【正文】 圖 414 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 。 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化思想，主要包含以下幾個功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、 數(shù)據(jù)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)管理模塊及置零模塊。 應(yīng)用軟件的設(shè)計是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，也是整個監(jiān)測系統(tǒng)的最主要的組成 部分，應(yīng)用軟件設(shè)計的效率和可靠性直接影響著整個監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。 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。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。表 410 中的信號索引由機組號、試驗記錄說明、試驗時間構(gòu)成，信號索引用于檢索一次試驗中采集到的所有信號的原始采樣數(shù)據(jù)，信號跳閘時間用于甩負 荷試驗時確定同步時間。其中試驗信息表中的主關(guān)鍵字為機組號、試驗記錄說明與試驗時間。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。 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。 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)庫時可以分為以下幾個步驟： ① 新建一個 Access 數(shù)據(jù)庫，通過 LabSQL 模板上的 ADO 創(chuàng)建一個 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。 （ 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 DSN， LabSQL 就是通過這個 DSN 與數(shù)據(jù)庫進行聯(lián)系的。 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。 2 Connection VIs：實現(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(fù)雜的底層 ADO 及 SQL 操作封裝成一系列 LabSQLVIs（如圖 42 所示），便于對軟件進行模塊化設(shè)計。 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。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，而且在實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的操作時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。 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 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作， LabVIEW SQLToolkit 工 具包包含一系列高級功能模塊，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，但是這種工具包價格昂貴，對于很多的 LabVIEW 使用客戶來說，這種價格是很難接受的。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)。它提供了大量的工具和向?qū)В词箾]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。 27 第 4 章 基于虛 擬儀器的水力機組運行參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 在水力機組運行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)中，需要對大量數(shù)據(jù)進行處理，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)可實時地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，方便對采集的數(shù)據(jù)進行實時存儲、顯示、查詢、分析、處理以及生成報表、打印等操作，有效地實現(xiàn)了水電站的自動化管理，是現(xiàn)代測試測量系統(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 分別實現(xiàn)對 1 號水輪機、 2 號水輪機和 3 號水輪機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)在運行時始終處于可響應(yīng)狀態(tài)。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。 Case5 為數(shù)據(jù)管理模塊，實現(xiàn)對實時采集數(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)合的方式實現(xiàn)，共有 6 個 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 0 到序號 5。 ③ 操作區(qū)域 在操作區(qū)域中，用戶可以通過按鍵操作，選擇進行“全部機組采集”數(shù)據(jù)或 僅僅選擇“號機組采集”數(shù)據(jù)。 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。 系統(tǒng)程序前面板 本系統(tǒng)對 某水電站 其中的 1～ 3 號機組進行監(jiān)測，其程序前面板如圖 33 所示。信號調(diào)理將傳感器輸出的電信號進行放大、濾波、隔離等，便于數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由傳感器、信號調(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)換器及定時器）、計算機及一些外設(shè)等組成。數(shù)據(jù) 采 集（ DataAcquisition， DAQ）是指將被測對象的各種參量（化學(xué)量、物理量、生物量等）通過各種各樣的傳感器件進行適當(dāng)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。 (3) 若要從上位機下傳數(shù)據(jù)，需要先發(fā)呼叫命令，待下位機應(yīng)答后再發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。 22 上、下位機間的數(shù)據(jù)傳遞 (1) 下位機開機后默認的狀態(tài)是上傳數(shù)據(jù)（機頻、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 與遠程 vi面板連接方式兩種通信方式結(jié)合組建了上位機遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的遠程通信模式。 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。 21 UDP,用戶數(shù)據(jù)報協(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。 Nl 公司還開發(fā)的一種 Datasoeket 技術(shù) ,大大簡化了網(wǎng)絡(luò)通信編程 ,可以使用它很容易的在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn) 高速實時數(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。簡單地說 ,數(shù)據(jù)通信就是數(shù)字計算機或其他數(shù)字終端裝置之間的通信。 正是 LabVIEW 的這些優(yōu)點使得它具有其他語言所無法比擬的優(yōu)勢，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)計語言，可以預(yù)見， LabVIEW 最終將會引發(fā)傳統(tǒng)儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命。 ⑤ 具有自定義性，可在十分廣泛的測量控制應(yīng)用中定義芯片級硬件功能。 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。 LabVIEW 具有如下特點： 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行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示。在創(chuàng)建子 VI 時還需要創(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?？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。 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 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，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，甚至多個數(shù)據(jù)通道可同步運行。 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(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 TCP/IP， ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)，功能強大且靈活，利用它可方便地組建自己的虛擬儀器。 4 用戶可定義虛擬儀器的功能、性能、指標(biāo) 虛擬儀器系統(tǒng)給用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)計儀器系統(tǒng)，滿足各種應(yīng)用需求。 4 具有可變性、多層性、自助性的面板 與傳統(tǒng)儀器一樣，虛擬儀器的面板也可以有旋鈕、開關(guān)按鈕、滑動條，有顯 示器顯示波形，有 LED 指示燈，有聲音和報警指示燈，有指針式表頭指示刻度等。為虛擬儀器數(shù)據(jù)采集和控制提供強大支持的還有 VISA、 PCI 等標(biāo)準(zhǔn) I/O 卡及其相應(yīng)的驅(qū)動程序庫。 2 具有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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。 圖 32 虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的特點 虛擬儀器是儀器測量技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)