【正文】 統(tǒng)設(shè)置控制和數(shù)據(jù)顯示、量程表圖、餅圖、條狀圖、圖像等。當(dāng) VI 完成后，你可以全用前面板來控制系統(tǒng)，當(dāng)VI運(yùn)行時(shí)，通過選擇開關(guān)，移動(dòng)滾動(dòng)條、放大和縮小圖像，或從鍵盤輸入數(shù)值。 （ 2）構(gòu)造圖形化的方框 編寫 VI 構(gòu)造方框圖，不必考慮編程中的許多語法細(xì)節(jié)。從 LabVIEW 的 Function 菜單中選擇對(duì)象（圖標(biāo)）、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(xué)函數(shù)到高級(jí)的采集分析子程序，以及網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)編程中解脫出來。因?yàn)?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(shè)計(jì)成為模塊化，所以任何 VI 可以自己運(yùn)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(biāo)，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(yīng)用程序的連接例如簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)logging、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集及對(duì) PID的直接控制。 (1)儀器控制 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 14 LabVIEW 中的 GPIB,VXI和串口 VI庫使用 NI工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序軟件來對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。你可以對(duì)連接到 NI 的 接口板的任何 GIB 一起進(jìn)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(duì)高速和直接控制的應(yīng)用是非常理想的。因?yàn)閮r(jià)格低，它大大降低了每通道的費(fèi)用。 LabVIEW 的 分析庫功能強(qiáng)大、應(yīng)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(gè)高效的圖形化程序設(shè)計(jì)環(huán)境，它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的 G編程語言。提供了一個(gè)直覺式的環(huán)境，與測(cè)量緊密結(jié)合，能讓工程師與科學(xué)家們迅速開發(fā)出有關(guān)數(shù)據(jù)采集、分析及顯示的解決方案。現(xiàn)今數(shù)以百計(jì)的工程師，科學(xué)家以及技術(shù)人員在使用 LabVIEW來構(gòu)建測(cè)量與自動(dòng)化系統(tǒng) . LabVIEW各部分功能 LabVIEW 提供了一些信號(hào)處理節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)位于功能模板→ Signal Processing 子模板中。信 號(hào)處理節(jié)點(diǎn)包括信號(hào)的產(chǎn)生，時(shí)域處理，頻域處理，信號(hào)測(cè)量，數(shù)字濾波和窗函數(shù)等節(jié)點(diǎn)。 用 LabVIEW 編寫的程序稱為虛擬儀器 VI（ Virtual Instruments），因?yàn)樗慕缑婧凸δ芘c真實(shí)儀器十分相像。一個(gè) VI 由交互式用戶接口、數(shù)據(jù)流框圖和圖標(biāo)連接端口組成，各部分功能如下： （ 1） VI 的交互式用戶接口因?yàn)榕c真實(shí)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(guān)、圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)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(shí)際上是 VI 的程序代碼。編制 VI 程序時(shí)，只要在功能模塊中選擇相應(yīng)的圖標(biāo)，并用線將它們連接起來，以實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)傳輸，即可構(gòu)建出完整的流程圖。 （ 3） VI 模塊化特性。一個(gè) VI 既可以作為上層獨(dú)立程序，也可以作為其他程序的子程序。當(dāng)一個(gè) VI 作為子程序時(shí)，稱作 SubVI。 LABVIEW參數(shù)的監(jiān)測(cè)技術(shù) 本系統(tǒng)能組成智能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)的顯示三相電壓電流的波形，經(jīng)過分析計(jì)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(dòng)與閃變等 40 多項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)某指標(biāo)超過國(guó)標(biāo)則報(bào)警 , 并保留最近超標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。同時(shí)匯總出日、月、年電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。下面簡(jiǎn)單地介紹一下電能質(zhì)量某些指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和分析方法。 （ 1）電壓允許偏差 電壓偏差的表達(dá)式： %100% ??? 額定電壓 額定電壓實(shí)測(cè)電壓）電壓偏差（ （ 2） 電壓波動(dòng)與閃變的檢測(cè) ①電壓波動(dòng)檢測(cè)方法。本系統(tǒng)采用的是平方檢測(cè)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(cè)出調(diào)幅波即電壓波動(dòng)分量。電壓波動(dòng)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(duì)照度波動(dòng)的主觀視感 ,表現(xiàn)于燈 — 眼 — 腦 , 即人眼對(duì)白熾燈閃變的反映 ,而這種感覺又和人的大腦有關(guān) , 因此在分析閃變時(shí)需要建立一個(gè)能夠模擬燈 — 眼 — 腦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型 , 然后對(duì)得到的波形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。 IEC 已經(jīng)給出了閃變檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) (模擬方式 ) , 我們?cè)跀?shù)字化實(shí)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(biāo) ,我們選擇了巴特沃斯濾波器，通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算可得到瞬時(shí)閃變視感度 S ( t )、短時(shí)間閃變嚴(yán)重度 Pst等 ,同時(shí)能輸出平方解調(diào)后的波形和調(diào)幅波形等。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 15 （ 3）三相不平衡度 對(duì)電力三相不平衡度的分析可以通過對(duì)稱分量法進(jìn)行 , 在分解出正序和負(fù)序分量之后 , 三相不平衡度就可以求出。計(jì)算三相不平衡度可以通過下面的簡(jiǎn)化算式求得 %10061 61%10012 ??? ????? ?? ??? AAU 式中 2222 444 )( MLKMLK?????? K、 L、 M ——— 三個(gè)線電壓的幅值 （ 4）諧波分析 諧波分析中要測(cè)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(shí)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(jìn)行快速頻譜分析。 頻率跟蹤技術(shù) 當(dāng)對(duì)穩(wěn)態(tài)電力信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí) , 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(dòng) , 當(dāng)采樣頻率和電力信號(hào)基頻不同步時(shí) , 將造成信號(hào)截?cái)喽a(chǎn)生測(cè) 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(yīng) , 由于系統(tǒng)的慣性 , 相鄰幾個(gè)周波的頻率變化卻很小。因此 ,可采用頻率跟蹤技術(shù)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(dòng)時(shí)實(shí)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(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)。在每次測(cè)試之前，以盡可能高的速度對(duì)電網(wǎng) A、 B、 C 三相電壓進(jìn)行連續(xù) 8個(gè)周波的采樣，然后進(jìn)行過零檢測(cè)和計(jì)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(hào)周期。 對(duì)計(jì) 算周期進(jìn)行 N(如 128)等分 ,就得到本次測(cè)試的采樣間隔。在基頻測(cè)試中，考慮到諧波成分會(huì)使一個(gè)電壓周期中含有多于兩個(gè)的過零點(diǎn)，所以在頻率計(jì)算前加入了一個(gè)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(gè)的過零點(diǎn)，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(diǎn)的諧波、擾動(dòng)、噪聲等高頻分量。 理論上看，非線性負(fù)荷是配電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類負(fù)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(jí)數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧 波。 非線性負(fù)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(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)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(shí)際信號(hào)采集時(shí) ,幾乎無法準(zhǔn)確采集到零點(diǎn)時(shí)刻 ,在程序的算法實(shí)現(xiàn)中，我們是通過信號(hào)前一時(shí)刻和后一時(shí)刻采樣值的變化來判斷過零點(diǎn)的，通常依據(jù)兩值乘積為小于等于 0 來判斷 (當(dāng)然也必須考慮到信號(hào)采集時(shí) , 有可能采集到零點(diǎn)時(shí)刻 )，找出信號(hào)過零的時(shí)刻。在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，信號(hào)被采樣離散化而用一數(shù)組 表示 , 假如條件 1:前一序號(hào) (如為 k) 所對(duì)應(yīng)的采樣值與后一序號(hào) ( k + 1) 所對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積小于等于零；條件 2:后一序號(hào) ( k + 1) 所對(duì)應(yīng)的采樣值與序號(hào) ( k + 2) 所對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積大于等于零。當(dāng)條件 1 與條件 2 同時(shí)滿足時(shí) , 則保留零點(diǎn)前后的序號(hào)和這些序號(hào)所對(duì)應(yīng)的采樣值，然后再根據(jù)線性插值法較為準(zhǔn)確的計(jì)算過零點(diǎn)的時(shí)刻。頻率計(jì)算主要是通過過零點(diǎn)時(shí)刻之差以及實(shí)際采樣時(shí)間間隔，計(jì)算出周期和頻率的大小。此外由于低通濾波器有一動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，輸出的波形在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)候有一個(gè)過渡過程，因此 ,在進(jìn)行 周期計(jì)算時(shí)需要取出穩(wěn)態(tài)的波形，以保證頻率計(jì)算的準(zhǔn)確性。 5 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jié)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(shí)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(shè)計(jì)并可隨時(shí)增加模塊，這是它最大的特點(diǎn)。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 16 圖 51 虛擬儀器功能模塊顯示 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原始 信號(hào)是高壓變頻器的直流側(cè)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(hào)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jì)算機(jī)。 總機(jī)帶虛擬儀器的計(jì)算機(jī)邏輯控制器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)采集信號(hào)調(diào)理多路開關(guān)及傳感器電壓及電流信號(hào) 圖 52 基于 LabVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 硬件部分完成的基本任務(wù)就是隔離和變換，再由 DAQ 板把變換后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)，形成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)。隔離和變換的任務(wù)由傳感器完成， A/D變換則由數(shù)據(jù)采集卡完成。 在計(jì)算機(jī)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(jìn)行信號(hào)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(jì)算機(jī)。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 61所示。 整套系統(tǒng)的核心在于軟件部分，計(jì)算機(jī)為軟件的運(yùn)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(dòng) , 當(dāng)采樣頻率和電力信號(hào)基頻不同步時(shí) , 將造成信號(hào)截?cái)喽a(chǎn)生測(cè)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(yīng) , 由于系統(tǒng)的慣性 , 相鄰幾個(gè)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(hào)變換成電信號(hào)并實(shí)現(xiàn)有效的隔離。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，電壓信號(hào)和電流信號(hào)都很大，需要通過信號(hào)調(diào)理部分把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于數(shù)據(jù)采集板 (DAQ)工作的電壓信號(hào)（一般為177。 5V ~ 177。 10V 之間）。 DAQ 板的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終通過先入先出 (FIFO)存儲(chǔ)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(cè)交流電壓或電流換成同頻同相的交流電壓信號(hào)：具有可靠性高，無漂移，響應(yīng)快， 線性好，低價(jià)位，體積小等特點(diǎn)，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(biāo)稱值為 ,可用運(yùn)算放大器擴(kuò)大傳感器的輸出標(biāo)稱值。 運(yùn)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(hào)處理 數(shù)字濾波 統(tǒng) 計(jì)分析 結(jié)果表達(dá) 網(wǎng)絡(luò)傳輸 硬復(fù)制 文件 I/O 圖形用戶接口 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 我們采用 PCI 總線技術(shù)開發(fā)了虛擬儀器系統(tǒng)硬件平臺(tái)，其基于 PCI 總線的數(shù)據(jù)采集卡包括信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集兩部分，數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件可以構(gòu)造各種虛擬儀器。數(shù)據(jù)采集卡直接插入計(jì)算機(jī)的 PCI 總線擴(kuò)展槽中，數(shù)據(jù)傳輸速度快，控制方式靈活，能適應(yīng)不同的測(cè)試需求。 (1）信號(hào)調(diào)理 電路的設(shè)計(jì) 信號(hào)調(diào)理電路是將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和放大以供數(shù)字電路進(jìn)行采樣。它主要由信號(hào)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(hào)調(diào)整電路主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行交直流耦合及對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或衰減，以使信號(hào)滿足放大電路的輸入信號(hào)電平要求。該電路要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整的同時(shí)，不改變信號(hào)的頻率性質(zhì)，對(duì)外要呈現(xiàn)出高達(dá) 1MΩ 的輸入阻抗，以保證不對(duì)產(chǎn)生輸入信號(hào)的外電路造成影響。因?yàn)榉糯箅娐肪哂休^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(hào)不能直接進(jìn)入放大電路，必須先進(jìn)行阻抗變換。該電路可由運(yùn)放組 成的跟隨器來完成，它將高阻的輸入信號(hào)變?yōu)榈妥栎敵觯瑥亩ヲ?qū)動(dòng)具有低輸入阻抗的放大電路。 信號(hào)放大電路是信號(hào)調(diào)理電路的核心，它將輸入信號(hào)放大成為最大值為17