臺灣博碩士論文加值系統

本論文使用Microsoft Visual Studio 2015開發平台與Visual C#程式語言建立使用多執行緒運行的WindowsForm圖形化介面，即時遠端監控系統與大數據分析系統，並應用於獨立型勵磁式同步風力發電機組。即時遠端監控系統使用串列傳輸通訊RS485，連結風力發電機組的微控制器I/O，規劃串列傳輸通訊流程與封包，將原本的數字資訊轉化成圖形搭配數值顯示，系統所擷取的資料也同步至外部TCP/IP通訊及儲存至資料庫系統。大數據分析系統使用Microsoft SQL Server資料庫系統，將實驗後所儲存的數據分類於系統內各分頁顯示，觀察風力發電機組於運轉中的各項數據及狀態，以利評估控制參數於系統中的影響，並調整風力發電機組各個狀態。此外，透過本論文規劃的方式儲存數據，將更有效地應用於數據分析，提升風力發電機組整體的發電效益。
本論文針對獨立型勵磁式同步風力發電機組的穩速伺服馬達，使用自製的永磁同步馬達驅動器系統，並透過CAN通訊協定下達命令及取得資料。基於CAN匯流排強大的錯誤偵測與錯誤修正能力，使用高速型CAN網路實現可靠且低成本的穩速伺服馬達架構。於風力發電機組龐大的架構下，未來擴充各元件與感測器將可以使用CAN匯流排，實現一個可靠、具擴充性且易於使用的控制器區域網路。

This thesis designs and implements two parts of Graphical User Interface(GUI) with multi-thread based on Microsoft Visual Studio 2015 development platform and Visual C# programming language, real-time remote monitoring system and big data analysis system. In the real-time remote monitoring system, we use asynchronous serial communication as a connection between computer and microcontroller unit which is designed for the process and packet, transforming the original data information into chart and data representation that is to be synchronized to TCP/IP communication and database. In order to evaluate the effect from control parameter and adjust the state to the wind turbine system, we use Microsoft SQL Server database system as experiment data saving, which is observing the operation and the state of the data in the stand-alone excited synchronous wind power system in big data analysis system.
This thesis uses permanent-magnet motor driver system which is developed by the AC/DC motor control laboratory to replace servo motor, Mitsubishi-J4, in the stand-alone excited synchronous wind power system. In order to give a command to the system and get information from it, we use Controller Area Network(CAN) as a connection between permanent-magnet motor driver system and stand-alone excited synchronous wind power system. Then we use the High Speed CAN to achieve better reliability and lower cost. Moreover, we can easily connect with other object and sensor to CAN in the stand-alone excited synchronous wind power system.

中文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 x
表次 xv
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 研究方法 2
1.3 論文架構 3
第二章 傳輸通訊架構 4
2.1 串列傳輸通訊 4
2.1.1 資料傳輸模式 4
2.1.2 同步通訊與非同步通訊 6
2.1.3 通訊緩衝區 7
2.2 CAN通訊協定 8
2.2.1 仲裁機制 8
2.2.2 通訊格式 10
2.2.2.1 資料框架 10
2.2.2.2 遠端框架 11
2.2.2.3 錯誤框架 11
2.2.2.4 過載框架 12
2.2.3 偵錯機制 13
2.3 TCP/IP通訊協定[22] 14
2.3.1 參考模型 14
2.3.1.1 應用層 15
2.3.1.2 傳輸層 15
2.3.1.3 網路互連層 15
2.3.1.4 連結層 15
第三章 風力發電機組微控制器與通訊電路 16
3.1 微控制器 16
3.1.1 TMS320F28069 16
3.2 微控制器模組[23] 17
3.3 通訊模組[23] 18
3.3.1 SCI通訊模組 18
3.3.1.1 SCI模組說明 19
3.3.1.2 SCI接收中斷 20
3.3.1.3 SCI傳送中斷 21
3.3.2 eCAN通訊模組 22
3.3.2.1 eCAN模組說明 22
3.3.2.1 eCAN中斷 23
3.4 通訊電路[24] 25
3.4.1 RS485轉換電路 25
3.4.2 CAN轉換電路 27
3.4.3 轉換電路比較 29
第四章 系統通訊協定 30
4.1 串列傳輸通訊流程 30
4.1.1 封包格式 31
4.1.1.1 無資料封包 31
4.1.1.2 有資料封包 31
4.1.2 系統傳送流程 34
4.1.3 系統接收流程 35
4.1.4 微控制器接收流程 36
4.1.5 微控制器傳送流程 37
4.1.6 改變RS485通訊方向 38
4.1.7 避免傳輸停止機制 39
4.1.7.1 系統判斷機制 39
4.1.7.2 微控制器判斷機制 40
4.2 CAN通訊流程 41
4.2.1 CAN傳輸型態 41
4.2.2 CAN傳送流程 43
4.2.3 CAN接收流程 45
4.2.4 錯誤傳輸判斷 46
4.3 TCP/IP通訊流程 47
第五章 即時遠端監控系統 48
5.1 Visual C#簡介 48
5.2 類別規劃 49
5.3 視窗類別 51
5.3.1 登入視窗 51
5.3.2 主視窗 52
5.3.2.1 上方工具列 53
5.3.2.2 下方操作區 53
5.3.2.3 狀態確認頁面 54
5.3.2.4 參數設定頁面 55
5.3.2.5 圖形監控頁面 56
5.3.2.6 數值監控頁面 57
5.3.2.7 馬達狀態頁面 58
5.3.3 通訊埠設定視窗 59
5.3.4 圖形顯示設定視窗 59
5.3.5 Offset顯示設定視窗 60
5.3.6 偵測系統狀態視窗 60
5.3.7 系統組態視窗 62
5.3.8 使用說明視窗 63
5.4 多執行緒 64
第六章 大數據分析系統 66
6.1 系統規劃 66
6.1.1 Microsoft SQL Server 66
6.1.2 ADO.NET 67
6.1.3 LINQ 68
6.1.4 資料庫架構 68
6.2 類別規劃 70
6.3 視窗類別 71
6.3.1 登入視窗 71
6.3.2 主視窗 72
6.3.2.1 上方工具列 72
6.3.2.2 動態顯示頁面 76
6.3.2.3 資料分析頁面 78
6.3.2.4 資料顯示頁面 80
6.3.2.5 馬達驅動器頁面 82
6.3.3 進度顯示視窗 84
6.3.4 圖形設定視窗 84
6.3.5 系統組態視窗 84
6.3.6 使用說明視窗 85
第七章 實驗結果 86
7.1 即時遠端監控系統實驗結果 86
7.1.1 狀態確認 86
7.1.2 參數設定 89
7.1.3 圖形監控 90
7.1.3.1 最佳轉速啟動控制策略[37] 90
7.1.3.2 功率流管理控制策略[37] 92
7.1.3.3 最佳轉速切離控制策略[37] 95
7.1.4 數值監控 97
7.1.5 馬達狀態 98
7.1.6 TCP/IP通訊 102
7.2 大數據分析系統實驗結果 104
7.2.1 動態顯示 104
7.2.1.1 運轉狀態 104
7.2.1.2 詳細資訊 106
7.2.1.3 控制參數 107
7.2.1.4 起始狀態 108
7.2.1.5 CAN狀態 109
7.2.2 資料分析 110
7.2.3 資料顯示 111
7.2.4 馬達驅動器 112
第八章 結論與未來展望 114
8.1 結論 114
8.2 未來展望 114
參考文獻 115

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[2]4COffshore,Offshore Wind Farms.
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[6]日本發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“風力発電システム及びその励磁同期発電機の制御方法”，發明證書特許第5636412號。期限:2014~2034.
[7]日本發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“風力発電の励磁同期発電システム及びその制御方法”，發明證書特許第5712124號。期限:2015~2035.
[8]中國發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“励磁同步发电机最大功率追踪控制方法”，發明專利證書第1633667號。期限:2015~2035.
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[10]美國發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“Wind Power Excitation Synchronous Generation System Having Maximum Power Determining Unit and Control Method thereof ”，發明證書第: US 9,444,379 B2，期限:2012~2033。
[11]Tzuen-Lih Chern, Ping-Lung Pan, Yu-Lun Chern, Wei-Ting Chern, Whei-Min Lin, Member, IEEE,Chih-Chiang Cheng, Jyh-Horng Chou, Senior Member, IEEE, and Long-Chen Chen,” Excitation Synchronous Wind Power Generators With Maximum Power Tracking Scheme “, IEEE Transactions on sustainable energy. October. 2014.
[12]Tzuen-Lih Chern, Ping-Lung Pan, Yu-Hsiang Chern, Ji-Xian Huang, Jyh-Horng Chou, Whei-Min Lin, Chih-Chiang Cheng, “Stand-alone Excitation Synchronous Wind Power Generators with Power Flow Management Strategy”, The Journal of Engineering. August 2014.
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[29]Modicon, “Modbus Protocol Reference Guide”. http://modbus.org/docs/PI_MBUS_300.pdf
[30]C#. Wikipedia. 2017年3月27日.
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http://www.cc.ntu.edu.tw/chinese/epaper/0029/20140620_2909.html
[32]陳廷尉，“馬達驅動器之具USB通訊功能的多執行緒人機介面之研製”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國102年7月。
[33]Thread vs Process. Suresh Devang.
https://sites.google.com/site/sureshdevang/thread-vs-process
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[37]林冠融，“獨立型勵磁式同步風力發電機組和其控制策略”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，中華民國105年7月。
[38]洪柏嵩，“獨立型勵磁式同步風力發電機組之即時監控與資料庫分析系統”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，中華民國105年7月。