c# 基于国产串口服务器的电能数据采集系统

c# 基于国产串口服务器的电能数据采集系统

根据开发需求，需要对一套工厂供配电系统电能数据进行采集，现场实际情况及数采系统要求如下：
1、该系统由两台变压器（10kv/0.4kv）组成，次级有30多条回路，即30多块多功能电能表（485端口）。
2、数采系统要求5分钟采集一次即时值，其中变压器需要采集线电压/相电压/相电流/功率因数/有功功率/无功功率/有功电能/无功电能，各支路只采集线电压/相电流/有功电能即可。

硬件及网络设计：
1、每台变压器配置一台串口服务器（8口），该变压器下的支路电能表通过485总线连接至串口服务器，每个串口连接4块电能表。
2、两台服务器通过光纤以TCP/IP网络连接至办公室上位机数采系统（约200米）。

上位机用C#开发：
1、数采系统可展示配电系统的实时值、当日负荷曲线（包含变压器及各支路）、当月负荷曲线、电能统计等基本功能。
2、数据以EXCEL格式储存，分为每日/每月记录表。可能有人问为什么不用数据库？使用数据库就意味着上位机要安装数据库，后期还需要对该系统使用者进行筛选、保存、导出之类的操作培训，使用EXCEL基本不需要培训了，更主要的是，咳咳，笔者不会数据库…

笔者从网上比较各厂家传串口服务器及测试，选用了一家，该串口服务器有以下功能：
1、支持串口轮询，
2、支持TCP Server及TCP Client模式。
其中最重要的串口轮询功能该服务器比较好用，设置界面友好，售后技术回复及时，调试起来非常方便，在这里可以打一波广告，也就几百块钱一台；轮询采集结束后数据打包通过TCP端口发送，上位机c#根本就不需要管串口这一块，数采系统接收就可以了。

电路设计：
没什么说的，看图吧

软件界面：目前较简单，只有两个界面。

1、两个曲线栏，两台变压器每日负荷曲线，展示的数据有变压器负荷率/当日功率峰值/当日电能等，粗红曲线为变压器功率曲线，较细曲线为各分表曲线，分表曲线可以勾选添加，该数据为5分钟记录一次，同时记录到日数据excel表中。
2、曲线栏下部为实时数据区，左侧为变压器实时数据，右侧为各分表实时数据，只展示了相电流（A相）/实时有功功率/开关负荷率。每10秒更新一次，只显示不记录。
3、标题栏还有配电室温度及湿度显示，也是每5分钟记录一次。

界面二：各类统计曲线

界面包含：
1、各分表月度电能柱状图
2、电能比例饼图
3、变压器峰值及各单位峰值曲线月度曲线
4、功率日曲线，用于查询、调阅各电能表日曲线

程序要点：
1、串口服务器的设置：
根据使用手册及咨询厂家技术人员就可以了，这是我们设置为TCP Server模式，串口轮询后打包发送到TCP端口，每10秒轮询一次。
服务器设置界面：

2、c#的TCP连接
c#上位机里我们采用TCP Clint模式，启动程序后，点击变压器图案连接串口服务器，连接正常后该图案变成绿色，即知道连接正常。
然后监听端口，有数据过来即拆分数据，解析后赋值给各变量。
服务器连接方法：

端口监听：

是不是很简单，这样就可以等数据过来了。

收到数据后解析，数据以16进制过来，我们要知道每Byte数据含义即可拆分、解析、浮点转换，赋值变量。
例：5#变压器数据过来后，先去除数据的头部有关信息数据，再截取60Byte存入nowdata，再取首字翻转，然后转换为int16整数，最后根据电能表的比例参数计算为浮点，最后赋值给five_Aa，即可得到了5#变压器的A相电流值。

按以上套路，依次取得该变压器下所有电能表的数据。

3、TCP的心跳及重新连接
在数采过程中，网络会因为这样那样的原因断开，这时我们就需要判断和重新连接了，使用client.Connected属性判断是否断网是行不通的，TCP的心跳有几种方法，大家可以查一下，这里我们系统是定时传送数据的，我们可以结合这个特点来编写自己的心跳程序，可以参考我的另一篇文章：C# 上位机学习之简单粗暴法2_TcpClient的心跳程序
链接: link.
重连就简单啦，网络断开后每3分钟重新连接一次即可，程序略。

4、图表功能：
使用c#的chart组件即够用了，分为初始化、取数据、描点即可。
绘图：例5#变压器日曲线描点

5、数据记录
本系统采用xls文件记录数据，笔者分析了关于c#中处理EXCEL表格的各种类及组件，最后选用Spire.Xls组件类，该类功能全，能满足本系统需求了。
“Spire.XLS是E-iceblue开发的一套基于企业级的专业Office文档处理的组件之一，全称Spire.Office for .NET。旗下有Spire.Doc，Spire XLS，Spire.PDF，Spire.BarCode等多款专业组件，为各种Office文档在程序处理上提供了很大的方便，官方为各种功能提供了大量的在线api，简化了使用组件的难度。组件使用时不需要本地Office组件的支持。Spire.Office是一款企业级组件，它提供了收费版本和免费版本两种级别，一般来说，对于个人的应用，免费版本已足够用。"
最大的特点是使用时不需要本地Office组件的支持，不需要考虑用户是使用微软office还是WPS。功能就不介绍了，有兴趣的去查询。
例：写入每日数据表

6、文件功能
我们事先建立好几套xls模板，分为变压器/分表的日报表和月报表，最后打包到安装程序中，程序安装后在安装目录下建立\palte目录，将模板文件拷贝进去备用，然后程序启动时先检查是否存在当日文件，无则建立有则略过，然后每日零点重新以模板文件为基础，拷贝建立几个以编号和日期为文件名的文件即可，当然还需要在表格内填写表编号及日期的信息，每月首日还要建立当月记录目录。

6、运行log
我们还需要记录下程序运行的日志，再添加下日志功能吧。
主要记录通讯情况、是否有数据超差等，看需要来定。

日志实现起来也很简单：

最后测试好打包安装程序即可。
该数采系统可以多机安装，体量小（安装包20多M），手提电脑上安装这套数采系统，开能源例会时可以展示公司配电系统实时数据，是不是有点牛逼闪闪。