蓄电池组智能充放电系统及其集群控制
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摘要
蓄电池作为机车上的直流电源，对机车运行起着重要的作用。在机车的定期维修保养中，都要对机车蓄电池进行规范的充放电保养。目前，机务段所采用的充放电装置功能单一，一般只能进行简单的充电和放电，而对被充电电池的状态不能检测，对有故障的蓄电池不能进行判别，很难准确地控制蓄电池充放电，而且充放电现场有酸雾的侵蚀，环境恶劣，危害着操作人员的身体健康。针对存在的这些问题，我们研制了一种新型的蓄电池智能充放电系统，以提高蓄电池的充放电质量，缩短充放电时间，延长蓄电池使用寿命，并且对充放电机实行集群控制，提高工作效率，改善操作人员的工作环境。
本论文首先综述了蓄电池及其充放电机的发展动态，蓄电池的性能、特点及其充放电工艺要求，根据机车蓄电池保养、维护工作的要求和特点，提出了蓄电池智能充放电系统的设计方案：该充放电机采用DSP控制主回路，单片机进行管理的方案，且通过单片机与后台机的通信联系，实现后台机对多台充放电机的集中控制和管理。该系统可以方便地选择充放电工艺曲线；自动跟踪工艺曲线控制充放电过程；出现异常情况时可以报警并自动进行处理(暂停或停机)；充放电过程的控制既可由前台单片机执行，也可由后台机PC机执行；后台机的数据库具有强大的管理功能。本论文完成了智能充放电机的硬件结构设计，包括对主回路、DSP、单片机、后台机部分的硬件设计；电压、电流、温度参数的采集电路设计及数据处理；系统软件的开发调试(后台机控制程序和管理程序设计；单片机通信软件设计；充放电曲线绘制软件设计；以及数据库设计)。实现了系统的通信设计以及集群控制。重点论述了后台机的软件设计以及软件设计过程中所用到的多线程、曲线平滑、软件可靠性、数据库开发技术等。
本论文设计中，充放电系统的核心采用DSP；使用两级多路开关循环选通的方法，巧妙地解决了不共地单体电池电压信号的采集问题；对温度信号的采集使用了数字式温度计，多个并接后直接与单片机的I／O口相连，大大减少了信号联线；多台充放电机的充放电过程在后台机上以分屏的形式直观显示，画面灵活切换；对1—4台充放电机实行集群控制，大大提高了工作效率。
Storage battery as the direct current power supply of the locomotive is important to the move of the locomotive. It is necessary to the storage battery of the locomotive to charge or discharge in the maintenance of the locomotive . Presently the charge and discharge equipments are very simple, can only do simple charge and discharge work and can not inspect the state of the storage battery which is charging or discharging, can not distinguish the fault storage battery and are difficult to control the process of charge and discharge. The bad environment harm the health of the workers. In allusion to these problems this article develop a new kind of storage battery intelligence charge and discharge system, in order to enhances the quality of charge and discharge, shortens the time of charge and discharge process, prolongs the life of the storage battery. It centralized-controls the charge and discharge machine, enhances the word efficiency, improves the work environment of works.
This article investigates the developments of the storage battery and storage battery intelligence charge and discharge system. Bring forward a project of storage battery intelligence charge and discharge system according as the characteristic of maintenance of the storage battery in the locomotive. The system uses the project that DSP controls main loop, SCM manages the process.
Introduces its design of hardware, the circuit design of voltage , current, temperature data collection and data process. The article emphasizes the software of PC, the design of database and multithreading , curve describing, software dependability technology which are used in the process of the software design. It also Introduces the communications software design of SCM simply.
The charge and discharge machine designed in this article uses DSP technology .It contracts PC by SCM, enhances the quality of charge and discharge, shortens the time of charge and discharge process , prolongs the life of the storage battery. It centralized-controls the charge and discharge machine, enhances the word efficiency, improves the work environment of works.
本论文首先综述了蓄电池及其充放电机的发展动态，蓄电池的性能、特点及其充放电工艺要求，根据机车蓄电池保养、维护工作的要求和特点，提出了蓄电池智能充放电系统的设计方案：该充放电机采用DSP控制主回路，单片机进行管理的方案，且通过单片机与后台机的通信联系，实现后台机对多台充放电机的集中控制和管理。该系统可以方便地选择充放电工艺曲线；自动跟踪工艺曲线控制充放电过程；出现异常情况时可以报警并自动进行处理(暂停或停机)；充放电过程的控制既可由前台单片机执行，也可由后台机PC机执行；后台机的数据库具有强大的管理功能。本论文完成了智能充放电机的硬件结构设计，包括对主回路、DSP、单片机、后台机部分的硬件设计；电压、电流、温度参数的采集电路设计及数据处理；系统软件的开发调试(后台机控制程序和管理程序设计；单片机通信软件设计；充放电曲线绘制软件设计；以及数据库设计)。实现了系统的通信设计以及集群控制。重点论述了后台机的软件设计以及软件设计过程中所用到的多线程、曲线平滑、软件可靠性、数据库开发技术等。
本论文设计中，充放电系统的核心采用DSP；使用两级多路开关循环选通的方法，巧妙地解决了不共地单体电池电压信号的采集问题；对温度信号的采集使用了数字式温度计，多个并接后直接与单片机的I／O口相连，大大减少了信号联线；多台充放电机的充放电过程在后台机上以分屏的形式直观显示，画面灵活切换；对1—4台充放电机实行集群控制，大大提高了工作效率。
Storage battery as the direct current power supply of the locomotive is important to the move of the locomotive. It is necessary to the storage battery of the locomotive to charge or discharge in the maintenance of the locomotive . Presently the charge and discharge equipments are very simple, can only do simple charge and discharge work and can not inspect the state of the storage battery which is charging or discharging, can not distinguish the fault storage battery and are difficult to control the process of charge and discharge. The bad environment harm the health of the workers. In allusion to these problems this article develop a new kind of storage battery intelligence charge and discharge system, in order to enhances the quality of charge and discharge, shortens the time of charge and discharge process, prolongs the life of the storage battery. It centralized-controls the charge and discharge machine, enhances the word efficiency, improves the work environment of works.
This article investigates the developments of the storage battery and storage battery intelligence charge and discharge system. Bring forward a project of storage battery intelligence charge and discharge system according as the characteristic of maintenance of the storage battery in the locomotive. The system uses the project that DSP controls main loop, SCM manages the process.
Introduces its design of hardware, the circuit design of voltage , current, temperature data collection and data process. The article emphasizes the software of PC, the design of database and multithreading , curve describing, software dependability technology which are used in the process of the software design. It also Introduces the communications software design of SCM simply.
The charge and discharge machine designed in this article uses DSP technology .It contracts PC by SCM, enhances the quality of charge and discharge, shortens the time of charge and discharge process , prolongs the life of the storage battery. It centralized-controls the charge and discharge machine, enhances the word efficiency, improves the work environment of works.
引文
[1]丁元杰，单片微机原理及应用，机械工业出版社，1996
[2]Michael J．young，Visual C++4从入门到精通，电子工业出版社，1997
[3]杨继光、马丽娟、陈巍，电池技术的发展及展望，宁夏工程技术，2003．8
[4]胡信国、童一波、毛贤仙，阀控式密封铅酸蓄电池的最新发展，蓄电池，2001．4
[5]张胜永，阀控铅酸蓄电池的实践与探索，电池工业，2002．10
[6]陈红雨、吴玲、任超，从欧洲蓄电池会议看国外铅酸蓄电池的研究动态，蓄电池，2000．4
[7]陈红雨，国外铅蓄电池研究进展，蓄电池，2000．3
[8]杨凌，中国铅酸蓄电池行业的发展及趋势，世界有色金属，1999．11
[9]DerekLidow博士，未来十年内电源的变革，电子产品世界，1999．2
[10]胡信国、毛贤仙，中国蓄电池工业发展状况，蓄电池，2000．1
[11]于同双，铅酸蓄电池行业现状分析及对策，蓄电池，1999．4
[12]钱良国、刘长寅，智能充电技术和智能充电机，铁道标准设计，1999．12
[13]熊云祥，小型铅酸密封蓄电池，中国铁路，1994．1
[14]王金勇，蓄电池几种充电方法的优劣，设备管理与维修，2003．4
[15]齐华，关于免维护蓄电池运行维护问题的探讨，青海电力，2002．1
[16]傅凌俊，阀控式密封蓄电池维护注意事项，江西通信技术，2001．9
[17]李克民，蓄电池是通信电源技术维护工作中的重中之重，电信技术，2003．5
[18]Soileau, R.D, "A diagnostic testing program for large lead acid storage battery banks" IEEE Transactions onVolume: 30, Issue: 1,1994.1
[19]Carlson, W.B, "Thomas Edison as a manager of R&D: the case of the alkaline storage battery", Technology and Society Magazine, IEEE, Volume: 7, Issue: 4, 1988.12
[20]Denno, K.I, "Mathematical Modeling of Storage Battery and Fuel-Cell", Telephone Energy conference, 1978. INTELEC 78. International, October 25-27, 1978
[21]陈刚、阮自杰，浅谈UPS电源蓄电池的使用和维护，广东气象 2001．1
[22]黄锋，蓄电池的维护现状和在线容量试验，电信技术，2002．3
[23]颜儒芬，通信电源系统的蓄电池维护方案及探讨，电子质量，2000．6
[24]万国龙，虚拟蓄电池测试系统，电子器件，2003．3
[25]许会、车新生，蓄电池测试装置单片机数据采集记录系统，电源技术，1994．6
[26]鲍慧，蓄电池运行监测与诊断系统，电力系统自动化，2002．7
[27]陈燕昌、孙向阳、叶春辉，蓄电池充放电过程数据自动记录系统，邮电设计技术，1999．5
[28]陈红卫、何祖军，基于CANBUS蓄电池组计算机监测系统，华东船舶工业学院学报，2000．6
[26]许辉、徐兰筠、赵惠中，新型蓄电池容量检测设备的研究，河南科学，1996．12
[29]田备、张正道，一种新颖的蓄电池放电检测系统，江南学院学报，2001．6
[30]李立伟、邹积岩，蓄电池在线监测系统的设计与实现，电工技术，2002．11
[31]胡敦利，一种高性能蓄电池采集模块系统的开发与设计，自动化技术与应用，2002
[32]陈杰，智能铅酸蓄电池组性能的监控系统，机电工程，1999．6
[33]徐创文，微处理机控制系统的抗干扰措施，电气传动自动化，1997．8
[34]艾玲梅，单片机测控系统抗干扰技术，陕西工学院学报，2003．6
[35]王智、张毅，DCS抗干扰和接地设计若干问题的讨论，石油化工自动化，2003．5
[36]马春华，过程计算机控制系统的抗干扰技术，哈尔滨师范大学自然科学学报，2003．3
[37]李春华、郭殿林、王印秋，微机测控系统抗干扰分析，煤矿机械，2001．5
[38]杨雪萍、郭巧菊、丁书文，微机监控系统传输信道的抗干扰技术，2001．9
[39]王岩松、陈贵君，微机控制中的若干抗干扰问题，2002．6
[40]陈生春、林瑞霖、倪庆棋，现代测试系统中抗干扰技术的应用，2003．4
[41]吕贤瑜、王立智、温厘，智能系统的抗干扰技术，内蒙古科技与经济，2002．12
[42]张琦、朱善君、吉吟东，Windows下多线程的数据采集技术，测控技术，2001．11
[43]陈少强，VC++中基于MFC的多线程应用程序设计，三明高等专科学校学报，2002．6
[44]范宝德、刘惊雷，基于VC的多线程编程技术及其实现，微型机与应用，2002．7
[45]周兴铭、徐明、肖刚，多线程技术的现状与前景展望，计算机工程与科学，1999．4
[46]李新明、李艺，多线程技术，小型微型计算机系统，1998．2
[47]侯俊杰，深入浅出MFC，华中科技大学出版社，1998
[48]钱明、张盛蕾、付长东，多线程下的消息处理，微型机与应用，1997．7
[49]魏庆勇、王阳明、陈久康，VC环境下工业监控软件趋势曲线显示画面的实现，机电一体化，2001．6
[50]向运飞、刘旺开、沈为群，多线程技术在计算机测控系统中的应用研究，计算机应用研究，2002
[51]袁唯才、程向民、王辉，多线程技术及其在VC++串口通信程序中的应用，
计算机与现代化，2003．8
[52]宋又廉，基于三次样条插值的采样数据光滑曲线形成法，数据采集与处理，1999．6
[53]翟永强、刘正林，计算机制图中一种新的曲线光滑方法，计算机工程与应用，2003．7
[54]曹智军、侯伯杰、郑鹏，参数三次B样条曲线的一种光顺方法，郑州轻工业学院学报，2003．3
[55]王峰、王爱玲，B样条曲线的插补算法实现，华北工学院学报，2001．6
[56]刘国繁，工控软件的可靠性技术研究，计算机自动测量与控制，1999．7
[57]胡庆培、白成刚、蔡开元，基于构件软件的可靠性分析技术—FTA，计算机工程与应用，2003．10
[58]于春梅、杨胜波、刘桂华，计算机控制系统中提高软件可靠性的措施，工业控制计算机，2001．5
[59]孙赫雄，计算机软件的可靠性技术及其实际应用，佳木斯大学社会科学学报，2000．8
[60]姜韬、白超光，实时分布式系统软件可靠性设计的一些方法，光学精密工程，1997．8
[61]任克强、刘晖，提高单片机应用系统可靠性的软件技术，计算机应用研究，2002
[62]胡皓，提高控制系统软件可靠性的措施，陕西工学院学报，2002．3
[63]许丽佳、陈阳舟，PC机与多MCS-51单片机间的串行通信设计，通信技术与设备，2002
[64]刘源、王洪义、罗汶，微机对多台单片机的控制及通信，天津农学院学报，2000．3
[2]Michael J．young，Visual C++4从入门到精通，电子工业出版社，1997
[3]杨继光、马丽娟、陈巍，电池技术的发展及展望，宁夏工程技术，2003．8
[4]胡信国、童一波、毛贤仙，阀控式密封铅酸蓄电池的最新发展，蓄电池，2001．4
[5]张胜永，阀控铅酸蓄电池的实践与探索，电池工业，2002．10
[6]陈红雨、吴玲、任超，从欧洲蓄电池会议看国外铅酸蓄电池的研究动态，蓄电池，2000．4
[7]陈红雨，国外铅蓄电池研究进展，蓄电池，2000．3
[8]杨凌，中国铅酸蓄电池行业的发展及趋势，世界有色金属，1999．11
[9]DerekLidow博士，未来十年内电源的变革，电子产品世界，1999．2
[10]胡信国、毛贤仙，中国蓄电池工业发展状况，蓄电池，2000．1
[11]于同双，铅酸蓄电池行业现状分析及对策，蓄电池，1999．4
[12]钱良国、刘长寅，智能充电技术和智能充电机，铁道标准设计，1999．12
[13]熊云祥，小型铅酸密封蓄电池，中国铁路，1994．1
[14]王金勇，蓄电池几种充电方法的优劣，设备管理与维修，2003．4
[15]齐华，关于免维护蓄电池运行维护问题的探讨，青海电力，2002．1
[16]傅凌俊，阀控式密封蓄电池维护注意事项，江西通信技术，2001．9
[17]李克民，蓄电池是通信电源技术维护工作中的重中之重，电信技术，2003．5
[18]Soileau, R.D, "A diagnostic testing program for large lead acid storage battery banks" IEEE Transactions onVolume: 30, Issue: 1,1994.1
[19]Carlson, W.B, "Thomas Edison as a manager of R&D: the case of the alkaline storage battery", Technology and Society Magazine, IEEE, Volume: 7, Issue: 4, 1988.12
[20]Denno, K.I, "Mathematical Modeling of Storage Battery and Fuel-Cell", Telephone Energy conference, 1978. INTELEC 78. International, October 25-27, 1978
[21]陈刚、阮自杰，浅谈UPS电源蓄电池的使用和维护，广东气象 2001．1
[22]黄锋，蓄电池的维护现状和在线容量试验，电信技术，2002．3
[23]颜儒芬，通信电源系统的蓄电池维护方案及探讨，电子质量，2000．6
[24]万国龙，虚拟蓄电池测试系统，电子器件，2003．3
[25]许会、车新生，蓄电池测试装置单片机数据采集记录系统，电源技术，1994．6
[26]鲍慧，蓄电池运行监测与诊断系统，电力系统自动化，2002．7
[27]陈燕昌、孙向阳、叶春辉，蓄电池充放电过程数据自动记录系统，邮电设计技术，1999．5
[28]陈红卫、何祖军，基于CANBUS蓄电池组计算机监测系统，华东船舶工业学院学报，2000．6
[26]许辉、徐兰筠、赵惠中，新型蓄电池容量检测设备的研究，河南科学，1996．12
[29]田备、张正道，一种新颖的蓄电池放电检测系统，江南学院学报，2001．6
[30]李立伟、邹积岩，蓄电池在线监测系统的设计与实现，电工技术，2002．11
[31]胡敦利，一种高性能蓄电池采集模块系统的开发与设计，自动化技术与应用，2002
[32]陈杰，智能铅酸蓄电池组性能的监控系统，机电工程，1999．6
[33]徐创文，微处理机控制系统的抗干扰措施，电气传动自动化，1997．8
[34]艾玲梅，单片机测控系统抗干扰技术，陕西工学院学报，2003．6
[35]王智、张毅，DCS抗干扰和接地设计若干问题的讨论，石油化工自动化，2003．5
[36]马春华，过程计算机控制系统的抗干扰技术，哈尔滨师范大学自然科学学报，2003．3
[37]李春华、郭殿林、王印秋，微机测控系统抗干扰分析，煤矿机械，2001．5
[38]杨雪萍、郭巧菊、丁书文，微机监控系统传输信道的抗干扰技术，2001．9
[39]王岩松、陈贵君，微机控制中的若干抗干扰问题，2002．6
[40]陈生春、林瑞霖、倪庆棋，现代测试系统中抗干扰技术的应用，2003．4
[41]吕贤瑜、王立智、温厘，智能系统的抗干扰技术，内蒙古科技与经济，2002．12
[42]张琦、朱善君、吉吟东，Windows下多线程的数据采集技术，测控技术，2001．11
[43]陈少强，VC++中基于MFC的多线程应用程序设计，三明高等专科学校学报，2002．6
[44]范宝德、刘惊雷，基于VC的多线程编程技术及其实现，微型机与应用，2002．7
[45]周兴铭、徐明、肖刚，多线程技术的现状与前景展望，计算机工程与科学，1999．4
[46]李新明、李艺，多线程技术，小型微型计算机系统，1998．2
[47]侯俊杰，深入浅出MFC，华中科技大学出版社，1998
[48]钱明、张盛蕾、付长东，多线程下的消息处理，微型机与应用，1997．7
[49]魏庆勇、王阳明、陈久康，VC环境下工业监控软件趋势曲线显示画面的实现，机电一体化，2001．6
[50]向运飞、刘旺开、沈为群，多线程技术在计算机测控系统中的应用研究，计算机应用研究，2002
[51]袁唯才、程向民、王辉，多线程技术及其在VC++串口通信程序中的应用，
计算机与现代化，2003．8
[52]宋又廉，基于三次样条插值的采样数据光滑曲线形成法，数据采集与处理，1999．6
[53]翟永强、刘正林，计算机制图中一种新的曲线光滑方法，计算机工程与应用，2003．7
[54]曹智军、侯伯杰、郑鹏，参数三次B样条曲线的一种光顺方法，郑州轻工业学院学报，2003．3
[55]王峰、王爱玲，B样条曲线的插补算法实现，华北工学院学报，2001．6
[56]刘国繁，工控软件的可靠性技术研究，计算机自动测量与控制，1999．7
[57]胡庆培、白成刚、蔡开元，基于构件软件的可靠性分析技术—FTA，计算机工程与应用，2003．10
[58]于春梅、杨胜波、刘桂华，计算机控制系统中提高软件可靠性的措施，工业控制计算机，2001．5
[59]孙赫雄，计算机软件的可靠性技术及其实际应用，佳木斯大学社会科学学报，2000．8
[60]姜韬、白超光，实时分布式系统软件可靠性设计的一些方法，光学精密工程，1997．8
[61]任克强、刘晖，提高单片机应用系统可靠性的软件技术，计算机应用研究，2002
[62]胡皓，提高控制系统软件可靠性的措施，陕西工学院学报，2002．3
[63]许丽佳、陈阳舟，PC机与多MCS-51单片机间的串行通信设计，通信技术与设备，2002
[64]刘源、王洪义、罗汶，微机对多台单片机的控制及通信，天津农学院学报，2000．3