【正文】 硬件配置和相應(yīng)的軟件支持才能做到。 （ 6）良好的抗干擾和防震性能 水電站一般都是處于有強(qiáng)電磁場干擾的冮環(huán)境之下，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)亦然， 而且水電站整個(gè)的廠房的中控室和計(jì)算機(jī)均有明顯的機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械傳感等。一個(gè)水電站的裝機(jī)容量和機(jī)組太熟、電站在電力系統(tǒng)中的地位、計(jì)算機(jī)在電站自動(dòng)化中的功能等都會影響到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)布局。 11 二、分散式處理計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 這種的監(jiān)控系統(tǒng)是新一代的繼直接作用式氣動(dòng)儀表、氣動(dòng)單元組合儀表等之后的控制系統(tǒng)。 三、分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 由于 20世紀(jì) 80年代的時(shí)候，新開發(fā)的計(jì)算機(jī)處理器的性能價(jià)格比非常的高，但是 絕對的性能不夠完善，沒有用來完成大型計(jì)算機(jī)所具有的一些功能。這些資源都是獨(dú)立的但是卻又相互作用，可以獨(dú)立萬層其自身的功能任務(wù)，也可以一起搭配協(xié)調(diào)完成一些列任務(wù)。綜合考慮之下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)“分布”，系統(tǒng)控制理論“分層”的 綜合性監(jiān)控系統(tǒng)， 12 在可靠性、靈活性和投資少的前提下，性價(jià)比比較高，所以中小型水電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)首選分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)非常的好。 每個(gè)水電廠的本身也是可以分為幾個(gè)不同的層次： 電廠控制層、機(jī)組控制層、功能控制層、現(xiàn)場設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。 （ 3） 功能控制層 功能控制層不由監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)，而是由另外專門設(shè)置的裝置完成歷次調(diào)節(jié)、調(diào)速、繼電保護(hù)、水利機(jī)械保護(hù)、事故錄波等功能任務(wù) [5]，它與監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)系僅僅依靠簡單的信息轉(zhuǎn)換來完成。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 31 所示。 ① 計(jì)算機(jī) 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(qū)動(dòng)程序之間，它具有以下功能： a 對儀器內(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)開放統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。 VC、 VB 具有簡單易用、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但開發(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(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）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(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 圖形編程語言編寫，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，如同文本編程語言中的參數(shù)列表，連接器從輸入端接收數(shù)據(jù)，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(jì)算結(jié)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(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(shù)據(jù)采集與儀器控制的首選程序設(shè)計(jì)語言，可以預(yù)見， LabVIEW 最終將會引發(fā)傳統(tǒng)儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命。簡單地說 ,數(shù)據(jù)通信就是數(shù)字計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字終端裝置之間的通信。 Nl 公司還開發(fā)的一種 Datasoeket 技術(shù) ,大大簡化了 21 網(wǎng)絡(luò)通信編程 ,可以使用它很容易的在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。 UDP,用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 ,是一不無連接模式協(xié)議。 因此 ,本文采用了 Datasocket 與遠(yuǎn)程 vi面板連接方式兩種通信方式結(jié)合組建了上位機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信模式。 (3) 若要從上位機(jī)下傳數(shù)據(jù)，需要先發(fā)呼叫命令，待下位機(jī)應(yīng)答后再發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡（通常集成模擬多路開 關(guān)、采樣 /保持器、程控放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 D/A 轉(zhuǎn)換器及定時(shí)器）、計(jì)算機(jī)及一些外設(shè)等組成。 系統(tǒng)程序前面板 23 本系統(tǒng)對某水電站其中的 1～ 3 號機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測，其程序前面板如圖 33 所示。 ③ 操作區(qū)域 在操作區(qū)域中，用戶可以通過按鍵操作，選擇進(jìn)行“全部 機(jī)組采集”數(shù)據(jù)或 24 僅僅選擇“號機(jī)組采集”數(shù)據(jù)。 Case5 為數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的查詢、分析和處理。 圖 36 監(jiān)測系統(tǒng)前面板圖 圖 37 監(jiān)測系統(tǒng)程序框圖 如圖 37 所示，系統(tǒng)集成的程序設(shè)計(jì)采用了 While 循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套事件結(jié)構(gòu) （ Event Structure）的形式，保證系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)始終處于可響應(yīng)狀態(tài)。 27 第四章 基于虛擬儀器的水力機(jī)組運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 在水力機(jī)組運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)中，需要對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用數(shù)據(jù) 庫技術(shù)可實(shí)時(shí)地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，方便對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲、顯示、查詢、分 析、處理以及生成報(bào)表、打印等操作，有效地實(shí)現(xiàn)了水電站的自動(dòng)化管理，是現(xiàn) 代測試測量系統(tǒng)的發(fā)展方向。在 Access 數(shù)據(jù)庫窗口的數(shù)據(jù)庫組件框中列出了常用的 7 種數(shù)據(jù)庫對象，包括：表、窗體、查詢、數(shù)據(jù)訪問頁、報(bào)表、模塊和宏，這些是數(shù)據(jù)庫的組成元素，通過它們來提供信息，管理數(shù)據(jù)。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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的操作時(shí)需要從底層編寫較復(fù)雜的程序，這對于大多數(shù)用戶來說也不現(xiàn)實(shí)。 LabSQL 工具包簡介 LabSQL 是由美國 NI 公司開發(fā)的一個(gè)免費(fèi)的、多數(shù)據(jù)庫、跨平臺的 LabVIEW數(shù)據(jù)庫訪問工具包，它通過 Microsoft ADO 以及 SQL 語言完成對數(shù)據(jù)庫的訪問，將復(fù)雜的底層 ADO 及 SQL 操作封裝成一系列 LabSQLVIs（如圖 42 所示），便于對軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。 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。 30 3Top Level VIs：頂層 LabSQL 的應(yīng)用，對以上三類 LabSQL VIs 的某些功能進(jìn)行集成。 32 45 數(shù)據(jù)庫設(shè)置對話框 換 至此， LabSQL 即可以利用所創(chuàng)建的 DSN 訪問與之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫了。見表 47， 48 。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵字由信號索引和信號名構(gòu)成。其中試驗(yàn)結(jié)果信息表的主關(guān)鍵字由機(jī)組號、時(shí)間、說明構(gòu)成；圖形數(shù)據(jù)表和試驗(yàn)分析結(jié)果表的主關(guān)鍵字均由數(shù)據(jù)索引和信號名構(gòu)成。 35 表 49 試驗(yàn)信息檢索表 表 410 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表 歷史數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 歷史數(shù)據(jù)庫用于集中保存在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其表單由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的表單共同構(gòu)成。 表 47 信號信息表 34 表 48 信號數(shù)據(jù)表 當(dāng)前數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 當(dāng)前數(shù)據(jù)庫包括試驗(yàn)信息檢索表和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表，見表 49, 410 。 具體流程如圖 46 所 示。 （ 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 就是通過這個(gè) DSN 與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行聯(lián)系的。 2 Connection VIs：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與 LabVIEW 之間的連接。 LabSQL 能支持 Windows 操作系統(tǒng)中一切基于 ODBC 的數(shù)據(jù)庫，例如 Access、 SQL Server、 Oracle 等。 ④ 利用 LabVIEW 提供的免費(fèi) LabSQL 工具包實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。 LabVIEW 中數(shù)據(jù)庫的訪問方式 28 LabVIEW 本身并不具備數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問： ① 利用 NI 公司提供的附加工具包 LabVIEW SQL Toolkit 實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作， LabVIEW SQLToolkit 工具包包含一系列高級功能模塊，這些模塊封裝了大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫操作和一些高 級的數(shù)據(jù)庫訪問功能，因此用其訪問數(shù)據(jù)庫簡單易用，但是這種工具包價(jià)格昂貴，對于很多的 LabVIEW 使用客戶來說，這種價(jià)格是很難接受的。它提供了大量的工具和向?qū)?，即使沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)，也可 以通過 可視化的操作來完成大部分的數(shù)據(jù)庫管理和開發(fā)工作。 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 1 號水輪機(jī)、 2 號水輪機(jī)和 3 號水輪機(jī)能量特性模型界面的調(diào)用， Case4 完成退出系統(tǒng)的功能。本文以某水電站 3 號機(jī)組為例介紹了水力機(jī)組運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)具體的建立過程，與此同時(shí)也建立了 1 號和 2 號機(jī)組的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，為方便運(yùn)行人員同時(shí)了解 3 臺機(jī)組的運(yùn)行狀況， 將 1～ 3 號機(jī)組的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(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。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 0 到序號 5。 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)卡上對應(yīng)一臺機(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。信號調(diào)理將傳感器輸出的電信號進(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。數(shù)據(jù) 采集（ DataAcquisition， DAQ）是指將被測對 象的各種參量（化學(xué)量、物理量、生物量等）通過各種各樣的傳感器件進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)冗^程送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程。 、上、下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳遞 (1) 下位機(jī)開機(jī)后默認(rèn)的狀態(tài)是上傳數(shù)據(jù)（機(jī)頻、網(wǎng)頻、導(dǎo)葉開度、 PID 調(diào)節(jié)器的輸出、狀態(tài)）無條件傳送。 此外 ,UDP 還支持廣播和多點(diǎn)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(gè)廣播 ,而具體收不收聽由個(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 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。但 TCP 編程較復(fù)雜 ,需要精深的網(wǎng)絡(luò)通訊知識。 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)中哪臺計(jì)算機(jī)中的哪個(gè)變量連接 ,以及各種其