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“针对这个项目，我们采用LabVIEW来设定WSN节点、WSN网关、CompactRIO设备、服务器、网页、kiosk与离线分析软件。单种编程语言可用于项目的每一部分，这是史无前例的创举。”
挑战：
针对圣安东尼奥德州大学(UTSA) 校园附近多个地点，设计出高精度仿真的太阳能电场监测系统，进而以百分之百的稳定性高速测量转换器(AC)、结合器(DC)、辐照、热电偶与天气数据。
解决方案：
采用NI CompactRIO、NI无线网关、NI无线传感器网络(WSN) 节点，打造出业界领先的高精度分布式监测系统，提供中央服务器数据采集与处理功能，以及网页与Kiosk显示器以便其他用户进行操作。
VI Design Group是经验证的NI联盟伙伴，也是专业的NI技术系统集成商。 VI Design Group团队成员都已获得LabVIEW程序架构师认证，致力于提供最出色的系统开发品质。 VI Design Group开发即用型产品的经验非常丰富，其中包含远程数据记录器、控制系统和自动化测试系统。它主要提供医疗、可再生能源、石油与天然气，以及其他工业级产品。
鉴于系统本身的分布式特性与所需的高精度仿真，我们必须通过NI技术来开发自定制的太阳能电场监测系统。目前现成的解决方案都不能满足我们的项目需求。此外，UTSA还希望未来能够将控制逻辑整合在相同的系统内，以便控制电池存储并追踪太阳运行情况。 NI平台的与众不同之处，就在于能够将控制元件整合至同一个监测系统，这一点是其他供应商无法企及的。
图1. 3个配备相关设备 (包含1个313kW系统)的场地。
此项目参与了NI绿色能源工程奖金计划。凭借创新的设计与出色的教学成果，该项目获得殊荣。其资金来源于美国复苏与再投资法案所属的能源部门。
UTSA的研究助理Gerardo Trevino在领奖时发表了以下陈述：
VI Design Group能够获选成为该项目的系统集成商，是因为自身在监测系统方面的专业能力。该公司使用CompactRIO执行远程监测的经验非常丰富。此外还能稳定地将数据传输至中央服务器，进一步存储信号并进行后续处理。 VI Design Group针对UTSA多个实体地点，以多重相位的方式开发出该系统并进行部署。
系统设计概述
该系统由3个主要部分组成 (如图2与图3所示)。红色是系统进行数据采集的部分，许多地点都采用相同的架构。其中的构成要素包含CompactRIO设备，其采集数据的方式分为两种：通过WSN网关无线采集，或通过直接连接的传感器进行实际采集。 CompactRIO设备采集数据后便会将数据传输至中央服务器，以便执行存储、后续处理、网络代管等操作。运作中的服务器(以蓝色标识)则会从CompactRIO系统采集数据，如果数据损坏或失去通信功能的话，会发出警示音。此外数据会存储在数据库内，并且发布到网上以便其他用户监测。
最后，绿色的部分则是所有可用来系统交互的用户界面。任何人皆可随时浏览网页。 Kiosk显示器位于UTSA现场供学生操作，主机电脑还可提供原始数据的存取权限给教授，以便数据的下载或运用。
图2.系统三大部分的重点
图3.三大部分系统组件的详细说明图
有了NI硬件与NI LabVIEW系统设计软件，此系统的设计流程不仅快速，也相当简便。 NI协助开发了所有底层设计，并加以抽象化成为高层API。下列事项已由NI完成，VI Design Group不必再费心开发：
- ZigBee无线协议设计
- 嵌入式OS设计/微控制器操作
- 印刷电路板配置与24位的delta-sigma模数整合
- 热能传导分析与被动式冷却系统设计
- TCP/IP或UDP网络通信协议设计
- 安全套接字层(SSL)加密与安全功能
- 相对于C/C++更精密的记忆体管理功能
- VHSIC硬件描述语言FPGA编程设计
- Microsoft Silverlight网络控制设计
- 搭配网络服务的网络服务器设定
基本上，所有的底层工作都已完成，只剩下高层工作。如要设计并实现该系统，用户必须了解NI设备的高层设定与特殊的LabVIEW编程设计语言。 针对这个项目，我们采用LabVIEW来设定WSN节点、 WSN网关、 CompactRIO设备、服务器、网页、kiosk与离线分析软件。单种编程语言可用于项目的每一部分，这是史无前例的创举。通过NI丰富的培训课程，任何人都可以成为NI技术专家，设计出具有一定复杂度的监测系统。
系统部署与后续步骤
下列为系统部署图片：
图4.转换器安装与AC监测设备安装
图5.每个地点所部署的CompactRIO数据记录器
图6. NI WSN节点采集辐照与热电偶数据
有些分析任务使用的是DIAdem软件，可用于后续处理数据分析。 DIAdem可协助UTSA的教授针对采集过程中的信号来处理相关问题，进一步分析并呈现数据。 这些分析已用于执行太阳能预测比较。下图为实际的太阳能光电(PV)输出与预测的PV输出之间的比较。
图7.采集到的原始数据由DIAdem绘制而成，比较实际功率/预测功率
图8.流畅的数据采集显示出实际功率非常接近预测功率
该系统为UTSA提供了稳定的高精度分布式太阳能电场监测系统，并可达成每一项目标。现在UTSA正在进一步探索CompactRIO的开放式平台与控制逻辑功能，开发更多潜在的系统功能以超越任何一种COTS系统，而且此系统还可协助UTSA执行有利于太阳能产业的先进研究。
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