【正文】 感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)、朋友和親人。共同營造的團(tuán)結(jié)、進(jìn)取的良好氛圍讓每一個(gè)生活在這個(gè)團(tuán)體中的人都感受到一種集體的力量。 由衷感謝室友室袁李波、顏凱琦、張同月等同學(xué)對(duì)本人學(xué)習(xí)與工作上的支持。曾宇露老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、深厚的理論功底、孜孜不倦的研究態(tài)度、誠懇正直的待人方式、淡泊名利的學(xué)者風(fēng)范既是我在大學(xué)期間得到的一筆寶貴的精神財(cái)富，也是我今后工作中學(xué)習(xí)的典范。(4)由于系統(tǒng)采用了虛擬儀器技術(shù)的思想，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有廣泛的適用性，再加上系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了模塊化、組態(tài)思想，這些都使得系統(tǒng)可以根據(jù)不同需要，很方便地配置成用戶所需要的模式,實(shí)現(xiàn)對(duì)統(tǒng)的擴(kuò)展，同時(shí)，通過軟件完成與硬件接口的連接，因此系統(tǒng)具有優(yōu)良的開放性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性,是水電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向。 (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。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。 結(jié)論 水電站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)小水電站提高自動(dòng)化水平，對(duì)于充分利用水資源，提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)水力機(jī)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。 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。具有良好的軟、硬件兼容性和統(tǒng)一性以及開放性。38 （3）在控制面板的操控下，可將系統(tǒng)采集的水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、查詢、統(tǒng)計(jì)、生成報(bào)表分析等操作?？稍谲浢姘迳巷@示機(jī)組下列運(yùn)行參數(shù)：機(jī)組瞬時(shí)流量 Q，工作水頭 H，發(fā)電機(jī)有功功率 Pg ，水輪機(jī)效率 η t 和水輪機(jī)出力 N。 37 圖 414 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。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。 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(cè)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(cè)系統(tǒng)的可靠性。 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(duì)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)。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35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。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。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。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。 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。 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；32 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） ； ④ 利用 ADO Connection 和 ADO Connection 斷開與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系。 （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。 3Top Level VIs：頂層 LabSQL 的應(yīng)用，對(duì)以上三類 LabSQL VIs 的某30些功能進(jìn)行集成。 2 Connection VIs：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與 LabVIEW 之間的連接。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。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 工具包簡(jiǎn)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(duì)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(duì)軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。④ 利用 LabVIEW 提供的免費(fèi) LabSQL 工具包實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問。使用這種方式需要用戶對(duì) 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(duì)于大多數(shù)用戶來說也不現(xiàn)實(shí)。 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(duì)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(duì)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(jiǎn)單易用，但是這種工具包價(jià)格昂貴，對(duì)于很多的 LabVIEW 使用客戶來說，這種價(jià)格是很難接受的。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(duì)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)。它提供了大量的工具和向?qū)В词箾]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。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(cè)系統(tǒng)中，需要對(duì)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(duì)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(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展方向。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(duì) 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。 圖 36 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前面板圖26 圖 37 監(jiān)測(cè)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)。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(cè)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(cè)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(cè)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。Case5 為數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的查詢、分析和處理。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24 圖 34 水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖 圖 35 水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖25序號(hào) 0 到序號(hào) 5。 ③ 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)。 ① 輸入?yún)^(qū)域 輸入?yún)^(qū)域采用一個(gè)選項(xiàng)卡控件，共包含 3 個(gè)選項(xiàng)卡，一個(gè)選項(xiàng)卡上對(duì)應(yīng)一臺(tái)機(jī)組技術(shù)參數(shù)的輸入，包括蝸殼流量系數(shù)、進(jìn)出口斷面壓力變送器的安裝高程、蝸殼進(jìn)口斷面面積、尾水管出口斷面面積以及發(fā)電機(jī)效率等。 系統(tǒng)程序前面板 本系統(tǒng)對(duì)某水電站其中的 1～3 號(hào)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其程序前面板如圖 33 所示。信號(hào)調(diào)理將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、隔離等，便于數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由傳感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡（通常集成模擬多路開關(guān)、采樣/保持器、程控放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器及定時(shí)器） 、計(jì)算機(jī)及一些外設(shè)等組成。數(shù)據(jù)22采集（DataAcquisition，DAQ）是指將被測(cè)對(duì)象的各種參量（化學(xué)量、物理量、生物量等）通過各種各樣的傳感器件進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)冗^程送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程。(3) 若要從上位機(jī)下傳數(shù)據(jù)，需要先發(fā)呼叫命令，待下位機(jī)應(yīng)答后再發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。 上、下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳遞 (1) 下位機(jī)開機(jī)后默認(rèn)的狀態(tài)是上傳數(shù)據(jù)（機(jī)頻、網(wǎng)頻、導(dǎo)葉開度、PID 調(diào)節(jié)器的輸出、狀態(tài)）無條件傳送。因此,本文采用了 Datasocket 與遠(yuǎn)程 vi 面板連接方式兩種通信方式結(jié)合組建了上位機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信模式。此外,UDP 還支持廣播和多點(diǎn)播送廣播就好比廣播電臺(tái)播送新聞,所有人都可以接收到這個(gè)廣播,而具體收不收聽由個(gè)人自己決定而多點(diǎn)播送則是只向其中一個(gè)子集進(jìn)行廣播、系統(tǒng)通信方式的比較與選擇 本文對(duì) Labview 的各種通訊方式進(jìn)行了比較的,其通訊方式各有其特點(diǎn),對(duì)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。UDP,用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議,是一不無連接模式協(xié)議。但 TCP 編程較復(fù)雜,需要精深的網(wǎng)絡(luò)通訊知識(shí)。Nl 公司還開發(fā)的一種 Datasoeket 技術(shù),大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)通信編程,可以使用它很容易的在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。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(gè)變量而己,而變量具體與網(wǎng)絡(luò)中哪臺(tái)計(jì)算機(jī)中的哪個(gè)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。簡(jiǎn)單地說,數(shù)據(jù)通信就是數(shù)字計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字終端裝置之間的通信。正是 LabVIEW 的這些優(yōu)點(diǎn)使得它具有其他語言所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，使得它擁有越來越多的用戶，逐漸成為數(shù)據(jù)采集與儀器控制的首選程序設(shè)計(jì)語言，可以預(yù)見，LabVIEW 最終將會(huì)引發(fā)傳統(tǒng)儀器產(chǎn)業(yè)一場(chǎng)新的革命。⑤ 具有自定義性，可在十分廣泛的測(cè)量控制應(yīng)用中定義芯片級(jí)硬件功能。 ③ 編程簡(jiǎn)單，不需要記憶編程語言，只需利用交互式圖形前面板進(jìn)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。LabVIEW 具有如下特點(diǎn)： ① 開發(fā)周期短，不需要硬件面板的制作，只需利用交互式圖形前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示。在創(chuàng)建子 VI 時(shí)還需要?jiǎng)?chuàng)建連接器，連接器表明了子 VI 中的全部輸入和顯示控件的接線端，如同文本編程語言中的參數(shù)列表，連接器從輸入端接收數(shù)據(jù)，通過前面板輸入控件傳送到框圖的程序代碼中，再從前面板顯示控件中接收計(jì)算結(jié)果傳到輸出端。 圖標(biāo)和連接器相當(dāng)于文本編程語言中的函數(shù)原型。19框圖程序用 LabVIEW 圖形編程語言編寫，由圖框、端口、連線和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在程序前面板上，輸入量稱為控制器（Control） ，輸出量稱為指示器（Indicator） ，控制器包括開關(guān)、旋鈕、按鈕等輸入設(shè)備；指示器包括圖形、圖表、LED 指示燈等顯示輸出對(duì)象，這些控制器和指示器使得前面板直觀易懂。 在 LabVIEW 中開發(fā)的程序都被稱為 VI，一個(gè) VI 由三部分構(gòu)成：前面板（FrontPanel） 、程序框圖（Block Diagram）和圖標(biāo)/連接器（Icon and Connector Pane） 。LabVIEW 的程序由數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)流控制程序執(zhí)行次序，不像文本程序受順序執(zhí)行約束，因此可通過相互連接功能方框圖快速開發(fā)應(yīng)用程序，甚至多個(gè)數(shù)據(jù)通道可同步運(yùn)行。 LabVIEW LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）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(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)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 T