【正文】 21 上下機間的數(shù)據(jù)傳遞 ............................................................................................ 22 數(shù)據(jù)采集 ................................................................................................................ 22 系統(tǒng)程序前面板 ....................................................................................................... 22 系統(tǒng)程序框圖 ........................................................................................................ 24 水利機組運行實時監(jiān)測系統(tǒng)采集的實現(xiàn) ............................................................. 25 第 4 章 基于虛擬儀器的水利機組運行參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ............................ 27 ................................................................................................ 27 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺 ............................................ 27 LabVIEW 的數(shù)據(jù)庫訪問方式 .................................. 27 LabSQL 工具包簡介 ......................................... 28 LabSQL 的安裝及配置 ....................................... 30 LabVIEW 訪問數(shù)據(jù)庫的流程 .................................. 31 數(shù)據(jù)庫表單 設(shè)計 ..................................................................................................... 32 數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ................................................................................. 36 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能 ............................................................................................. 37 第 5 章 展望與總結(jié) ...................................................................................................... 38 展望 ............................................................ 38 總結(jié) ............................................................ 38 致 謝 .............................................................................................................................. 40 參考文獻 .............................................................................................................................. 41 1 第 1 章 緒論 水電站控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 水電站最根本的任務(wù)是實現(xiàn)安全經(jīng)濟運行 ,隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展 ,電力需求迅猛增長 ,興建的水電站越來越多 ,其容量也越來越大 ,如正在建設(shè)的三峽水電站 ,總裝機容量高達 18200MW。 航運管理控制等各個方面 ,從監(jiān)控到實現(xiàn)經(jīng)濟運行 ,從個別電廠監(jiān)控到整個梯級和流域監(jiān)控的發(fā)展過程。采用計算機監(jiān)控已成了水電站主流。 國外研制水電站計算機監(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 。這些監(jiān)控系統(tǒng)于 80 年代中期先后投入運行。技術(shù)水平也有了很大的提高 ,達到了國 3 外 90 年代的水平。這樣 ,可以為將來可實現(xiàn)控制功能的系統(tǒng)作準備 ,同時可以減少前期的投資。 ComputerConventionalsuPervi so Control 簡稱 CCSC) 隨著計算機系統(tǒng)可靠性的提高和價格的下降以及人們對計算機實現(xiàn)監(jiān)控的信任度的提高 ,人們較容易接受讓計算機直接參加控制 ,但對它還不是很放心 ,所以出現(xiàn)了計算機與常規(guī)控制裝置雙重監(jiān)控的方式 。 國外采用這種方式的典型例子是美國邦納維爾第二電廠 (558MW)和巴斯康提抽水蓄能電廠 (Z100MW)。 5 采用此種方式時 ,中控室僅設(shè)置計算機監(jiān)控系統(tǒng)的值班員控制臺 ,模擬屏已成為輔助監(jiān)控手段 ,可以簡化甚至取消。此時 ,對計算機系統(tǒng)的可靠性提出更高的要求 ,冗余度也要進一步提高。 7 第 2 章 中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 中小型水電站運行的特點 水電站水電生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)是開發(fā)利用水能。 （ 3） 變換能量。水電機組的特點是運行靈活、啟停迅速、操作簡便、自動化程度高。一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后是否可以維護和所需的維護時間及系統(tǒng)和設(shè)備進行維護、修理的難易程度 (平均故障修復時間）也可以用來判定該計算機監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備的優(yōu)良性。 （ 3）適應(yīng)性要求高 水電站發(fā)電生產(chǎn)過程屬于工業(yè)過程，所以其計算機控制系統(tǒng)的工作環(huán)境相對沒有那么完善，而且是處于不同程度的高溫、潮濕、粉塵、振動、腐蝕、磁場等諸多不利的條件之下，所以水電站所需要的計算機監(jiān)控系統(tǒng)必須可以適應(yīng)現(xiàn)場的環(huán)境，而且在惡劣的環(huán)境之下可以正常的運行工作。 （ 5）軟件配備要求齊全 計算機監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)廠商需要根據(jù)實際的過程控制的需要配套提供給用戶豐富的軟件，以此來使得計算機控制系統(tǒng)具備驅(qū)動計算機系統(tǒng)各組成部分正常運轉(zhuǎn)和完善的實時操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、文件管理系統(tǒng)等，滿足生產(chǎn)過程所需要用到的控制的需要。一般是將采集到的數(shù)據(jù)全部集中到計算機來進行分析和處理，然后更具計算機計算和處理的結(jié)果來傳送到各測控點進行控制和調(diào)節(jié)。這就是分布式計算機控制系統(tǒng)發(fā)展初期的基本思想。 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)。 14 第 3 章 上位機軟件的設(shè)計 水力機組運行實時監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，主要包括傳感器、信號調(diào)理裝置和數(shù)據(jù)采集卡三部分。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的性能比較見表 41 所示。 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)動程序之間，它具有以下功能： a 對儀器內(nèi)部寄存單元進行直接存取數(shù)據(jù)操作； b 為儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞； c 是實現(xiàn)開放統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。 2 具有標準的、功能強大的接口總線、板卡及相應(yīng)軟件 GPIB 通用接口總線（ 或稱 IEEE488 國際標準接口總線）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。 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(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 等軟件標準，功能強大且靈活，利用它可方便地組建自己的虛擬儀器?？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(gòu)成。 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(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。 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(wǎng)絡(luò)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(jīng)事先在共享變量的屬性中設(shè)定。 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(yīng)根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的通信方式。數(shù)據(jù) 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(zhuǎn)換后，再經(jīng)過信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)冗^程送到控制器進行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程。 ① 輸入?yún)^(qū)域 輸入?yún)^(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(yīng)一臺機組技術(shù)參數(shù)的輸入，包括蝸殼流量系數(shù)、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。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(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行有效集成。它提供了大量的工具和向?qū)?，即使沒有任何編程經(jīng)驗，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。 ④ 利用 LabVIEW 提供的免費 LabSQL 工具包實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。 2 Connection VIs：實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與 LabVIEW 之間的連接。 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 實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計 實時數(shù)據(jù)庫的表單包括信號信息表和信號數(shù)據(jù)表。試驗結(jié)果數(shù)據(jù)庫設(shè)計試驗結(jié)果數(shù)據(jù)庫包括試驗結(jié)果信息檢索表、圖形數(shù)據(jù)表和試驗分析結(jié)果表，分別見表 411， 412,413。 圖 414 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 。 35 表 411 試驗結(jié)果信息檢索表 表 412 圖形數(shù)據(jù)表 表 413 試驗分析結(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)對水力機組運行參數(shù)進行實時采集分析的關(guān)鍵在于軟系 統(tǒng)的設(shè)計。其中信號信息表的主關(guān)鍵字為信號名與通道號，信號數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵字為時刻。 3Top Level VIs：頂層 LabSQL 的應(yīng)用，對以上三類 LabSQL VIs 的某 30 些功能進行集成。 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(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(shè)計。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)。 圖 36 監(jiān)測系統(tǒng)前面板圖