作为MODBUS Server设备。根据设置的站号进行区分。当上位机发出读取逆变器运行数据命令，符合触摸屏站号时，触摸屏返回相应单元的内容，完成数据传输。实现光伏电站的监控功能。系统参数设置如下：

图9 上位机通讯设置

    触摸屏每隔一段时间，自动保存逆变器的数据内容，上位机通过读取触摸屏中保存的逆变器数据，从而实现光伏电站的监控功能。触摸屏获取逆变器数据采用定时数据传输元件,设置如下；1秒定时进行数据读取逆变器单元0开始的12个单元，逆变器实时运行数据保存在LW100连续的12个地址单元中。

图10 触摸屏读取逆变器数据设定

结束语
    本系统采用WEINVIEW MT8100I触摸显示屏，实现了和DSP数字信号处理器的实时通讯。图文并茂的显示了并网逆变器运行的各个参数和状态，曲线坐标显示了逆变器的功率参数和其趋势效果图。大容量的数据存储功能，保存了逆变器详细的历史运行数据。灵活、多样的通讯接口方便实现光伏并网电站的监控。触摸屏可靠、稳定的运行，方便、灵活的操作，大大提高并网逆变器产品的市场竞争力，取得了良好的社会效益和经济效益。