【正文】 統(tǒng)發(fā)展初期的基本思想。 四、分層控制系統(tǒng) 分層控制系統(tǒng)的意義在于可以把整個水電站的控制系統(tǒng)分成幾個相應的不同層次來進行逐一控制，電廠的層次大致可分為梯級調度層、廠站監(jiān)控層、機組操作層、輻設控制層等，這其中梯級調度只適用于梯級的電廠。 水電站的電廠的分層控制 本文主要是講述中小型水電站采用的分層分布式控制系統(tǒng)。 具體如圖 ： 自 水 電廠控制層 廠級計算機系統(tǒng) 動 電 廠 化 的 機組控制層 監(jiān) 復 控 系 功能控制層 雜 統(tǒng) 現地層（現地單元） 分 程 層 現場設備驅動層 度 圖 水電廠分層 （ 1） 電廠控制層 這個水電廠控制系統(tǒng)的最高層“領導” ,整個水電系統(tǒng)的機組 運行、管理、發(fā)電等都是由這層來協調、控制，也把電廠信息，監(jiān)控數據等與電網監(jiān)控層進行傳遞和聯絡。 14 第 3 章 上位機軟件的設計 水力機組運行實時監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結構如圖 31 所示，主要包括傳感器、信號調理裝置和數據采集卡三部分。虛擬儀器可 以集成為自動控制系統(tǒng)；可自由構建成專用儀器系統(tǒng)；可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器， 如邏輯分析儀、示波器、頻譜分析儀、信號發(fā)生器等，使得測量人員從繁雜的儀 器堆中解放出來。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的性能比較見表 41 所示。 ① 計算機 一般為一臺 PC 或工作站，是硬 件平臺的核心。 ① 輸入 /輸出（ I/O）接口軟件 I/O 接口軟件存在于儀器與儀器驅動程序之間，它具有以下功能： a 對儀器內部寄存單元進行直接存取數據操作； b 為儀器驅動程序提供信息傳遞； c 是實現開放統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的核心和基礎。 VC、 VB 具有簡單易用、實用性強的優(yōu)點，但開發(fā)人員需要有較多的編程經驗和較強的調試能力。 2 具有標準的、功能強大的接口總線、板卡及相應軟件 GPIB 通用接口總線（ 或稱 IEEE488 國際標準接口總線）近 30 年廣泛應用于儀器領域，它只適用于消息級器件的互操作，不適于寄存器級器件。 4 具有可變性、多層性、自助性的面板 與傳統(tǒng)儀器一樣，虛擬儀器的面板也可以有旋鈕、開關按鈕、滑動條，有顯 示器顯示波形，有 LED 指示燈，有聲音和報警指示燈，有指針式表頭指示刻度等。 LabVIEW LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平臺）是美國 NI 公司（ National Instrument Company）推出的一種基于 G 語言（ Graphics Language，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，它被公認為是標準的數據采集和儀器控制軟件，不僅提供了遵從 GPIB， RS232，RS485 和 VXI 協議的硬件及數據采集卡通信的全部功能，而且其庫函數還支持 TCP/IP， ActiveX 等軟件標準，功能強大且靈活，利用它可方便地組建自己的虛擬儀器。 在 LabVIEW 中開發(fā)的程序都被稱為 VI，一個 VI 由三部分構成：前面板（ FrontPanel）、程序框圖（ Block Diagram）和圖標 /連接器（ Icon and Connector Pane）?？驁D程序用 LabVIEW 圖形編程語言編寫，由圖框、端口、連線和節(jié)點構成。在創(chuàng)建子 VI 時還需要創(chuàng)建連接器，連接器表明了子 VI 中的全部輸入和顯示控件的接線端，如同文本編程語言中的參數列表，連接器從輸入端接收數據，通過前面板輸入控件傳送到框圖的程序代碼中，再從前面板顯示控件中接收計算結果傳到輸出端。 ③ 編程簡單，不需要記憶編程語言，只需利用交互式圖形前面板進行系統(tǒng)控制和結果顯示，再利用程序框圖將功能模塊組合起來指定各種功能，即可完成軟件編程。 正是 LabVIEW 的這些優(yōu)點使得它具有其他語言所無法比擬的優(yōu)勢，使得它擁有越來越多的用戶，逐漸成為數據采集與儀器控制的首選程序設計語言，可以預見， LabVIEW 最終將會引發(fā)傳統(tǒng)儀器產業(yè)一場新的革命。 共享變量的使用與全局變量類似 ,用戶在框圖上僅僅看到的是一個變量而己 ,而變量具體與網絡中哪臺計算機中的哪個變量連接 ,以及各種其他屬性等都己經事先在共享變量的屬性中設定。但 TCP 編程較復雜 ,需要精深的網絡通訊知識。 此外 ,UDP 還支持廣播和多點播送廣播就好比廣播電臺播送新聞 ,所有人都可以接收到這個廣播 ,而具體收不收聽由個人自己決定而多點播送則是只向其中一個子集進行廣播 、系統(tǒng)通信方式的比較與選擇 本文對 Labview 的各種通訊方式進行了比較的 ,其通訊方式各有其特點 ,對具體使用情況應根據具體的使用環(huán)境選擇合適的通信方式。 22 上、下位機間的數據傳遞 (1) 下位機開機后默認的狀態(tài)是上傳數據（機頻、網頻、導葉開度、 PID 調節(jié)器的輸出、狀態(tài)）無條件傳送。數據 采 集（ DataAcquisition， DAQ）是指將被測對象的各種參量（化學量、物理量、生物量等）通過各種各樣的傳感器件進行適當轉換后，再經過信號調理、采樣、量化、編碼、傳輸等過程送到控制器進行數據處理或記錄的過程。信號調理將傳感器輸出的電信號進行放大、濾波、隔離等，便于數據采集卡進行數據采集。 ① 輸入區(qū)域 輸入區(qū)域采用一個選項卡控件，共包含 3 個選項卡，一個選項卡上對應一臺機組技術參數的輸入，包括蝸殼流量系數、進出口斷面壓力變送器的安裝高程、 蝸殼進口斷面面積、尾水管出口斷面面積以及發(fā)電機效率等。程序框圖采用事件結構（ EventStructure）與 While 循環(huán)結構相結合的方式實現，共有 6 個 Case（分支）組成，從 圖 34 水力參數數據采集系統(tǒng)程序框圖 25 圖 35 水力參數數據采集系統(tǒng)程序框圖 序號 0 到序號 5。本文以 某 水電站 3 號機組為例介紹了水力機組運行工況實時監(jiān)測系統(tǒng)具體的建立過程，與此同時也建立了 1 號和 2 號機組的運行工況實時監(jiān)測系統(tǒng)，為方便運行人員同時了解 3 臺機組的運行狀況， 將 1～ 3 號機組的運行工況實時監(jiān)測系統(tǒng)以及前章所述的水力參數數據采集系統(tǒng)進行有效集成。 Case0 完成水力參數數據采集系統(tǒng)界面的調用， Case1 到 Case3 分別實現對 1 號水輪機、 2 號水輪機和 3 號水輪機能量特性模型界面的調用， Case4 完成退出系統(tǒng)的功能。它提供了大量的工具和向導，即使沒有任何編程經驗，也可以通過 可視化的操作來完成大部分的數據庫管理和開發(fā)工作。 LabVIEW 中數據庫的訪問方式 LabVIEW 本身并不具備數據庫的訪問功能，必須借助于其它方式，目前可以通過以下幾種方式實現對數據庫的訪問： ① 利用 NI 公司提供的附加工具包 LabVIEW SQL Toolkit 實現對數據庫的操作， LabVIEW SQLToolkit 工 具包包含一系列高級功能模塊，這些模塊封 28 裝了大多數的數據庫操作和一些高級的數據庫訪問功能，因此用其訪問數據庫簡單易用，但是這種工具包價格昂貴，對于很多的 LabVIEW 使用客戶來說，這種價格是很難接受的。 ④ 利用 LabVIEW 提供的免費 LabSQL 工具包實現對數據庫的訪問。 LabSQL 能支持 Windows 操作系統(tǒng)中一切基于 ODBC 的數據庫，例如 Access、 SQL Server、 Oracle 等。 2 Connection VIs：實現數據庫與 LabVIEW 之間的連接。 （ 2） LabSQL 的配置 在使用 LabSQL 之前，需要在 Windows 操作系統(tǒng)中的 ODBC 數據源中創(chuàng)建一 個 DSN， LabSQL 就是通過這個 DSN 與數據庫進行聯系的。 圖 46 LabVIEW 中訪問數據庫的基本流程圖 數據庫表單設計 實時數據庫設計 實時數據庫的表單包括信號信息表和信號數據表。其中試驗信息表中的主關鍵字為機組號、試驗記錄說明與試驗時間。試驗結果數據庫設計試驗結果數據庫包括試驗結果信息檢索表、圖形數據表和試驗分析結果表，分別見表 411， 412,413。 應用軟件的設計是數據采集系統(tǒng)的核心，也是整個監(jiān)測系統(tǒng)的最主要的組成 部分，應用軟件設計的效率和可靠性直接影響著整個監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。 圖 414 系統(tǒng)軟件結構圖 。 系統(tǒng)軟件設計采用模塊化思想，主要包含以下幾個功能模塊：數據采集模塊、 數據輸出模塊、數據存儲模塊、數據管理模塊及置零模塊。 35 表 411 試驗結果信息檢索表 表 412 圖形數據表 表 413 試驗分析結果表 36 數據采集系統(tǒng)的軟件 結構 采用虛擬儀器技術對水力機組運行參數進行實時采集分析的關鍵在于軟系 統(tǒng)的設計。表 410 中的信號索引由機組號、試驗記錄說明、試驗時間構成，信號索引用于檢索一次試驗中采集到的所有信號的原始采樣數據，信號跳閘時間用于甩負 荷試驗時確定同步時間。其中信號信息表的主關鍵字為信號名與通道號，信號數據表的關鍵字為時刻。 LabVIEW 訪問數據庫的流程 在 LabVIEW 中利用 LabSQL 工具包訪問數據庫時可以分為以下幾個步驟： ① 新建一個 Access 數據庫，通過 LabSQL 模板上的 ADO 創(chuàng)建一個 Connection 對象； ② 利用 ADO Connection 建立與數據庫的連接； ③ 利用 ADO SQL 控制對數據庫的各種操作（查詢、刪除、修改、 32 添加）； ④ 利用 ADO Connection 和 ADO Connection 斷開與數據庫之間的聯系。 3Top Level VIs：頂層 LabSQL 的應用，對以上三類 LabSQL VIs 的某 30 些功能進行集成。 29 圖 42 LabSQL VIs LabSQL VIs LabSQL VIs 根據其功能可以分為四類，即 Command VIs； Connection VIs； Recordset VIs 和 Top Level VIs。 LabSQL 工具包簡介 LabSQL 是由美國 NI 公司開發(fā)的一個免費的、多數據庫、跨平臺的 LabVIEW 數據庫訪問工具包，它通過 Microsoft ADO 以及 SQL 語言完成對數據庫的訪問，將復雜的底層 ADO 及 SQL 操作封裝成一系列 LabSQLVIs（如圖 42 所示），便于對軟件進行模塊化設計。使用這種方式需要用戶對 MicrosoftADO 控件以及 SQL 語言有比較深入的了解，而且在實現數據庫的操作時需要從底層編寫較復雜的程序，這對于大多數用戶來說也不現實。在 Access 數據庫窗口的數據庫組件框中列出了常用的 7 種數據庫對象，包括：表、窗體、查詢、數據訪問頁、報表、模塊和宏，這