本文介绍的太阳能电站远程监控系统能够监测太阳能电池板以及逆变器的各个参数。系统由上位监控机和前端采集模块组成。采集模块用于采集单片机传送的电站运行参数，处理后将数据通过通信线路传输到上位监控机， 并实现完备的人机界面。基于组态软件的太阳能远程监控系统具有数据记录、管理和查询等功能，实现了电站无人值守时的可靠监测。

在太阳能发电场中，太阳能发电机组一般存在分布面积大、数量多、工作环境恶劣、现场监控难的问题。因此需要一套能实时提供太阳能发电机组运行状态、功能完善、性能稳定的远程监控软件，即数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition SCADA)。

目前，太阳能发电机组的SCADA系统都是由国外太阳能发电机组制造商配套提供，针对国内的需要，这些系统有明显的弱点：1、本地化差：虽然部分系统已经汉化，但是中国市场中存在行业规范，他们很难满足；2、价格昂贵：这些系统，动则上万美元，很难为国内一般应用所接受。

基于组态软件^{[1] [2]}开发的太阳能发电远程监控软件，运用了组态软件丰富多样的图库、设备支持库，除具有同原有SCADA 软件同样的功能外，还有全中文人机界面(Human Machine Interface, HMI)。同时，通过组态软件的网络配置，将数据上传到Internet，使异地管理人员方便快捷的监控此地太阳能发电站运行状况。

1远程监控系统的组成

太阳能发电远程监控系统一般由下位机（分步式数据采集系统，即智能数据采集系统），通讯线路和协议，上位监控机（数据处理和显示系统，主要为工控PC 机和服务器），网络监视机等部分组成。见图1。

（1） 下位机。下位机一般意义上通常指硬件层上的，即各种数据采集设备，如各种RTU、FTU、PLC及各种智能控制设备等等。这些智能采集设备与生产过程和事务管理的设备或仪表相结合，感知设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，并通过特定数字通信网络传递到HMI系统中。必要的时候，这些智能系统也可以向设备发送控制信号。

本文的下位机由DSP 控制，其运算能力强、采样精度高，可完成SCADA 系统中数据采集和数据处理功能。此外，在下位机中专门设定了太阳能发电机组参数，控制太阳能发电机组运行状态。太阳能电场的每一台太阳能发电机组，都要通过专用通讯接口实时的向上位机传送太阳能发电机组的状态，数据，以便监控室对各个机组进行监控和管理。

（2） 通讯线路和协议。在太阳能电场远程监控系统中，上位机与下位机之间的通讯属于远距离一对多通讯。通讯协议模式有ASCII、RTU等；通讯方式表现为同步、异步和主被动结合等；通讯媒体包括有线和无线方式；通讯线路有电缆，光纤和GPRS 无线网络等。本文采用RS485 通讯方式，RTU通讯协议模式的电缆传输。它具有多点双向通信能力、并增强了发送器的驱动能力和冲突保护特性。同时，具有可靠性高、抗干扰能力强、传输距离远等优点。在通讯协议上，采用标准的MODBUS 协议，该协议作为一种通用工业标准，具有开放性、用户范围广、易实现、扩展性好、可靠性强等优点，能够满足太阳能发电系统数据传送的要求。

（3） 上位监控机。上位机HMI是指位于太阳能电场监控室的工控PC 机和服务器的数据处理和显示系统。上位机系统在接受到下位机传输的太阳能发电机组状态和数据后，经上位机分析整理后，以图形、图像等方式显示给用户，以达到监视的目的。同时数据经过处理后，告知用户太阳能发电机组各种参数的状态，这些处理后的数据会保存到数据库中，作为历史记录，便于以后查询调用。HMI还可接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。

（4） 网络监视机。将远程监控界面通过网络系统传输到不同的监控平台上，可供太阳能电场相关部门或上级领导在异地的网络监视机上查看太阳能电场运行状况。还可能与别的系统（如MIS，GIS）结合形成功能更加强大的系统。

图1 太阳能发电远程监控软件组成

2 远程监控软件的设计

远程监控软件的设计一般采用两种方式：

（1） 利用VC++或VB 直接开发WINDOWS 应用程序，实现从底层通讯到上层人机交流，实现从数据的处理、保存到信息的统计，报表的生成，图形的绘制等全部功能。

（2） 利用现有组态软件，对于通讯，报表等直接使用其控件进行开发，而将设计人员的精力放在具体功能的实现上和界面的优化上。

基于Windows开发，优点：1、可根据工程需求定制；2、无需花钱买其他的软件支持。缺点：1、工作量大，底层重复开发多；2、费时费力，且难以维护。

基于组态软件开发，优点：1、集成了工业监控中的常用功能模块，方便实用；2、使用户集中精力在功能的实现上，省时省力。缺点：1、需要花钱买组态软件支持；2、稳定性依赖组态系统的稳定性。

本文采用的是基于组态软件开发的方式。

2.1 设计通讯接口

进行远程数据传输时，需要上位机和下位机采用相同的通讯协议，并设定相同的通讯参数。在下位机中通过DSP 的相关寄存器来设定RS485 接口的通讯参数，比如波特率，数据位，停止位，校验方式等。在上位机中，从组态软件的设备列表中PLC，然后配置串口设备的生产厂家、设备名称和通讯方式。

本文采用莫迪康 MODBUS RTU 标准通讯协议，并且支持CRC校验。设定与下位机相同的通讯参数和IO 设备地址，之后在数据变量中将各个IO 变量地址与下位机中的数据地址一一对应，通过串口上的 RS232-RS485 转换模块，实现上位机和下位机之间的数据交换和传送。

2.2 组态软件功能设计

组态软件具有丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块；具有可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接功能；具有强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存；同时拥有用户权限管理在工业中非常实用的功能模块。因此，使用组态软件可以简洁、高效地实现远程监控软件的功能设计。

2.2.1 实时监控

SCADA 软件主要功能就是对太阳能发电机组进行实时监控。通过通讯线路，将下位机所采集到的数据实时显示到上位机的人机界面上。同时，还能实时显示当前太阳能发电机组工作状态和用户操作状态。本软件中数据和状态的刷新频率为1 秒。

另一方面，工作人员可以通过人机界面向下位机发送指令，控制太阳能发电机组的启动和停止。同时，还可以设定太阳板跟踪系统的水平和仰伏角度，使得太阳能发电机组在特殊情况下能够按照用户指令进行相应的动作。此外，系统管理员可以远程修改下位机中的操作参数和运行参数，以保证太阳能发电机组在各种环境下都能安全稳定地运行。

2.2.2 趋势曲线

太阳能发电的特点是太阳光的不稳定性。随着光伏强度的变化，系统控制器会对太阳能发电机组运行状态作相应的调整，各个系统变量也会随之改变。用趋势曲线来分析变量变化情况是一种既直观又简明的方法。

通过历史曲线在同一张曲线图中绘制多条参数曲线，以比较其变化趋势。比如，在同一坐标系中绘制功率和光伏强度曲线，可追踪功率跟随光伏强度变化的情况。或者在同一坐标中绘制温度和光伏强度曲线，光伏强度跟随温度变化的情况。

2.2.3 绘制报表

数据报表是反映太阳能在发电过程中数据、状态等参数，并对数据进行记录的一种形式，作为分析太阳能发电机组工作性能的有效手段之一。通过内嵌式报表系统，可根据太阳能电场需求设计报表格式，管理日常报表。通过日报表，月报表和年报表，可对一些重要参数作短期，中期和长期的统计分析，达到监测太阳能发电机组性能的目的。

在人机界面上，利用计算机接口可打印报表，还可以通过网络资源将报表传送给上级有关部门查看。

2.2.4 用户管理

在太阳能发电场管理中，安全操作是必不可少的。不同类型的用户要拥有不同的使用权限。系统必须根据不同操作人员的职责授予不同的使用权限。对于一般的参观人员，可以监视界面，查看太阳能发电机组当前的工作状态和运行参数；对于一般工作人员，除了监视界面以外，还能进行太阳能发电机组的启动和停止等基本控制；对于高层级的管理人员，除了基本控制以外还可以进行参数设置等操作。

2.3 数据库的选择

太阳能发电机组是一个复杂的运行系统，其中很多重要数据和参数需要及时处理和保存，以供将来调用或汇总后绘制成报表供上级部门查看。因此，一个稳定而可靠的数据库是必不可少的本文选择SQL Sever 2000 关系型数据库作为外挂数据库，其功能多，运行稳定，并与Windows 系统全面集成，能够满足远程监控软件对数据储存，查找和统计的要求。

利用组态软件的记录体和内置的SQL 函数，可以很方便的实现对外部数据库的操作和使用，记录数据，生成报表等；同时，还可以利用组态软件内嵌的数据库保存数据，绘制曲线，两个数据库互为补充，提高了系统的安全性。

3 实现方案

本文开发的太阳能发电远程监控软件配合系统控制器，实现了对40kW太阳能发电机组的远程监控任务。见图3~图5。

在“主界面”界面上，可以实时显示太阳能发电机组的运行参数和当前的运行状态。显示当前的操作状态，若本地监控界面取得控制权，即显示“本地操作”；若远程监控软件申请到控制权，即显示“远程操作”。

图3 主界面显示界面

在“趋势曲线”界面，可以调用历史数据库，绘制曲线，以观测某时间段内太阳能发电机组中各变量的变化情况。

图4 趋势曲线显示界面

在“单机显示”界面，可以实时显示太阳能电池板的运行状况，及太阳实际所处方位。以确定太阳电池板是否准确跟踪太阳方位。

图5 单机显示显示界面

5．结论

太阳能发电远程监控软件是现代化电场管理中必不可少的重要工具。本章介绍的基于组态软件开发的太阳能发电远程监控软件功能强大，稳定可靠，适用于各类太阳能发电机组。由于采用了通用的通讯协议和标准的数据存储模式，便于系统以后的升级和维护，具有很强的通用性和扩展性。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“太阳能并网系统的远程监控软件”，作者为王淼、赵双喜。）