CN220649593U - 一种超级电容器远程监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超级电容器远程监测系统，包括恒温实验箱、可调直流稳压电源、温度变送器、霍尔电流传感器、电压传感器、信号调理模块、电子负载、PLC控制器、触摸屏、PLC远程控制模块和远端上位机；所述PLC远程控制模块与PLC控制器连接，并通过4G无线网络与远端上位机进行通信；所述远端上位机用于对数据进行处理、分析、显示和保存，最终实现对超级电容器的远程监测；本实用新型能够很好的实现超级电容器的远程监测，而且具备移植性强、硬件电路要求低、开发周期短及智能化程度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于储能装置监测技术领域，尤其涉及一种超级电容器远程监测系统。
背景技术
超级电容器作为一种新型的储能装置，其性能介于传统电容器与电池之间，与传统蓄电池相比，具备功率密度高、工作温度范围宽、循环寿命长和无污染等优点，因而被逐渐应用于混合电动汽车、能量回收、电磁弹射等方面，在能量存储领域发挥了重要作用。随着超级电容器应用的日益广泛，为深入了解超级电容器的特性和确保超级电容器在使用中的安全，对其进行实时监测显的尤为重要。
现有的超级电容器监测系统以单片机为核心作为功能实现居多，但以单片机作为功能实现具有开发周期长、硬件电路要求高、可移植性差等问题，而且，目前大多的超级电容器监测系统还不能实现远程监测。
实用新型内容
鉴于上述技术存在的不足，本实用新型提供了一种超级电容器远程监测系统，以解决现有系统存在开发周期长、硬件电路要求高、可移植性差以及难于实现远程监测的问题。
本实用新型采用如下技术方案进行上述问题的解决。
一种超级电容器远程监测系统，包括恒温实验箱、可调直流稳压电源、温度变送器、霍尔电流传感器、电压传感器、信号调理模块、电子负载、PLC控制器、触摸屏、PLC远程控制模块和远端上位机；所述恒温实验箱用于对被测超级电容器所处的环境温度进行调节；所述可调直流稳压电源对超级电容器进行充电；所述温度变送器、霍尔电流传感器及电压传感器用于对超级电容器表面温度、充放电电流及端电压进行实时采集；所述信号调理模块对各传感器输出的信号进行变换与处理，并将变换处理后的信号传送给PLC控制器；所述PLC控制器与所述触摸屏相连接，用户可通过触摸屏对超级电容器的端电压、充放电电流、温度、储存容量及储存能量进行可视化本地监测；所述PLC远程控制模块与PLC控制器连接，并通过4G无线网络与远端上位机进行通信；所述远端上位机中的LabVIEW软件实现对超级电容器的端电压、充放电电流、温度、储存容量及储存能量的动态参数实时显示、曲线实时显示、数据自动保存以及故障报警。
进一步地，所述的PLC控制器选用西门子 S7-200 Smart ST30 ，与其相连接的有EM AM06模拟量扩展模块。
进一步地，所述的触摸屏选用西门子Smart 1000 IEV3 触摸屏，触摸屏通过串口通信与PLC控制器进行数据交换，从而实现对超级电容器的本地监测。
进一步地，所述的电子负载为RK9714型电子负载，额定功率1.2kW，额定电压150V，额定电流240A。
进一步地，所述的信号调理模块选用阿尔泰S1104型，用于对各传感器输出的4~20 mA的电流信号进行变换、放大、隔离，然后将隔离输出后的1~5V的电压信号传送给所述的与PLC相连的EM AM06模拟量扩展模块。
进一步地，所述的PLC远程控制模块通过以太网接口与PLC控制器连接。
进一步地，所述的PLC远程控制模块内含有支持4G网络的SIM卡。
和现有技术相比，该实用新型的有益效果是：采用西门子PLC为核心，在保证可靠性的前提条件下，具备移植性强、硬件电路要求低及开发周期短；使用PLC远程控制模块，一方面提高了系统的智能化水平，另一方面解决了超级电容器远程监测的技术难题，同时极大地方便用户异地远程在线调试或修改程序；远端监测上位机的人机交互基于图形化编程语言G语言LabVIEW进行开发，与基于文本的编程语言相比大大提高了软件算法的开发效率，降低了成本，而且人机界面友好。
附图说明
图1是本实用新型一种超级电容器远程监测系统的总体原理结构框图；
图2是本实用新型的信号调理模块的接线图；
图3是本实用新型的传感器数据采集电气原理图。
具体实施方式
为了对本实用新型更为具体的描述，下面结合本实用新型中的附图和实施例，对本实用新型中的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，一种超级电容器远程监测系统，由恒温实验箱、可调直流稳压电源、温度变送器、霍尔电流传感器、电压传感器、信号调理模块、电子负载、PLC控制器、触摸屏、PLC远程控制模块和远端上位机组成。
在对超级电容器进行性能测试时，需对其温度、端电压、充放电电流、储存容量及储存能量进行实时监测；温度变送器连接有PT100铂电阻探头，温度变送器量程为－100~150℃，输出信号为4~20mA的电流信号；电流传感器为FX-BY20-200B9C型霍尔电流传感器，电流传感器量程为0~200A，输出信号为4~20mA的电流信号；电压传感器为KDV-T2型霍尔电压传感器，电压传感器量程为0~50V，输出信号为4~20mA的电流信号。
所述的储存容量及储存能量根据采集的电压和电流，由软件算法程序自动求出并实时显示。
需要说明的是，温度变送器、电流传感器、电压传感器、各信号调理模块、PLC及其扩展模块、触摸屏以及PLC远程控制模块所需的24 V直流工作电压由低纹波系数的开关电源为其提供，所述开关电源为菲尼克斯QUINT-PS/1 AC/24 DC/10型开关电源，从而保障传感器、信号调理模块、PLC及其扩展模块、触摸屏及PLC远程控制模块所需电源的稳定可靠。
需要说明的是，超级电容器放电测试时，需要与电子负载连接，电子负载是专门用来模拟超级电容器、电池、开关电源对外部设备供电的仪器。
S1104信号调理模块用于对各传感器输出的4~20mA电流信号经过变换、放大、隔离后输出为1~5 V的电压信号，以提高系统的抗干扰性和符合与PLC控制器相连的EM AM06的电压采集范围，该信号调理模块为单路输入单路输出型，而且输入、输出以及电源三端口之间相互隔离，如图2所示为信号调理模块的接线图，图2中接口②为传感器输出信号正的接线端，接口③为传感器输出信号负的接线端，接口⑧为信号调理模块信号输出正的接线端，接口⑦为信号调理模块信号输出负的接线端，接口⑦和⑧需与PLC的模拟量扩展模块对应的接口相连接，接口⑥为信号调理模块所需的DC24 V电源正，接口⑤为信号调理模块的所需的DC24V电源负。
需要进一步说明的是，信号调理模块输出的电压信号由PLC进行采集，S7-200Smart ST30 PLC作为西门子PLC系列中的小型PLC，具有性价比高、抗干扰能力强、稳定性好等优点，其板载数字量量I/O口有30个，方便系统功能的扩展，与S7-200 Smart ST30 PLC本体相连的EM AM06模拟量扩展模块具有4路模拟量输入通道、2路模拟量输出通道，额外的模拟量接口为功能扩展和故障更换备用，如图3所示为传感器数据采集电气原理图。
还需要进一步说明的是，PLC远程控制模块为Suk-Box-4G控制模块，其具有1路RS485接口、1路RS232接口和2路以太网通信接口，支持移动、联通、电信4G网络和有线网，同时支持西门子、三菱、施耐德、欧姆龙、台达等多种主流型号的PLC，通过在云服务器平台上设置好IP地址和相关参数后，即可实现与远端上位机进行数据交换，实现对超级电容器的远程监测。
远端上位机基于LabVIEW进行设计，其程序以程序框图的形式编写，提高了编写效率，与程序框图对应的前面板人机界面上实时地以多种形式显示超级电容器的相关参数信息，并将数据信息实时地保存到excel电子表格中，为超级电容器的性能测试研究提供了诸多的方便。
以上所述的实施例仅是本实用新型的较佳的实施例，应当说明的是，对于本领域的一般技术人员而言，在不脱离本实用新型方法的前提下，仍可以做出一些改进和变换，但这些改进和变换仍属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：包括恒温实验箱、可调直流稳压电源、温度变送器、霍尔电流传感器、电压传感器、信号调理模块、电子负载、PLC控制器、触摸屏、PLC远程控制模块和远端上位机；所述恒温实验箱用于对被测超级电容器所处的环境温度进行调节；所述可调直流稳压电源对超级电容器进行充电；所述温度变送器、霍尔电流传感器及电压传感器用于对超级电容器表面温度、充放电电流及端电压进行实时采集；所述信号调理模块对各传感器输出的信号进行变换与处理，并将变换处理后的信号传送给PLC控制器；所述PLC控制器与所述触摸屏相连接，用户可通过触摸屏对超级电容器的端电压、充放电电流、温度、储存容量及储存能量进行可视化本地监测；所述PLC远程控制模块与PLC控制器连接，并通过4G无线网络与远端上位机进行通信；所述远端上位机中的LabVIEW软件实现对超级电容器的端电压、充放电电流、温度、储存容量及储存能量的动态参数实时显示、曲线实时显示、数据自动保存以及故障报警。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：所述的PLC控制器选用西门子 S7-200 Smart ST30 ，与其相连接的有EM AM06模拟量扩展模块。
3.根据权利要求2所述的一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：所述的触摸屏选用西门子Smart 1000 IEV3 触摸屏，触摸屏通过串口通信与PLC控制器进行数据交换，从而实现对超级电容器的本地监测。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：所述的电子负载为RK9714型电子负载，额定功率1.2kW，额定电压150V，额定电流240A。
5.根据权利要求2所述的一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：所述的信号调理模块选用阿尔泰S1104型，用于对各传感器输出的4~20mA的电流信号进行变换、放大、隔离，并将隔离输出后的1~5V的电压信号传送给所述的与PLC相连的EM AM06模拟量扩展模块。
6.根据权利要求2所述的一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：所述的PLC远程控制模块通过以太网接口与PLC控制器连接。
7.根据权利要求6所述的一种超级电容器远程监测系统，其特征在于：所述的PLC远程控制模块内含有支持4G网络的SIM卡。
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