【正文】 可靠性不夠信任 ,因此 ,計(jì)算機(jī)只起監(jiān)視、記錄打印、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算、運(yùn)行指導(dǎo)等作用 ,水電站的直接控制功能仍由常規(guī)控制裝置來完成 采用此方式時(shí) ,對(duì)計(jì)算機(jī)可靠性的要求不是很高 ,即使計(jì)算機(jī)局部發(fā)生故障 ,水電站的正常運(yùn)行仍能維持 ,只是性能方面有所降低。后來 ,依泰普水電站已將它更新為具有復(fù)雜控制功能的、比較完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 這種控制方式的缺點(diǎn)是 ,功能和性能都比較低 ,并對(duì)整個(gè)水電站自動(dòng)化水平的提高有一定的限制 ,目前新建水電站已很少采用。 此時(shí) ,水電站要設(shè)置兩套完整的控制系統(tǒng) ,一套是以常規(guī)控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng) ,一套是以計(jì)算機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng) ,相互之間基本上是獨(dú)立的 。 （ 3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢修時(shí) ,常規(guī)系統(tǒng)可以投入運(yùn)行 ,不影響水電站的正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)采用這種控制方式的典型例子是葛洲壩大江電廠 (1750MW)和龍羊峽水電站 (1280MW)。 (ComputerBaseds Supervisory Control簡(jiǎn)稱 CBSC) 隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高和價(jià)格的進(jìn)一步下降 ,出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)。 國(guó)外采用這種方式的典型例子是美國(guó)的大古力水電站 (615MW)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的累積 ,出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為唯一監(jiān)控設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式 ,實(shí)際上它是 CBSC 方式的延伸。 采用這種方式的典型例子是我國(guó)隔河巖水電站 (12OOMW),采用 CAE公司的產(chǎn)品 這種方式投資比較大 ,但它有良好的應(yīng)用前景 ,將成為未來的水電站計(jì)算機(jī)控制方式的主流。經(jīng)一段時(shí)間的試運(yùn)行 ,甩 100%負(fù)荷試驗(yàn) ,從高井到下葦?shù)?5 號(hào)機(jī)的遠(yuǎn)方控制等情況來看 ,該套裝置運(yùn)行正常 ,達(dá)到預(yù)期目的。具體是將水能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)發(fā)電 機(jī)組發(fā)電，以攔河壩將水蓄于高處，然后控制水流使之經(jīng)過發(fā)電用水輪機(jī)，利用水的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電。修建相應(yīng)的水工建筑物可以匯聚水量、集中水頭，從而達(dá)到集中能量的目的。水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在這個(gè)環(huán)節(jié)中沒有能量的轉(zhuǎn)換，只是改變電能的參數(shù) [3]。這些都是能夠使水力機(jī)組通常在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻的任務(wù)，這就使機(jī)組的符合經(jīng)常變化，而且機(jī)組會(huì)經(jīng)常啟停，與之相關(guān)的控水能 水輪機(jī) 機(jī)械能 發(fā)電機(jī) 電能 線路 用戶 8 制系統(tǒng)則要求快速、準(zhǔn)確。除了這些，水電站的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還需要滿足以下的要求： （ 1）可靠性及有效利用率 發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)需要保證其安全性，所以監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性成為了實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行的基 礎(chǔ)。 綜上所述，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的有效利用率可以表述如下 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的有 效利用率 =平均故障時(shí)間 /（平均故障間隔時(shí)間 +平均故障修復(fù)時(shí)間） 如何提高和保證計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性也成為了基礎(chǔ)問題，比如說采用分散結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)率和診斷修復(fù)能力；采用高可靠性的器部件；運(yùn)用高可靠性的技術(shù)，這些都是比較有效的措施。這樣才能更好的保證系統(tǒng)的優(yōu)良實(shí)時(shí)性。除此之外，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還要具備與過程設(shè)備連接的良好借口，可以適應(yīng)構(gòu)成使用硬件系統(tǒng)的需要。這都是需要計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須具有完善的人機(jī)接口和人機(jī)界面。用戶也需要在系統(tǒng)選型時(shí)高度重視，且關(guān)注應(yīng)用軟件的開發(fā)和完善。 監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)任務(wù) 監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的劃分主要是根據(jù)其控制方式或者布局來加以區(qū)別的。集中式監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程如下 （ 1） 單計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （ 2） 雙計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （ 3） 雙主計(jì)算機(jī)帶雙前置計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （ 4） 以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 以上也是通常會(huì)采用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置。 分散式控制系統(tǒng)的熱點(diǎn)是控制比較分散但是管理比較集中，而且功能比較全面，計(jì)算機(jī)的算法很多樣，可以做到自治性和協(xié)調(diào)性兼顧，先進(jìn)性和繼承性兼顧，還比較靈活可靠，適應(yīng)性也很好，擴(kuò)展范圍廣，人機(jī)界面友好。 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它具有多個(gè)分布的資源，即計(jì)算機(jī)硬件、外部的設(shè)備、程序和數(shù)據(jù)庫(kù)。 綜上所述： 以上所有的水電監(jiān)控系統(tǒng)而言，中小型的水電站在電力系統(tǒng)中的地位相對(duì)較低，作用相對(duì)比較弱，而且生產(chǎn)的過程也比較的單一，設(shè)備層次比較低。 水電廠是處于在龐大的電力系統(tǒng)中的基層工作，這是電力系統(tǒng)的分層控制。 （ 2） 機(jī)組控制層 機(jī)組控制層通過現(xiàn)在單元的 I/O 裝置等自動(dòng)化的裝備來對(duì)發(fā)電機(jī)組的啟停、工況的轉(zhuǎn)換等進(jìn)行直接的控制，并且將運(yùn)行信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理。其中，傳感器的功能是將被測(cè)量的水力參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，信號(hào)調(diào)理裝置將輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波等預(yù)處理，而數(shù)據(jù)采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理、顯示、存儲(chǔ)等操作。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 31 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器性能對(duì)比表 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 16 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 17 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 18 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(yǔ)言，不僅在于它的界面設(shè)計(jì)方式，更重要的 19 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(yǔ)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。 、 LabVIEW 各種通信方式介紹與實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)通訊是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展特別是計(jì)算機(jī)間通信需求而新興的一種技術(shù)。 針對(duì)不同的應(yīng)用和不同的層次 ,LabVIEW 提供了多種網(wǎng)絡(luò)通信供用戶靈活選擇， LabviEW 中的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) ,包括共享變量 TCP 協(xié)議、 IP 協(xié)議、 UDP 協(xié)議、ICMP 協(xié)議遠(yuǎn)程面板調(diào)用等。 TCP 是全雙工通訊方式 ,如果在主機(jī) A和主機(jī) B 之間有連接 ,A可以向 B傳輸數(shù)據(jù) ,而 B 也可以向 A 傳輸數(shù)據(jù) TCP 也是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸協(xié)議 ,但不支持多目標(biāo)廣播。 通過上述五種通信方式的比較 ,通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?整性和編程的工作量來看 ,Datasocket 通信方式是比較適合水輪發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) ,傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性較好但是對(duì)于某些普通用戶無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作 ,只需要對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè) ,比較而言通過遠(yuǎn)程 Vl 面板連接通信方式是比較理想 ,即可滿足用戶對(duì)機(jī)組的監(jiān)測(cè)也無需對(duì)操作進(jìn)行屏蔽。 (2) 若上位機(jī)需要其它數(shù)據(jù)，則須由上位機(jī)發(fā)呼叫命令，待下位機(jī)應(yīng)答后，再發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令，下位機(jī)接到該命令后執(zhí)行相應(yīng)的操作?？刂破魍ǔＳ捎?jì)算機(jī)來承擔(dān)，計(jì)算機(jī)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它控制整個(gè)系統(tǒng)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。數(shù)據(jù)采集卡將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可識(shí)別分析的數(shù)字信號(hào)。 ② 顯示區(qū)域 顯示區(qū)域包含數(shù)值顯示區(qū)域和曲線顯示區(qū)域，數(shù)值顯示區(qū)域以數(shù)字形式實(shí)時(shí) 顯示系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，包括水輪機(jī)組的流量、工作水頭和發(fā)電機(jī)的有功功率，波 形顯示區(qū)域以曲線形式直觀反映水輪機(jī) Q、 H、 Pg 的變化趨勢(shì)；通過計(jì)算得到的水輪機(jī)效率和水輪機(jī)出力利用儀表指針形式顯示。 Case0 實(shí)現(xiàn)全部機(jī)組采集并將采集到的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中； Case1 到 Case3 分別實(shí)現(xiàn) 1 號(hào)機(jī)組采集、 2 號(hào)機(jī)組采集和 3 號(hào)機(jī)組采集的功能； Case4 為置零模塊，用于初始化輸入和輸出參數(shù)，消除以前監(jiān)測(cè)時(shí)留下的數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 集成后的水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的程序前面板和程序框圖如圖 36和圖 26 37 所示。 在程序框圖中使用了平鋪的順序結(jié)構(gòu)，以便程序在開始運(yùn)行時(shí)初始化各個(gè)指示燈，保證用戶正確操作。 Access 功能強(qiáng)大，可以管理自己的個(gè)人通訊錄，處理公司的客戶訂單數(shù)據(jù)，還可以對(duì)大量科研數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理。 ② 利用 LabVIEW 提供的 ActiveX 功能，調(diào)用 MicrosoftADO 控件，通過 SQL 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。LabSQL 通過 MicrosoftADO 以及 SQL 語(yǔ)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 操作封裝成一系列 LabSQL VIs，簡(jiǎn)單易用且能支持 Windows 操作系統(tǒng)中一切基于 ODBC 的數(shù)據(jù)庫(kù) 。 LabSQL 操作簡(jiǎn)單，易于理解，對(duì) SQL 語(yǔ)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。 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)懙牟僮鳌?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； 圖 43ODBC 數(shù)據(jù)源管理器 31 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； 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，即完成了對(duì) DSN 的設(shè)置。見表 47， 48 。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵字由信號(hào)索引和信號(hào)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(hào)、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(hào)名構(gòu)成。本系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì)除了強(qiáng)調(diào)開發(fā) 效率高，可靠性好以外，更強(qiáng)調(diào)其具有良好的實(shí)時(shí)性， 因此采用圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW 作為應(yīng)用軟件的開發(fā)