基于电力线通信的光伏组件流水线条码传输系统设计

摘要

光伏组件在生产过程中条码和对应工艺数据需要实时收集至MES系统，以供企业管理层分析追溯，作出生产决策。由于生产现场空间受限，布线施工不便，为解决此问题，本文提出采用电力线载波通信技术作为数据传输方案，无损施工，简化部署难度，减少生产线停工时间。而电力线恶劣的信道环境并不利于数据可靠传输，因此本文研究并设计了一套基于电力线可靠通信的光伏组件流水线条码采集系统，保证了条码数据准确传输至MES，为企业准确的生产决策提供了可靠依据。 首先，根据企业需求和光伏组件生产整个过程，分析了关键工艺参数对组件最终质量的影响，后根据组件流水线生产工艺步骤分割，得到组件生产数据关键采集位置，评估本文方案介入方式，确定了采集系统总体方案。并对电力线通信窄带、宽带通信方式作出预实验，选用宽带电力线通信方式作为本文数据传输方式，设计了电力线通信系统中节点模块和网关模块的软硬件。 其次，针对电力线信道恶劣质量导致的丢包情况，本文设计了超时重传、基于信噪比估计重传、帧序号、循环冗余校验等机制使不可靠的电力线信道达到基于电力线可靠通信的目标。由于电力线通信系统软硬件对管理人员并不透明，不方便其管理，于是本文设计了相应的地址管理软件和接入并发能力强的PBC条码管理软件，并设计了相应的数据库，使整套系统体系合理，维护简便。 最后，本文对整套软硬件进行联调实验，组建了包含网关和20个节点的实验网络，搭建了噪声干扰环境并用衰减器衰减电力线信号，模拟工业生产现场电网极差的环境，测试得到整网络吞吐量，电力线网络丢包率和重传率等数据，并分析了结果在不同信噪比下的变化。最终部署至生产现场，结果表明，整套系统部署简易，无损施工，无需铺设电缆，只需并入工位设备的交流电源中，运行状态良好，数据丢包率极低，系统能够满足组件数据快速准确高可靠传输的要求。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题来源与背景意义

1．1．1课题来源

1．1．2课题背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 MES数据采集技术研究现状

1．2．2电力线载波通信研究现状

1．3课题研究内容

1．4论文组织与结构

第二章系统总体方案研究

2．1光伏组件流水线条码采集方案

2．2电力线通信技术

2．3电力线网络通信方案

2．4本章小结

第三章电力线载波通信系统硬件设计

3．1引言

3．2电力线载波芯片

3．3电源电路设计

3．4耦合电路设计

3．5条码采集电路

3．6光电开关检测电路

3．7网关网口电路

3．8本章小结

第四章通信系统软件设计和通信保障机制

4．1总体软件设计

4．2主从机间通信协议

4．3网关协议

4．4主从机间通讯保障机制

4．4．1超时重传机制

4．4．2基于信噪比估计重传机制

4．4．3帧序号和队列缓存机制

4．4．4上线注册和心跳机制

4．4．5循环冗余校验(CRC)

4．4．6多进程设计

4．5设计过程中遇到的问题

4．6本章小结

第五章地址管理和条码传输管理软件设计

5．1节点地址维护软件

5．2 SQL数据库建立

5．3 PBC条码传输管理软件

5．3．1通信程序设计

5．4本章小结

第六章系统测试

6．1引言

6．2试验平台搭建

6．3实验过程与结果分析

6．3．1网关速率

6．3．2电力线网络丢包率与重传率

6．3．3数据发送频率对丢包率的影响

6．4实际应用

6．5文章小结

第七章总结与展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢