【導(dǎo)讀】水電是我國重點(diǎn)發(fā)展的綠色能源，水電生產(chǎn)具有開停機(jī)方便、運(yùn)行費(fèi)用低，效穩(wěn)定運(yùn)行將起到重要作用。及水力機(jī)組能量特性模型的建立，而且為建立水力機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。紹了硬件的選型設(shè)計(jì)。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。速度以及抗干擾能力都能夠滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的要求。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、顯示、處理以及存儲(chǔ)，作人員隨時(shí)了解水輪機(jī)的運(yùn)行狀況。組的高效穩(wěn)定運(yùn)行及優(yōu)化運(yùn)行均具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

　　

【正文】 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 僅僅選擇“號(hào)機(jī)組采集”數(shù)據(jù)。 24 系統(tǒng)程序框圖 系統(tǒng)程序框圖的設(shè)計(jì)如圖 34 和圖 35 所示。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(hào) 0 到序號(hào) 5。 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)測時(shí)留下的數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 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。 水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn) 采用 LabVIEW 開發(fā)的虛擬儀器監(jiān)測系統(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。本文以 某 水電站 3 號(hào)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(hào)和 2 號(hào)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(tái)機(jī)組的運(yùn)行狀況， 將 1～ 3 號(hào)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。 集成后的水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的程序前面板和程序框圖如圖 36和圖 26 37 所示。 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)。在事件結(jié)構(gòu)中，共設(shè)置了 5 個(gè)分支，從 Case0 到 Case4。 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(hào)水輪機(jī)、 2 號(hào)水輪機(jī)和 3 號(hào)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。 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。 27 第 4 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(chǔ)、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。 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 20xx，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）。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。 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)，還可以對大量科研數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理。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)。 與其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相比， Access 具有以下幾個(gè)突出的特點(diǎn)：存儲(chǔ)文件單一、兼容多種數(shù)據(jù)庫格式 、支持長文件名、可應(yīng)用于客戶 /服務(wù)器方式、具有 Web 網(wǎng)頁分布功能、操作簡單、使用方便，同時(shí)它還具有組織數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)窗體、查詢 信息、輸出報(bào)表、建立超鏈接、建立應(yīng)用系統(tǒng)、建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制等功能。 LabVIEW 中數(shù)據(jù)庫的訪問方式 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(jí)功能模塊，這些模塊封 28 裝了大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫操作和一些高級(jí)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。 ② 利用 LabVIEW 提供的 ActiveX 功能，調(diào)用 MicrosoftADO 控件，通過 SQL 語言實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作。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)。 ③ 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。 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。LabSQL 通過 MicrosoftADO 以及 SQL 語言完成對數(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 。 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(tái)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)。目前所用版本是 LabSQL Release 。 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。 LabSQL 操作簡單，易于理解，對 SQL 語言不熟悉的用戶也能很容易使用，只需要簡單的編程就可以在 LabVIEW 中訪問數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種操作，如查詢、刪除、修改記錄等。 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。 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)懙牟僮鳌? 2 Connection VIs：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與 LabVIEW 之間的連接。 Recordset VIs：完成數(shù)據(jù)庫中對記錄的各種操作，如創(chuàng)建或刪除某條記錄，或是對記錄的某個(gè)條目進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌? 3Top Level VIs：頂層 LabSQL 的應(yīng)用，對以上三類 LabSQL VIs 的某 30 些功能進(jìn)行集成。 LabSQL 的安裝及配置 （ 1） LabSQL 的安裝 首先，下載 壓縮文件；然后，在 LabVIEW 安裝目錄中的 文件夾中新建一個(gè)名為 LabSQL 的文件夾，將 壓縮文件解壓到此文件夾中；最后，運(yùn)行 LabVIEW，在功能模板上就會(huì)自動(dòng)加載 LabSQL。 （ 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。 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 所示的對話框； 圖 4— 4ODBC 安裝對話框 ③ 在圖 44 所示的對話框中的“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”對話框中選擇要訪問的數(shù)據(jù)庫，單擊“確定”按鈕，即完成了對 DSN 的設(shè)置。 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 控制對數(shù)據(jù)庫的各種操作（查詢、刪除、修改、 32 添加）； ④ 利用 ADO Connection 和 ADO Connection 斷開與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系。 具體流程如圖 46 所示。 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。見表 47， 48 。其中信號(hào)信息表的主關(guān)鍵字為信號(hào)名與通道號(hào)，信號(hào)數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵字為時(shí)刻。 33 表 47 信號(hào)信息表 表 48 信號(hào)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 ， 。其中試驗(yàn)信息表中的主關(guān)鍵字為機(jī)組號(hào)、試驗(yàn)記錄說明與試驗(yàn)時(shí)間。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。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。 34 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。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。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。 35 表 411 試驗(yàn)結(jié)果信息檢索表 表 412 圖形數(shù)據(jù)表 表 413 試驗(yàn)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(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析的關(guān)鍵在于軟系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分，系統(tǒng)軟件提供了實(shí)時(shí)采集 系統(tǒng)的工作環(huán)境，是系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此應(yīng)選用實(shí)時(shí)性好，安 全性高，多任務(wù)，多線程的操作系統(tǒng)，本系統(tǒng)選用操作簡單靈活、圖形用戶界面 友好豐富的 Windows XP 操作平臺(tái)。 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，也是整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的最主要的組成 部分，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的效率和可靠性直接影響著整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。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言 LabVIEW 作為應(yīng)用軟件的開發(fā)工具。 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。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖 47 所示。 圖 414 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖