【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(gè)水電站的控制系統(tǒng)分成幾個(gè)相應(yīng)的不同層次來(lái)進(jìn)行逐一控制，電廠的層次大致可分為梯級(jí)調(diào)度層、廠站監(jiān)控層、機(jī)組操作層、輻設(shè)控制層等，這其中梯級(jí)調(diào)度只適用于梯級(jí)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(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 動(dòng) 電 廠 化 的 機(jī)組控制層 監(jiān) 復(fù) 控 系 功能控制層 雜 統(tǒng) 現(xiàn)地層（現(xiàn)地單元） 分 程 層 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層 度 圖 水電廠分層 （ 1） 電廠控制層 這個(gè)水電廠控制系統(tǒng)的最高層“領(lǐng)導(dǎo)” ,整個(gè)水電系統(tǒng)的機(jī)組 運(yùn)行、管理、發(fā)電等都是由這層來(lái)協(xié)調(diào)、控制，也把電廠信息，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等與電網(wǎng)監(jiān)控層進(jìn)行傳遞和聯(lián)絡(luò)。 14 第 3 章 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì) 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。虛擬儀器可 以集成為自動(dòng)控制系統(tǒng)；可自由構(gòu)建成專用儀器系統(tǒng)；可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器， 如邏輯分析儀、示波器、頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，使得測(cè)量人員從繁雜的儀 器堆中解放出來(lái)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的性能比較見(jiàn)表 41 所示。 ① 計(jì)算機(jī) 一般為一臺(tái) PC 或工作站，是硬 件平臺(tái)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(qū)動(dòng)程序之間，它具有以下功能： a 對(duì)儀器內(nèi)部寄存單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)操作； b 為儀器驅(qū)動(dòng)程序提供信息傳遞； c 是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。 VC、 VB 具有簡(jiǎn)單易用、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但開(kāi)發(fā)人員需要有較多的編程經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的調(diào)試能力。 2 具有標(biāo)準(zhǔn)的、功能強(qiáng)大的接口總線、板卡及相應(yīng)軟件 GPIB 通用接口總線（ 或稱 IEEE488 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口總線）近 30 年廣泛應(yīng)用于儀器領(lǐng)域，它只適用于消息級(jí)器件的互操作，不適于寄存器級(jí)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(kāi)關(guān)按鈕、滑動(dòng)條，有顯 示器顯示波形，有 LED 指示燈，有聲音和報(bào)警指示燈，有指針式表頭指示刻度等。 LabVIEW LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是美國(guó) NI 公司（ National Instrument Company）推出的一種基于 G 語(yǔ)言（ Graphics Language，圖形化編程語(yǔ)言）的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具，它被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，不僅提供了遵從 GPIB， RS232，RS485 和 VXI 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，而且其庫(kù)函數(shù)還支持 TCP/IP， ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)，功能強(qiáng)大且靈活，利用它可方便地組建自己的虛擬儀器。 在 LabVIEW 中開(kāi)發(fā)的程序都被稱為 VI，一個(gè) VI 由三部分構(gòu)成：前面板（ FrontPanel）、程序框圖（ Block Diagram）和圖標(biāo) /連接器（ Icon and Connector Pane）?？驁D程序用 LabVIEW 圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，由圖框、端口、連線和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在創(chuàng)建子 VI 時(shí)還需要?jiǎng)?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(yǔ)言中的參數(shù)列表，連接器從輸入端接收數(shù)據(jù)，通過(guò)前面板輸入控件傳送到框圖的程序代碼中，再?gòu)那懊姘屣@示控件中接收計(jì)算結(jié)果傳到輸出端。 ③ 編程簡(jiǎn)單，不需要記憶編程語(yǔ)言，只需利用交互式圖形前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，再利用程序框圖將功能模塊組合起來(lái)指定各種功能，即可完成軟件編程。 正是 LabVIEW 的這些優(yōu)點(diǎn)使得它具有其他語(yǔ)言所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，使得它擁有越來(lái)越多的用戶，逐漸成為數(shù)據(jù)采集與儀器控制的首選程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可以預(yù)見(jiàn)， LabVIEW 最終將會(huì)引發(fā)傳統(tǒng)儀器產(chǎn)業(yè)一場(chǎng)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(gè)變量而己 ,而變量具體與網(wǎng)絡(luò)中哪臺(tái)計(jì)算機(jī)中的哪個(gè)變量連接 ,以及各種其他屬性等都己經(jīng)事先在共享變量的屬性中設(shè)定。但 TCP 編程較復(fù)雜 ,需要精深的網(wǎng)絡(luò)通訊知識(shí)。 此外 ,UDP 還支持廣播和多點(diǎn)播送廣播就好比廣播電臺(tái)播送新聞 ,所有人都可以接收到這個(gè)廣播 ,而具體收不收聽(tīng)由個(gè)人自己決定而多點(diǎn)播送則是只向其中一個(gè)子集進(jìn)行廣播 、系統(tǒng)通信方式的比較與選擇 本文對(duì) Labview 的各種通訊方式進(jìn)行了比較的 ,其通訊方式各有其特點(diǎn) ,對(duì)具體使用情況應(yīng)根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的通信方式。 22 上、下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳遞 (1) 下位機(jī)開(kāi)機(jī)后默認(rèn)的狀態(tài)是上傳數(shù)據(jù)（機(jī)頻、網(wǎng)頻、導(dǎo)葉開(kāi)度、 PID 調(diào)節(jié)器的輸出、狀態(tài)）無(wú)條件傳送。數(shù)據(jù) 采 集（ DataAcquisition， DAQ）是指將被測(cè)對(duì)象的各種參量（化學(xué)量、物理量、生物量等）通過(guò)各種各樣的傳感器件進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)冗^(guò)程送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過(guò)程。信號(hào)調(diào)理將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、隔離等，便于數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 ① 輸入?yún)^(qū)域 輸入?yún)^(qū)域采用一個(gè)選項(xiàng)卡控件，共包含 3 個(gè)選項(xiàng)卡，一個(gè)選項(xiàng)卡上對(duì)應(yīng)一臺(tái)機(jī)組技術(shù)參數(shù)的輸入，包括蝸殼流量系數(shù)、進(jìn)出口斷面壓力變送器的安裝高程、 蝸殼進(jìn)口斷面面積、尾水管出口斷面面積以及發(fā)電機(jī)效率等。程序框圖采用事件結(jié)構(gòu)（ EventStructure）與 While 循環(huán)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，共有 6 個(gè) Case（分支）組成，從 圖 34 水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖 25 圖 35 水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖 序號(hào) 0 到序號(hào) 5。本文以 某 水電站 3 號(hào)機(jī)組為例介紹了水力機(jī)組運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體的建立過(guò)程，與此同時(shí)也建立了 1 號(hào)和 2 號(hào)機(jī)組的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為方便運(yùn)行人員同時(shí)了解 3 臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行狀況， 將 1～ 3 號(hào)機(jī)組的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及前章所述的水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行有效集成。 Case0 完成水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面的調(diào)用， Case1 到 Case3 分別實(shí)現(xiàn)對(duì) 1 號(hào)水輪機(jī)、 2 號(hào)水輪機(jī)和 3 號(hào)水輪機(jī)能量特性模型界面的調(diào)用， Case4 完成退出系統(tǒng)的功能。它提供了大量的工具和向?qū)?，即使沒(méi)有任何編程經(jīng)驗(yàn)，也可以通過(guò) 可視化的操作來(lái)完成大部分的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和開(kāi)發(fā)工作。 LabVIEW 中數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)方式 LabVIEW 本身并不具備數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)功能，必須借助于其它方式，目前可以通過(guò)以下幾種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)： ① 利用 NI 公司提供的附加工具包 LabVIEW SQL Toolkit 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作， LabVIEW SQLToolkit 工 具包包含一系列高級(jí)功能模塊，這些模塊封 28 裝了大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作和一些高級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能，因此用其訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)單易用，但是這種工具包價(jià)格昂貴，對(duì)于很多的 LabVIEW 使用客戶來(lái)說(shuō)，這種價(jià)格是很難接受的。 ④ 利用 LabVIEW 提供的免費(fèi) LabSQL 工具包實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。 LabSQL 能支持 Windows 操作系統(tǒng)中一切基于 ODBC 的數(shù)據(jù)庫(kù)，例如 Access、 SQL Server、 Oracle 等。 2 Connection VIs：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)據(jù)源中創(chuàng)建一 個(gè) DSN， LabSQL 就是通過(guò)這個(gè) DSN 與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行聯(lián)系的。 圖 46 LabVIEW 中訪問(wèn)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。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(shuō)明與試驗(yàn)時(shí)間。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(jiàn)表 411， 412,413。 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。 圖 414 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 。 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。 35 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 36 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)。表 410 中的信號(hào)索引由機(jī)組號(hào)、試驗(yàn)記錄說(shuō)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。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。 LabVIEW 訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的流程 在 LabVIEW 中利用 LabSQL 工具包訪問(wèn)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(guò) 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、 32 添加）； ④ 利用 ADO Connection 和 ADO Connection 斷開(kāi)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系。 3Top Level VIs：頂層 LabSQL 的應(yīng)用，對(duì)以上三類 LabSQL VIs 的某 30 些功能進(jìn)行集成。 29 圖 42 LabSQL VIs LabSQL VIs LabSQL VIs 根據(jù)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(jiǎn)介 LabSQL 是由美國(guó) NI 公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)免費(fèi)的、多數(shù)據(jù)庫(kù)、跨平臺(tái)的 LabVIEW 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)工具包，它通過(guò) Microsoft ADO 以及 SQL 語(yǔ)言完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，將復(fù)雜的底層 ADO 及 SQL 操作封裝成一系列 LabSQLVIs（如圖 42 所示），便于對(duì)軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。使用這種方式需要用戶對(duì) MicrosoftADO 控件以及 SQL 語(yǔ)言有比較深入的了解，而且在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作時(shí)需要從底層編寫(xiě)較復(fù)雜的程序，這對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)也不現(xiàn)實(shí)。在 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)窗口的數(shù)據(jù)庫(kù)組件框中列出了常用的 7 種數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，包括：表、窗體、查詢、數(shù)據(jù)訪問(wèn)頁(yè)、報(bào)表、模塊和宏，這