【正文】 以下。所以，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也需要能夠做到在改變少量的軟、硬件之后可以適應(yīng)不同水電站的開發(fā)應(yīng)用，做到一個(gè)成熟計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，為用戶或者設(shè)計(jì)者省去較多的麻煩，節(jié)約資金開發(fā)，縮短頭暈的周期。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求會(huì)根據(jù)電廠設(shè)備和對(duì)象不同隨之表現(xiàn)出不同，所以系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)現(xiàn)其基本功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以滿足基本功能要求為前提，全力做到簡(jiǎn)單實(shí)用。所處的環(huán)境溫度較高，這些都對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)附加了另外的要求。一、集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 這種模式的監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來承擔(dān)整個(gè)水電站的所有監(jiān)控任務(wù)，比較依賴于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，可靠性比較差。其具體是強(qiáng)調(diào)了水電站生產(chǎn)設(shè)備的地理位置和控制系統(tǒng)的功能所具有的的“分散”性。所以當(dāng)時(shí)的人們把硬件和相應(yīng)的軟件都使之在大量重復(fù)的大規(guī)模的集成電路芯片中分布出來，來構(gòu)成一個(gè)新興的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)要求的操作系統(tǒng)非常高級(jí)，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理，然后按部就班的完成所需要的任務(wù)，所以這種系統(tǒng)也就有了非常統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，而且系統(tǒng)中的個(gè)資源運(yùn)行之間沒有主從關(guān)系，不存在層次控制。由于分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)比較突出，它已取代了其他類型的監(jiān)控系統(tǒng)。電廠控制層屬于廠級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)組層以下的都是現(xiàn)地層或者現(xiàn)地單元。（4）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層水電站廠房中現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械、電器設(shè)備（水泵、閥門、開關(guān)等）和現(xiàn)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備（電機(jī)、電磁閥、電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等）都是由這一層來進(jìn)行放大控制，而不是通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)。任何形式的虛擬儀器系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到臺(tái)式 PC、工作站或筆記本電腦等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，再加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。 表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器性能對(duì)比表（下頁） 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 功能由用戶定義 功能由廠家定義 與網(wǎng)絡(luò)及其他外圍設(shè)備連接方便 與其他設(shè)備連接受限 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 信號(hào)電纜少，采用虛擬旋鈕，操作簡(jiǎn)單 信號(hào)電纜開關(guān)多，操作復(fù)雜 系統(tǒng)開放、靈活、可構(gòu)成多種儀器 系統(tǒng)封閉，功能固定，擴(kuò)展性低 系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間短 系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間長(zhǎng) 數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印 數(shù)據(jù)無法改變 關(guān)鍵技術(shù)是軟件，升級(jí)維護(hù)方便 關(guān)鍵是硬件，由專業(yè)廠家升級(jí) 儀器間資源可重復(fù)利用，整體價(jià)格便宜 儀器間無法通用，整體價(jià)格較昂貴 開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低 開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用高 軟件技術(shù)更新快（周期為 1～2 年） 技術(shù)更新慢（周期為 5～10 年） 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器由硬件和軟件兩部分組成。 ② I/O 接口設(shè)備 I/O 接口設(shè)備即采集調(diào)理部件，包括 PC 總線的數(shù)據(jù)采集卡、VXI 總線儀器模塊、GPIB 總線儀器、LXI 總線儀器模塊、PXI 總線儀器模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線儀器模塊和串口總線儀器模塊等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器，主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ② 儀器驅(qū)動(dòng)程序 儀器驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)質(zhì)是為用戶提供用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集，它是連接頂層應(yīng)用軟件和底層 I/O 軟件的紐帶與橋梁，每個(gè)儀器模塊都有自己對(duì)應(yīng)的儀器驅(qū)動(dòng)程序，儀器生產(chǎn)廠家在提供儀器模塊的同時(shí)也會(huì)提供儀器驅(qū)動(dòng)程序文件和 DLL 文件。NI 公司的 LabVIEW 和 HP 的 VEE 等具有圖形化的常用模塊，智能化的數(shù)據(jù)連線，逼真的儀器面板元件，豐富多彩、簡(jiǎn)便易用的函數(shù)庫(kù)和工具包，編程效率高，通用性強(qiáng)，是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。1987 年新推出的 VXI 總線（或稱 IEEE1155 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口總線）具有通用性和開放性，使任意廠家、各種類型儀器接口不會(huì)發(fā)生機(jī)械電氣方面的沖突，VXI 具有 40M Bytes/s 的數(shù)據(jù)傳輸率，能保證儀器間的同步和精確定時(shí)，被認(rèn)為是虛擬儀器理想的硬件平臺(tái)。但虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器又有不同之處，傳統(tǒng)儀器面板上的元器件是硬件，由出廠廠商確定，不可更改，而虛擬儀器的面板由計(jì)算機(jī)顯示器構(gòu)成，面板上的各種顯示控制元件是軟件圖庫(kù)中的各種功能圖形，由用戶根據(jù)自己的任務(wù)需19要隨意設(shè)計(jì)，用戶可以增、刪、移動(dòng)元器件，變化器件外觀，顏色等，而且可以制作多層下拉面板，構(gòu)建大大超出傳統(tǒng)儀器的生動(dòng)美觀、界面友好的面板。 LabVIEW 被稱為圖形化編程語言，不僅在于它的界面設(shè)計(jì)方式，更重要的是它在編寫程序代碼、實(shí)現(xiàn)程序功能的時(shí)候，也使用了圖形化的操作方式。 前面板是圖形用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值，觀察輸出量和模擬真實(shí)儀表。其中圖框可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令；端口可以完成前面板的控制、顯示以及傳遞數(shù)據(jù)；連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，可以定義框圖中的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向；節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)函數(shù)及功能調(diào)用。 LabVIEW 通過圖形符號(hào)描述程序行為，代替了復(fù)雜難懂的語法規(guī)則，減輕了用戶負(fù)擔(dān)，提高了編程效率。 ④ 具有開放性、可擴(kuò)展性，升級(jí)維護(hù)方便。水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，主要包括傳感器、信號(hào)調(diào)理裝置和數(shù)據(jù)采集卡三部分。共享變量是 LabVIEW 為簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)編程邁出的巨大一步通過共享變量用戶可以在不同計(jì)算機(jī)上的 Vl 之間、本地不同 Vl 之間或同一個(gè)程序框圖的不同循環(huán)之間交換數(shù)據(jù)。TCP/IP 協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)連接最基本的協(xié)議,是一種面向連接的協(xié)議,允許從一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無差錯(cuò)的發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他計(jì)算機(jī)共分為四層:鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。UDP 獲得數(shù)據(jù)單元與 TCP 不22同,UDP 不提供數(shù)據(jù)的分組和組裝,也不提供對(duì)數(shù)據(jù)的排序,這就意味著 UDP 提供的不是面向連接的!可靠的數(shù)據(jù)傳輸,而是面向操作的；不可靠的數(shù)據(jù)流傳輸,應(yīng)用程序必須自己確定信息是否完全正確地到達(dá)目的地。用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理,通過廠內(nèi)光纖連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器上,再通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程用戶,遠(yuǎn)程不同類型的用戶根據(jù)不同需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理等操作。 數(shù)據(jù)的采集 數(shù)據(jù)采集是測(cè)試系統(tǒng)最主要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是虛擬儀器的重要組成部分。其中，傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因其產(chǎn)生的電信號(hào)一般不能直接輸入到 PC，所以必須經(jīng)過調(diào)理才能被數(shù)據(jù)采集設(shè)備可靠、精確地采集。24 圖 33 水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前面板 程序前面板分為輸入?yún)^(qū)域、顯示區(qū)域和操作區(qū)域等幾部分。 系統(tǒng)程序框圖 系統(tǒng)程序框圖的設(shè)計(jì)如圖 34 和圖 35 所示。 水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn) 采用 LabVIEW 開發(fā)的虛擬儀器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將獨(dú)立的系統(tǒng)集成化，方便用戶使用一套系統(tǒng)完成多項(xiàng)功能。在事件結(jié)構(gòu)中，共設(shè)置了 5 個(gè)分支，從 Case0 到 Case4。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)本文的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用的是 MicrosoftAccess 2022，它是微軟公司 Office 辦公套件中一個(gè)極為重要的組成部分，是目前世界上最流行的桌面數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS） 。與其他數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)相比，Access 具有以下幾個(gè)突出的特點(diǎn)：存儲(chǔ)文件單一、兼容多種數(shù)據(jù)庫(kù)格式、支持長(zhǎng)文件名、可應(yīng)用于客戶/服務(wù)器方式、具有 Web29網(wǎng)頁分布功能、操作簡(jiǎn)單、使用方便，同時(shí)它還具有組織數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)窗體、查詢信息、輸出報(bào)表、建立超鏈接、建立應(yīng)用系統(tǒng)、建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制等功能。③ 利用其它語言如文本語言 Visual C++等編寫訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的 DLL 程序，再通過 LabVIEW 中自帶的與其他應(yīng)用程序的接口訪問該程序，從而實(shí)現(xiàn)間接地訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，但是這種方法所需編程的工作量比較大。目前所用版本是 LabSQL Release 。 1 Command VIs：能夠完成最基本的 ADO 操作，如創(chuàng)建或刪除一個(gè) Command，或?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)參數(shù)進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌?LabSQL 的安裝及配置 （1）LabSQL 的安裝 首先，下載 壓縮文件；然后，在 LabVIEW 安裝目錄中的 文件夾中新建一個(gè)名為 LabSQL 的文件夾，將 壓縮文件解壓到此文件夾中；最后，運(yùn)行 LabVIEW，在功能模板上就會(huì)自動(dòng)加載 LabSQL。 LabVIEW 訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的流程 在 LabVIEW 中利用 LabSQL 工具包訪問數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)可以分為以下幾個(gè)步驟： ① 新建一個(gè) Access 數(shù)據(jù)庫(kù)，通過 LabSQL 模板上的 ADO 創(chuàng)建一個(gè) Connection 對(duì)象； ② 利用 ADO Connection 建立與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接； ③ 利用 ADO SQL 控制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作（查詢、刪除、修改、添加） ；35 ④ 利用 ADO Connection 和 ADO Connection 斷開與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系。其中信號(hào)信息表的主關(guān)鍵字為信號(hào)名與通道號(hào)，信號(hào)數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵字為時(shí)刻。表 410 中的信號(hào)索引由機(jī)組號(hào)、試驗(yàn)記錄說明、試驗(yàn)時(shí)間構(gòu)成，信號(hào)索引用于檢索一次試驗(yàn)中采集到的所有信號(hào)的原始采樣數(shù)據(jù)，信號(hào)跳閘時(shí)間用于甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)確定同步時(shí)間。38 表 411 試驗(yàn)結(jié)果信息檢索表表 412 圖形數(shù)據(jù)表表 413 試驗(yàn)分析結(jié)果表39 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 采用虛擬儀器技術(shù)對(duì)水力機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析的關(guān)鍵在于軟系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化思想，主要包含以下幾個(gè)功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊及置零模塊?？稍谲浢姘迳巷@示機(jī)組下列運(yùn)行參數(shù)：機(jī)組瞬時(shí)流量 Q，工作水頭 H，發(fā)電機(jī)有功功率 Pg ，水輪機(jī)效率 η t 和水輪機(jī)出力 N。有效地實(shí)現(xiàn)了水電站的自動(dòng)化管理，是現(xiàn)代測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展方向。 (4)由于系統(tǒng)采用了虛擬儀器技術(shù)的思想，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有廣泛的適用性，再加上系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了模塊化、組態(tài)思想，這些都使得系統(tǒng)可以根據(jù)不同需要，很方便地配置成用戶所需要的模式,實(shí)現(xiàn)對(duì)統(tǒng)的擴(kuò)展，同時(shí)，通過軟件完成與硬件接口的連接，因此系統(tǒng)具有優(yōu)良的開放性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性,是水電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向。由于本人在編寫軟件經(jīng)驗(yàn)不足，難免有不少的缺憾,其界面的布置不太合理，還有許多功能沒有實(shí)現(xiàn)，軟件系統(tǒng)的優(yōu)化處理有待于進(jìn)一步的提高。具有良好的軟、硬件兼容性和統(tǒng)一性以及開放性。 (2)在 LabvIEW 平臺(tái)的基礎(chǔ)上,編寫了水電站監(jiān)控系統(tǒng)軟件，該軟件很好地滿足了通用性的要求，而且還具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力，較好地實(shí)現(xiàn)了水電站監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)功能。 （3）在控制面板的操控下，可將系統(tǒng)采集的水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、查詢、統(tǒng)計(jì)、生成報(bào)表分析等操作第五章 結(jié)論與展望 結(jié)論 水電站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)小水電站提高自動(dòng)化水平，對(duì)于充分利用水資源，提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)水力機(jī)組的高效穩(wěn)定運(yùn)行及優(yōu)化運(yùn)行均具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。 40 47 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能 本系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、顯示、處理分析及存儲(chǔ)，為水力機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，也是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最主要的組成部分，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的效率和可靠性直接影響著整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)包括試驗(yàn)結(jié)果信息檢索表、圖形數(shù)據(jù)表和試驗(yàn)分析結(jié)果表，分別見表 411，412,413。其中試驗(yàn)信息表中的主關(guān)鍵字為機(jī)組號(hào)、試驗(yàn)記錄說明與試驗(yàn)時(shí)間。 圖 46 LabVIEW 中訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的基本流程圖 數(shù)據(jù)庫(kù)表單設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的表單包括信號(hào)信息表和信號(hào)數(shù)據(jù)表。DSN 的具體創(chuàng)建步驟如下：① 在 Windows 操作界面上，單擊 “開始”按鈕，在彈出的菜單中點(diǎn)擊“管理工具” ，再在彈出的子菜單中選擇“數(shù)據(jù)源（ODBC） ”選項(xiàng)，即彈出 ODBC 數(shù)據(jù)源管理器，如圖 43 所示；32 圖 43ODBC 數(shù)據(jù)源管理器② 選擇 ODBC 數(shù)據(jù)源管理器中“系統(tǒng) DSN”選項(xiàng)卡中的“添加”按鈕，在彈出的對(duì)話框中選擇所需要的數(shù)據(jù)源驅(qū)動(dòng)程序“MicrosoftAccess Driver（*.mdb） ”，單擊“ 完成”按鈕，彈出如圖 44 所示的對(duì)話框；33 圖 4—4ODBC 安裝對(duì)話框③ 在圖 44 所示的對(duì)話框中的“數(shù)據(jù)源名”一欄中添加一個(gè) DSN 名稱，如“MyDB” ，單擊“選擇”按鈕，在彈出的“選擇數(shù)據(jù)庫(kù)”對(duì)話框中選擇要訪問的數(shù)據(jù)庫(kù)，單擊“確定”按鈕，如圖 45 所示，即完成了對(duì) DSN 的設(shè)置。Recordset VIs：完成數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)記錄的各種操作，如創(chuàng)建或刪除某條記錄，或是對(duì)記錄的某個(gè)條目進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮?。LabSQL 操作簡(jiǎn)單，易于理解，對(duì) SQL 語言不熟悉的用戶也能很容易使用，只需要簡(jiǎn)單的編程就可以在 LabVIEW 中訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種操作，如查詢、刪除、修改記錄等。LabSQL 通過 MicrosoftADO 以及 SQL 語言完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，將復(fù)雜的底層 ADO 以及 QL