【正文】 虛擬儀器的目的 指示儀表檢測的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段，即模擬檢測、數(shù)字化檢測、智能化檢測和虛擬化檢測。數(shù)字化檢測適應(yīng)了快速響應(yīng)和高精度的要求，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，利用數(shù)字技術(shù)處理觀測信息，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果。但這類檢測設(shè)備的功能模塊全部都是以硬件或固化的軟件形式存在，無論在開發(fā)還是在 應(yīng)用上，都缺乏靈活性，特別是在輸出模式和組建靈活性、修改便捷性等方面有諸多不足。虛擬化檢測系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬儀器是傳統(tǒng)測量觀念的一次巨大變革，也是電測儀表檢測發(fā)展的重要方向。 PI 軟件系統(tǒng)的介紹 和在電測專業(yè)中的應(yīng)用 PI (Plant Information System)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由美國 OSI Software 公司開發(fā)的基于 C/S、 B/S 結(jié)構(gòu)的商品化軟件應(yīng)用平臺，是工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)與上層管理信第 3頁 息系統(tǒng)連接的橋梁， PI 在工廠信息集成中扮演著特殊和重要的角色。它提供了清晰、精確的操作畫面，用戶既可瀏覽工廠當(dāng)前的生產(chǎn)工藝過程，也可追溯和分析過去的生產(chǎn)工藝過程。由于工廠數(shù)據(jù)存放在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫中，公司中的所有人，無論在什么地方都可以看到和分析相同的信息。通過實時 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，可集成產(chǎn)品計劃、維護管理、專家系統(tǒng)、 LIMS 和優(yōu)化 /建模等應(yīng)用程序，同時在業(yè)務(wù)管理和實時生產(chǎn)過程控制之間起到橋梁作用。在客戶端軟件 ProcessBook 上，可以在秒級時間內(nèi)從 2年或 3年歷史中取到 1000 點數(shù)據(jù)。 PI 套件包括以下組件： 通用數(shù)據(jù)服務(wù)器（ UDS）是 PI系統(tǒng)的核心，通過 PI 的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)獲取 和發(fā)送實時數(shù)據(jù)。 PI BatchView 提供歷史和實時的批量趨勢的桌面觀察，并允許在一個單獨的視圖上比較多個批量的有關(guān)數(shù)據(jù)。 PI DataAccess 軟件是一組工具，它協(xié)助高級用戶觀察、結(jié)構(gòu)化和訪問 PI 系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)。 PI DataLink 建立電子數(shù)據(jù)單程序和 UDS 之間的雙向連接，提供方便地訪問過程數(shù)據(jù)和 Microsoft Excel 或 Lotus 123的分析工具。數(shù)據(jù)來自任何的臺式計算機或通過使用 ActiveView 的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器。 在本系統(tǒng)運用中，主要使用 PI ProcessBook 和 PI DataLink 套件，結(jié)合使用 PI內(nèi)嵌的 VBA 編程語言開發(fā)。利用計算機強大的信息處理能力、存儲容量和網(wǎng)絡(luò)功能，可以解決電測儀表檢定中的數(shù)據(jù)讀取、記錄、分析必須依賴人工完成以及儀器不能直接和其它電網(wǎng)監(jiān)控、管理系統(tǒng)通訊，信息資源難以共享的問題。同時，多種顏色的趨勢曲線、波形、柱狀圖使測量結(jié)果顯示更直觀。 2． 1 系統(tǒng)的構(gòu)成 電測儀表檢定系統(tǒng) 由基本硬件電路和軟件組成。軟件編程以 VB 為基礎(chǔ)結(jié)合儀器專用編程語言，數(shù)據(jù)庫使用 SQL Server 。數(shù)據(jù)采集卡安裝于計算機主板 PCI 總線插槽上，通過標(biāo)準(zhǔn)表上的 IEEE488 接口或者串口 RS232 采集數(shù)據(jù)進入計算機。系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用 VB 編程語言和 SQL Server 數(shù)據(jù)庫，同時結(jié)合 HP34401A 專用儀器編程語言進行軟件開發(fā)。 XDB28 型三相交流儀表校驗臺按國家計量局與水電部有關(guān)交流電表檢定規(guī)程與共頻單三相電表的檢定而設(shè)計的，它可方便地用來檢定有功、無功電能表（電力定量器）功率表（功率變送器）、相位表（功率因數(shù)表）、頻率表、電壓表、電流表、同步表等工頻電表。其特點如下： 1. 輸出信號的頻率、幅度、相位采用編程控制。不僅方便，而且可靠。 3. 在 4070Hz范圍內(nèi)，具有標(biāo)頻輸出，精度為 5 10，因此不用標(biāo)準(zhǔn)頻率表就可直接檢定任何等級的工頻指針式頻率針。相位上在 0360， 0186。 。 5. 輸出頻率具有自動跟蹤市電頻率的能力，從原理上消除了市電對拍頻影響，這一特性特別適合指示儀表，工頻數(shù)字電表的檢定。 HP34401A 是美國惠普 Agilent 公司的產(chǎn)品，可以提供 6位半數(shù)字分辨率、每秒鐘1000 個讀數(shù)和 15ppm 的基本直流精度。具有 GPIB 和 RS232接口，并且 34401A 響應(yīng)三種不同的指令語言： SCPI 命令（可編程儀器的標(biāo)準(zhǔn)命令）、3478A 和 Fluke 8840A 的命令，驅(qū)動器也可用國家儀器公司的 LabVIEW 和 HPVEE 兩種軟件。 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡使用 HP82350GPIB 接口卡 ,同時配備 IEEE488 電纜。電壓、電流、頻率信號采集單元可實現(xiàn)高精度的實時采集，獲得包括電壓、電流、頻率的實時采集數(shù)據(jù)。通過 軟件編程就可以完成一系列的指示儀表自動檢測功能。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的選擇 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (RDBMS)是管理關(guān)系型數(shù)據(jù)的系統(tǒng)軟件，對數(shù)據(jù)的所有操作，包括定義、查詢、更新以及其他的各種控制，都是通過 RDBMS 進行的。而 MS SQLServer 是其中的代表作之一。 MS SQLServer 的價格相對其他的中等以上的數(shù)據(jù)庫低廉。界面的易用性一直是微軟的強項， MS SQLServer 在這個方面自然也繼承了這個優(yōu)點。因此眾多領(lǐng)域中的最終用戶和程序員都選擇了 MS SQLServer 來構(gòu)建數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。 Data 表用于存放指示儀表每次檢定的每個測點數(shù)據(jù)（見圖 ） ； unit 是送檢單位數(shù)據(jù)存放表（見圖 ） ； 儀表類別表用于存放設(shè)置被檢表數(shù)據(jù)（見圖） ； 待檢儀表用于存放在檢驗中由于各種原因中斷的臨時測試數(shù)據(jù)，在程序中可以使用這些數(shù)據(jù)繼續(xù)此次檢定工作（見圖 ） ； 檢定環(huán)境表存放登陸人員信息，用于密碼驗證圖 data表結(jié)構(gòu) 圖 unit表結(jié)構(gòu) 圖 儀表類別表結(jié)構(gòu) 圖 待檢儀表表結(jié)構(gòu) （結(jié)構(gòu)圖略）； 檢定記錄表存放檢定完成后的各種數(shù)據(jù)記錄，各表結(jié)構(gòu)（見圖 ）。編程開發(fā)軟件采用 Visual Basic，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用 SQL Server 。 Visual Basic,簡稱 VB，是 Microsoft 公司推出的一種 Windows 應(yīng)用程序開發(fā)工具。無論是開發(fā)功能強大、性能可靠的商務(wù)軟件，還是編寫能處理實際問題的實用小程序， VB 都是最快速、最簡便的方法。程序員可以輕松的使用 VB 提供的組件快速建立一個應(yīng)用程序。其中電壓、電流參數(shù)主要為電壓、電流的有效值 。電能參數(shù)包括有功電能和無功電能。采用這種測量方法的儀器體積大、精度低。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了直流采樣法、霍爾原理法、模擬乘法器法等對交流電氣參數(shù)的測量方法。 70 年代以來，隨著交流采樣理論、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、微電子技術(shù)，特別是微處理器技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，使基于微處理器的數(shù)字化測量方法迅速發(fā)展起來。由于軟件的靈活性，使校準(zhǔn)、補償?shù)裙δ茏兊萌菀讓崿F(xiàn)，同時測量功能也得以極大的擴充。所謂離散化，是將時間上連續(xù)的量轉(zhuǎn)化為離散量，即在確定時刻上確定并保持其瞬間值。對連續(xù)量進行離散化和量子化是數(shù)字化測量的基礎(chǔ)。只有滿足采樣定理，才能保證對連續(xù)量的離散化采樣值，包含有連續(xù)信號的所有信息。 根據(jù)電工原理，周期性變化的電壓、電流信號的有效值為 : ? ?dttuTU T?? 0 21 (21), ? ?dttiTI T?? 0 21 (22) 其中 T 為信號的周期。N為一個信號周期內(nèi)的采樣點數(shù)。 正弦電路單相有功功率的測量 正弦電路單相有功功率的定義式為 : P=UIcosφ (25)，式中 U、 I分別為電壓、 電流有效值， cosφ為負(fù)載功率因數(shù)。 有功功率也可由下式進行計算 : ? ?? ?dttituTP T?? 01 (26） 上式離散化得 : ? ? ? ????? 101 Nn ninuNP （ 27） 采用式 (27)進行有功功率的數(shù)字化計算簡單、易行，而且己將諧波的影響包括在內(nèi)。 正弦電路單相無功功率的測量 第 10頁 式 ((28)可以變換為 :Q=UI cos(φ－ 90176。 無功功率的離散化計算公式為 : ? ???? ?????? ?? 10 41 Nn nNinuNQ （ 210） 式中 N 為一個信號周期內(nèi)的采樣 點數(shù)。它雖然簡單，但只適用于被測信號為嚴(yán)格正弦波的情況。對含諧波的非正弦電路而言，無功功率的定義還存在爭議，因此本文將不作研究。 對于三相三線制系統(tǒng)，總的功率和電能可通過“兩表法”測量。根據(jù)其 定義，可得如下計算公式 : ? ? 為絕對值符號）absQP PabsPF (2