【正文】 你可以用鼠標選擇 controls 菜單中的對象，來為你的系統(tǒng)設置控制和數(shù)據(jù)顯示、量程表圖、餅圖、條狀圖、圖像等。當 VI 完成后，你可以全用前面板來控制系統(tǒng)，當VI運行時，通過選擇開關 ，移動滾動條、放大和縮小圖像，或從鍵盤輸入數(shù)值。 （ 2）構造圖形化的方框 編寫 VI 構造方框圖，不必考慮編程中的許多語法細節(jié)。從 LabVIEW 的 Function 菜單中選擇對象（圖標）、塊和下一塊間用線來連接，來傳遞數(shù)據(jù)。這些塊包括普通數(shù)學函數(shù)到高級的采集分析子程序，以及網(wǎng)絡和文件 I/O操作。 (3)數(shù)據(jù)流編程 LabVIEW使用獲得的數(shù)據(jù)流編程方法，從而使你從基于廣西語言的徒工結構編程中解脫出來。因為 LabVIEW中的執(zhí)行，是由塊間的數(shù)據(jù)的流向決定的，而不是由廣西的序列行決定的，你可以生成具有 同步操作的圖（ diagram）。 (4)模塊化和層次化 LabVIEW 的 VI 設計成為模塊化，所以任何 VI 可以自己運行或作為其他 VI 的一部分，你甚至可以為你自己的 VI 創(chuàng)建圖標，作為你自己的 VI 和 sub VI 的層次圖（ hierarchy）。 LabVIEW 為用戶提供了用戶界面、 I/O、數(shù)據(jù)分析駐到指定應用程序的連接例如簡單的數(shù)據(jù)logging、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集及對 PID的直接控制。 (1)儀器控制 塔里木大學畢業(yè) 設計 14 LabVIEW 中的 GPIB,VXI和串口 VI庫使用 NI工業(yè)標準設備驅(qū)動程序軟件來對儀器系統(tǒng)進行全面的控制。你可以對連接到 NI 的 接口板的任何 GIB 一起進行控制。你可以使用 LabVIEW 的 VXI 開發(fā)系統(tǒng)來容易的為你的儀器編程，這種開發(fā)系統(tǒng)包括 VISA(Virtual Instrument Software Architecture). (2)數(shù)據(jù)采集和分析 DAQ 的 VI庫包含所有 NI插入式和過程 DAQ 產(chǎn)品的采集和輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)。插入式對高速和直接控制的應用是非常理想的。因 為價格低，它大大降低了每通道的費用。 LabVIEW 的分析庫功能強大、應用范圍廣，可以和那些專用的分析軟件包相媲美。 綜上所述， LabVIEW是一個高效的圖形化程序設計環(huán)境，它結合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強大的 G編程語言。提供了一個直覺式的環(huán)境，與測量緊密結合，能讓工程師與科學家們迅速開發(fā)出有關數(shù)據(jù)采集、分析及顯示的解決方案?，F(xiàn)今數(shù)以百計的工程師，科學家以及技術人員在使用 LabVIEW來構建測量與自動化系統(tǒng) . LabVIEW各部分功能 LabVIEW 提供了一些信號處理節(jié)點，這些節(jié)點位于功 能模板→ Signal Processing 子模板中。信號處理節(jié)點包括信號的產(chǎn)生，時域處理，頻域處理，信號測量，數(shù)字濾波和窗函數(shù)等節(jié)點。 用 LabVIEW 編寫的程序稱為虛擬儀器 VI（ Virtual Instruments），因為它的界面和功能與真實儀器十分相像。一個 VI 由交互式用戶接口、數(shù)據(jù)流框圖和圖標連接端口組成，各部分功能如下： （ 1） VI 的交互式用戶接口因為與真實物理儀器面板相似，又稱作前面板。前面板可以包含旋鈕、刻度盤、開關、圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標獲取數(shù)據(jù)并顯示結果。 （ 2） VI 從數(shù)據(jù)流框圖接收指令?？驁D是一種解決編程問題的圖形化方法，實際上是 VI 的程序代碼。編制 VI 程序時，只要在功能模塊中選擇相應的圖標，并用線將它們連接起來，以實現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)傳輸，即可構建出完整的流程圖。 （ 3） VI 模塊化特性。一個 VI 既可以作為上層獨立程序，也可以作為其他程序的子程序。當一個 VI 作為子程序時，稱作 SubVI。 LABVIEW參數(shù)的監(jiān)測技術 本系統(tǒng)能組成智能測控網(wǎng)絡，能夠?qū)崟r的顯示三相電壓電流的波形，經(jīng)過分析計算將顯示以下參數(shù) :頻率、電壓有效值、電壓偏差、三 相電壓不平衡、電壓諧波總畸變度率、 2～ 64 次諧波電壓含有率、電壓波動與閃變等 40 多項指標。當某指標超過國標則報警 , 并保留最近超標的原始數(shù)據(jù)。同時匯總出日、月、年電能質(zhì)量統(tǒng)計報表。下面簡單地介紹一下電能質(zhì)量某些指標的監(jiān)測和分析方法。 （ 1）電壓允許偏差 電壓偏差的表達式： %1 0 0% ??? 額定電壓 額定電壓實測電壓）電壓偏差（ （ 2） 電壓波動與閃變的檢測 ①電壓波動檢測方法。本系統(tǒng)采用的是平方檢測法 , 即電網(wǎng)電壓經(jīng)過平方后 , 再通過 0105～35Hz的帶通濾波器濾去直流分量和工頻及以上的頻率分量 ,便可檢測出調(diào) 幅波即電壓波動分量。電壓波動值為： 式中 —— 調(diào)幅波波峰電壓 —— 調(diào)幅波波谷電壓 —— 供電系統(tǒng)的額定電壓 ②閃變。閃變是人對照度波動的主觀視感 ,表現(xiàn)于燈 — 眼 — 腦 , 即人眼對白熾燈閃變的反映 ,而這種感覺又和人的大腦有關 , 因此在分析閃變時需要建立一個能夠模擬燈 — 眼 — 腦環(huán)節(jié)的數(shù)學模型 , 然后對得到的波形進行統(tǒng)計處理。 IEC 已經(jīng)給出了閃變檢測方法的設計標準 (模擬方式 ) , 我們在數(shù)字化實現(xiàn)上 , 主要 用到了高通、帶通等數(shù)字濾波器， LabVIEW提供了 13種濾波器圖標 ,我們選擇了巴特沃斯濾波器，通過統(tǒng)計計算可得到瞬時閃變視感度 S ( t )、短時間閃變嚴重度 Pst等 ,同時能輸出平方解調(diào)后的波形和調(diào)幅波形等。 塔里木大學畢業(yè) 設計 15 （ 3）三相不平衡度 對電力三相不平衡度的分析可以通過對稱分量法進行 , 在分解出正序和負序分量之后 , 三相不平衡度就可以求出。計算三相不平衡度可以通過下面的簡化算式求得 %10 061 61%10 012 ??? ????? ?? ??? AAU 式 中 2222 444 )( MLKMLK?????? K、 L、 M ——— 三個線電壓的幅值 （ 4）諧波分析 諧波分析中要測量的內(nèi)容為各次諧波的含有量、總諧波畸變率、諧波功率等。諧波分析的方法很多 ,在理論和實現(xiàn)上都比較成熟的是采用快速傅立葉變換 (FFT) , LabVIEW提供了諧波分析軟件包，以供直接進行快速頻譜分析。 頻率跟蹤技術 當對穩(wěn)態(tài)電力信號進行頻譜分析時 , 通常采用快速傅立葉變換 (FFT) , 電網(wǎng)中電壓的基波頻率在 50Hz 上下波動 , 當采 樣頻率和電力信號基頻不同步時 , 將造成信號截斷而產(chǎn)生測量誤差。如果按照固定的基波頻率為 50Hz 來確定采樣率 , 就必然產(chǎn)生頻譜泄漏效應 , 由于系統(tǒng)的慣性 , 相鄰幾個周波的頻率變化卻很小。因此 ,可采用頻率跟蹤技術來跟蹤 系統(tǒng)基波頻率的變化，保證在基波頻率出現(xiàn)波動時實現(xiàn)均勻采樣。數(shù)據(jù)采集使用了 AIWave formScan1vi ,它能夠以指定的采樣率從指定的通道 (單通道 ) 采集指定點數(shù)的數(shù)據(jù)。在每次測試之前，以盡可能高的速度對電網(wǎng) A、 B、 C 三相電壓進行連續(xù) 8個周波的采樣，然后進行過零檢測和計算每相頻率、周期 , 最后取三相電壓周期的平均值作為電力信號周期。 對計算周期進行 N(如 128)等分 ,就得到本次測試的采樣間隔。在基頻測試中，考慮到諧波成分會使一個電壓周期中含有多于兩個的過零點，所以在頻率計算前加入了一個巴特沃茲低通濾波器。由于三次及以上的高次諧波易引起多于兩個的過零點，因此將濾波器的截止頻率定為 125Hz ，以濾除可能產(chǎn)生多余零點的諧波、擾動、噪聲等高頻分量。 理論上看，非線性負荷是配電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線性負荷吸收電流和外加端電壓為非線性關系，這類負荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。周期性的畸 變波形經(jīng)過傅立葉級數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。 非線性負荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數(shù)倍諧波。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開路等事故，而導致系統(tǒng)進入暫態(tài)過程引起的諧波，將不歸屬諧波治理的范疇。要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。 考慮到實際信號采集時 ,幾乎無法準確采集到零點時刻 ,在程序的算法實現(xiàn)中，我們是通過信號前一時刻和后一時刻采樣值的變化來判斷過零點的，通常依據(jù)兩值乘積為小于等于 0 來判斷 (當然也必須考慮到信號采集時 , 有可能采集到零點時刻 )，找出信 號過零的時刻。在軟件實現(xiàn)時，信號被采樣離散化而用一數(shù)組表示 , 假如條件 1:前一序號 (如為 k) 所對應的采樣值與后一序號 ( k + 1) 所對應的采樣值的乘積小于等于零；條件 2:后一序號 ( k + 1) 所對應的采樣值與序號 ( k + 2) 所對應的采樣值的乘積大于等于零。當條件 1 與條件 2 同時滿足時 , 則保留零點前后的序號和這些序號所對應的采樣值，然后再根據(jù)線性插值法較為準確的計算過零點的時刻。頻率計算主要是通過過零點時刻之差以及實際采樣時間間隔，計算出周期和頻率的大小。此外由于低通濾波器有一動態(tài)響應過程 ，輸出的波形在達到穩(wěn)態(tài)時候有一個過渡過程，因此 ,在進行周期計算時需要取出穩(wěn)態(tài)的波形，以保證頻率計算的準確性。 5 電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設計方案 如圖 51所示，虛擬儀器具有同傳統(tǒng)電子儀器一樣的三大功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析處理模塊和顯示結果模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊和傳統(tǒng)電子儀器完全相同；虛擬儀器和傳統(tǒng)電子儀器最大的不同是虛擬儀器的數(shù)據(jù)分析處理完全由軟件來實現(xiàn)，這部分功能不受硬件限制，可以靈活地根據(jù)用戶需要設計并可隨時增加模塊，這是它最大的特點。 塔里木大學畢業(yè) 設計 16 圖 51 虛擬儀器功能模塊顯示 本監(jiān)測系統(tǒng)的原始信號是高壓變頻器的直流側電壓和電流。需要先由 WBV411DO及 WBI411DO型傳感器將電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻同相的交流電壓信號，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡再送入計算機進行下一步分析處理。因此，基于 LABVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分主要由三部分組成：傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和帶虛擬儀器的計算機。 總機帶虛擬儀器的計算機邏輯控制器存儲器數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理多路開關及傳感器電壓及電流信號 圖 52 基于 LabVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構圖 硬件部分完成的基本任務就是隔離 和變換，再由 DAQ 板把變換后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，形成計算機能夠處理的數(shù)據(jù)。隔離和變換的任務由傳感器完成， A/D變換則由數(shù)據(jù)采集卡完成。 在計算機上插入數(shù)據(jù)采集卡，用軟件在屏幕上生成儀器面板，用軟件進行信號分析處理。 硬件部分主要由三部分組成：傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和帶虛擬儀器的計算機。硬件結構圖如圖 61所示。 整套系統(tǒng)的核心在于軟件部分，計算機為軟件的運行提供了硬件支持，軟件所需的數(shù)據(jù)是通過 PC 總線上獲得的。 電網(wǎng)中電壓的基波頻率在 50Hz 上下波動 , 當采樣頻率和電力信號基頻不同步時 , 將造成信號截 斷而產(chǎn)生測量誤差。如果按照固定的基波頻率為 50Hz 來確定采樣率 , 就必然產(chǎn)生頻譜泄漏效應 , 由于系統(tǒng)的慣性 , 相鄰幾個周波的頻率變化卻很小 傳感器的作用就是把各種類型的信號變換成電信號并實現(xiàn)有效的隔離。在實際電力系統(tǒng)中，電壓信號和電流信號都很大，需要通過信號調(diào)理部分把這些信號轉(zhuǎn)換成適于數(shù)據(jù)采集板 (DAQ)工作的電壓信號（一般為177。 5V ~ 177。 10V 之間）。 DAQ 板的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最終通過先入先出 (FIFO)存儲器把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)總線上。 硬件采用特制隔離模塊，將被測交流電壓或電流換成 同頻同相的交流電壓信號：具有可靠性高，無漂移，響應快，線性好，低價位，體積小等特點，無須輔助電源，該產(chǎn)品適用于電力系統(tǒng)的交流采樣系統(tǒng)。傳感器輸出標稱值為 ,可用運算放大器擴大傳感器的輸出標稱值。 運算放大器電流采樣器 圖 53 接線圖 數(shù)據(jù)采集卡 GPIB 儀器 VXI 儀器 RS232 信號處理 數(shù)字濾波 統(tǒng)計分析 結果表達 網(wǎng)絡傳輸 硬復制 文件 I/O 圖形用戶接口 塔里木大學畢業(yè) 設計 17 我們采用 PCI 總線技術開發(fā)了虛擬儀器系統(tǒng)硬件平臺，其基于 PCI 總線的數(shù)據(jù)采集卡包括信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集兩部分，數(shù)據(jù)采集卡結合計算機數(shù)據(jù)處理軟件可以構造各種虛擬儀器。數(shù)據(jù)采集卡直接插入計算機的 PCI 總線擴展槽中，數(shù)據(jù)傳輸速度快 ，控制方式靈活，能適應不同的測試需求。 (1）信號調(diào)理電路的設計 信號調(diào)理電路是將被測信號進行調(diào)理和放大以供數(shù)字電路進行采樣。它主要由信號調(diào)整電路、阻抗變換電路、電壓控制放大電路和觸發(fā)電路組成。信號調(diào)整電路主要是對輸入信號進行交直流耦合及對信號進行放大或衰減，以使信號滿足放大電路的輸入信號電平要求。該電路要求對輸入信號進行相應調(diào)整的同時，不改變信號的頻率性質(zhì)，對外要呈現(xiàn)出高達 1MΩ 的輸入阻抗，以保證不對產(chǎn)生輸入信號的外電路造成影響。因為放大電路具有較小的輸入阻抗，而調(diào)整電路又有較大的輸出阻抗，所以信號不能 直接進入放大電路，必須先進行阻抗變換。該電路可由運放組成的跟隨器來完成，它將高阻的輸入信號變?yōu)榈妥栎敵?，從而去?qū)動具有低輸入阻抗的放大電路。