【正文】 成本地開發(fā)出具有相當(dāng)大柔性且易于維護(hù)管理和升級(jí)的儀器。LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具，即使是毫無計(jì)算機(jī)背景知識(shí)的學(xué)習(xí)者，也可以在短期內(nèi)掌握 LabVIEW 的編程方法。圖標(biāo)是 VI 的圖形化表示，包含文字、圖形或是圖文組合，當(dāng)把一個(gè) VI 作為子 VI 使用時(shí)，在程序框圖上會(huì)出現(xiàn)代表該子 VI 的圖標(biāo)，通過雙擊圖標(biāo)對(duì)子 VI 進(jìn)行編輯。⑥ 具有較高的性價(jià)比，可以一機(jī)多用。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。通過上述五種通信方式的比較,通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院途幊痰墓ぷ髁縼砜?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?？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。 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。 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27圖 37 所示。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。LabSQL 通過 MicrosoftADO 以及 SQL 語言完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問，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。Recordset VIs：完成數(shù)據(jù)庫中對(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? 圖 46 LabVIEW 中訪問數(shù)據(jù)庫的基本流程圖 數(shù)據(jù)庫表單設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的表單包括信號(hào)信息表和信號(hào)數(shù)據(jù)表。試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫包括試驗(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。 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。 (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。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。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。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。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。 LabVIEW 訪問數(shù)據(jù)庫的流程 在 LabVIEW 中利用 LabSQL 工具包訪問數(shù)據(jù)庫時(shí)可以分為以下幾個(gè)步驟： ① 新建一個(gè) Access 數(shù)據(jù)庫，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)庫的連接； ③ 利用 ADO SQL 控制對(duì)數(shù)據(jù)庫的各種操作（查詢、刪除、修改、添加） ；35 ④ 利用 ADO Connection 和 ADO Connection 斷開與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系。 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)庫中的某個(gè)參數(shù)進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮?。?利用其它語言如文本語言 Visual C++等編寫訪問數(shù)據(jù)庫的 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，但是這種方法所需編程的工作量比較大。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)本文的數(shù)據(jù)庫系統(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)庫管理系統(tǒng)（RDBMS） 。 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。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。 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。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。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)。 ④ 具有開放性、可擴(kuò)展性，升級(jí)維護(hù)方便。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 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。1987 年新推出的 VXI 總線（或稱 IEEE1155 國際標(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)。 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。 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。（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)。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)。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)。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。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。在發(fā)生事故之后，要求對(duì)時(shí)間的幾率分辨率達(dá)到 5ms 以下。在給定的條件之下，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備能夠持續(xù)保持正確安全的工作能力或者所期待的功能可持續(xù)的時(shí)間的長(zhǎng)短（平均故障間隔時(shí)間）可以用來衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性。與火電廠的生產(chǎn)過程相比，水電廠的生產(chǎn)過程要簡(jiǎn)單的多。將集中的水能通過引水管道和蝸殼輸送到水輪機(jī)，使水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生機(jī)械能，產(chǎn)生能量的大小與流量和水頭有關(guān)。此外,武漢華工電氣自動(dòng)化有限責(zé)任公司!南京自動(dòng)化設(shè)備廠和許昌繼電器集團(tuán)有限公司等科研、制造單位也做了不少工作,在我國已形成了 SDJK!DZWX!SSJ 一3000、CSCS 系列、SD200 和 SJK 一 3000 等多種產(chǎn)品。中控室還保留模擬顯示屏,但其信息取自計(jì)算機(jī)系統(tǒng),不考慮在機(jī)組控制單元(計(jì)算機(jī)型的)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行機(jī)旁的自動(dòng)操作。因此,對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性要求就比較高,這可以采用冗余技術(shù)來解決,保證系統(tǒng)某一單元或局部環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí),整個(gè)系統(tǒng)和電廠運(yùn)行還能繼續(xù)進(jìn)行。（4）如果水電站己有常規(guī)系統(tǒng),加設(shè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以減少干擾,不影響電廠的正常運(yùn)行這一點(diǎn)對(duì)已運(yùn)行水電站的改造是有現(xiàn)實(shí)意義的。 國內(nèi)采用這種控制方式的典型例子是富春江水電站綜合自動(dòng)化的一期工程4(80 年代上半期) 。電力自動(dòng)化研究院和水科院自動(dòng)化研究所還推出了自己的系列產(chǎn)品,不僅在國內(nèi)電站得到廣泛的應(yīng)用,甚至還出口到國外。采用 ABB 公司產(chǎn)品的有潘家口、天生橋二級(jí)、溪口、寶興河梯級(jí)和二灘等水電站。各公司都推出自己的系列產(chǎn)品,在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)行人員的工作性質(zhì)也發(fā)生了質(zhì)的變化,從過去的日常監(jiān)控和頻繁操作轉(zhuǎn)變?yōu)檠惨?經(jīng)常的監(jiān)測(cè)和控制調(diào)節(jié)工作都由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)去完成。 與此同時(shí),計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展異常迅猛,技術(shù)日新月異,其性能日趨完善,而價(jià)格日益下降,這為計(jì)算機(jī)監(jiān)控取代常規(guī)的布線邏輯型自動(dòng)裝置提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。第二部分：利用圖形化編程語言 LabVIEM 建立了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水輪機(jī)的工作水頭、流量、出力等參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、顯示、處理以及存儲(chǔ)，同時(shí)可根據(jù)水力機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行效率，并實(shí)時(shí)顯示，使工作人員隨時(shí)了解水輪機(jī)的運(yùn)行狀況。該系統(tǒng)的硬件部分主要采用了美國 NI 公司的產(chǎn)品，包括信號(hào)調(diào)理設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)不論采集精度、速度以及抗干擾能力都能夠滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。以上這些復(fù)雜的工作使原來在水電站上廣泛使用的布線邏輯型自動(dòng)裝置越來越難以勝任,因此采用更為先進(jìn)的技術(shù)成了迫不及待的任務(wù)。運(yùn)行人員的操作已從過去的扭把手、按開關(guān)轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)操作。 國外研制水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有許多公司,其中比較著名的有,加拿大的CAE 公司、瑞士和德國的 ABB 公司!德國的西門子公司!、法國的 ALSToM 公司(原 CEGELEC 公司)、日本的日立公司和東芝公司、美國和加拿大的貝利公司!奧地利的依林(ELIN)公司等。龔嘴水電站。許多新技術(shù),如分層分布處理、分布式數(shù)據(jù)庫、開放系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、專家系統(tǒng)等,都得到了相應(yīng)的應(yīng)用。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)。（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。采用此方式時(shí),常規(guī)控制部分可以大大簡(jiǎn)化,平時(shí)都采用計(jì)算機(jī)控制。此時(shí),取消了中控室常規(guī)的集中控制設(shè)備,機(jī)旁也取消了自動(dòng)操作盤。為了促進(jìn)小水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,水利部亞太小水電中心和國家電力公司南京自動(dòng)化股份有限公司都在小型水電站監(jiān)控方式方面進(jìn)行了一些探討。（2）輸入能量。水電廠的生產(chǎn)過程是實(shí)現(xiàn)水能、機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。假設(shè)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)了故障問題，那么對(duì)生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的影響是異常嚴(yán)重的，所有具備較高的可靠性是電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所應(yīng)有的。電廠控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，要求也非常的高，所以計(jì)算機(jī)也必須有足夠高的時(shí)鐘頻率、品質(zhì)優(yōu)良的操作系統(tǒng)和豐富的操作指令等。 這些都需要完善的硬件配置和相應(yīng)的軟件支持才能做到。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(huì)影響到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)布局。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(duì)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。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)，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