光伏并网通信管理机的设计与实现

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近年来,随着计算机、通信、网络和嵌入式系统等技术的飞速发展,光伏并网监控系统所监控的现场设备在智能化和网络化水平上得到了进一步的提高。一方面,光伏电站现场设备厂家众多,虽然大多数厂家宣称采用Modbus通信规约,但是每个厂家根据自身的特点对Modbus通信规约做了不同的定义,因此电站设备通信规约的复杂多变带来了如何实现互操作和设备兼容的问题;另一方面,随着太阳能光伏电站规模性的投入建设和使用,现场设备的数量越来越多,设备数量不断增加需要更多的串口满足通信需求,因此,设计功能丰富、多路串口、多种规约、可靠性高、稳定性高的通信系统设备至关重要。本论文基于光伏并网设备多样化和规模化的发展趋势,根据光伏电站通信需求,在实现可靠通信和通信兼容的前提下,设计并实现一种具有多路串口和规约转化功能的通信设备,即光伏并网通信管理机。通信管理机主要由CPU主板、通信板、电源板等组成,CPU主板(4层板)采用ARM+FPGA的构架和嵌入式Linux操作系统,通过多路串口实现对整个光伏并网系统的信息采集,经过规约转换后集中送往当地后台或远方调度主站,同时将后台或主站命令传递给各测控装置,实现当地或远程控制。该通信管理机具有多串口、规约转化等特点,能够实现对现场各种设备的数据接收、数据处理、规约转换等功能,更好的服务于光伏电站的运行。论文在阅读了大量的国内外参考文献的基础上,从硬件和软件两个方面论述了光伏电站通信管理机的设计与实现。为了提高系统的可靠性、可扩展性和可移植性,软硬件均采用模块化设计。硬件重点阐述了总体设计和CPU主板、通信板等的原理图和PCB的设计与实现,同时为了配合CPU板工作,设计了485通信板和环境参数采集板:软件重点阐述了Linux下的规约转换的实现,以及通过FPGA编程实现ARM与FPGA的并行通信和多路串口。论文完成了光伏并网通信管理机的设计与实现,硬件方面主要完成了CPU主板、通信板以及环境参数采集板的原理图以及PCB的设计,软件方面完成了Modbus/TCP规约转换模块、ARM与FPGA并行通信模块以及多路串口的实现程序,实现了多路串口和规约转化以及数据的采集、集中和传输,最后通过仿真和搭建测试平台进行测试,对通信管理机的功能进行验证,结果表明通信管理机软硬件运行状况良好,设计达到了预期的效果。
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