【正文】 的理想工具。虛擬儀器具有如下特點(diǎn)： 1 強(qiáng)大的信號(hào)處理能力 通過(guò)適當(dāng)?shù)挠布Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、放大、隔離、濾波以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換，虛擬儀器可以利用計(jì)算機(jī)的大量實(shí)用軟件工具對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種分析計(jì)算、處理和數(shù)字化、圖形化顯示，也可以將信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后控制執(zhí)行器件的執(zhí)行動(dòng)作。1987 年新推出的 VXI 總線(xiàn)（或稱(chēng) IEEE1155 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口總線(xiàn)）具有通用性和開(kāi)放性，使任意廠(chǎng)家、各種類(lèi)型儀器接口不會(huì)發(fā)生機(jī)械電氣方面的沖突，VXI 具有 40M Bytes/s 的數(shù)據(jù)傳輸率，能保證儀器間的同步和精確定時(shí)，被認(rèn)為是虛擬儀器理想的硬件平臺(tái)。 3 具有開(kāi)發(fā)周期短、成本低、維護(hù)方便和易于應(yīng)用等特點(diǎn) 應(yīng)用虛擬儀器的這些特點(diǎn)可以快速、低成本地開(kāi)發(fā)出具有相當(dāng)大柔性且易于維護(hù)管理和升級(jí)的儀器。但虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器又有不同之處，傳統(tǒng)儀器面板上的元器件是硬件，由出廠(chǎng)廠(chǎng)商確定，不可更改，而虛擬儀器的面板由計(jì)算機(jī)顯示器構(gòu)成，面板上的各種顯示控制元件是軟件圖庫(kù)中的各種功能圖形，由用戶(hù)根據(jù)自己的任務(wù)需要隨意設(shè)計(jì)，用戶(hù)可以增、刪、移動(dòng)元器件，變化器件外觀(guān)，顏色等，而且可以制作多層下拉面板，構(gòu)建大大超出傳統(tǒng)儀器的生動(dòng)美觀(guān)、界面友好的面板。一方面其可根據(jù)用戶(hù)不同要求修改同一個(gè)儀器的功能、性能和指標(biāo)；另一方面以軟件形式將多種儀器的功能、性能和指標(biāo)集成在虛擬儀器庫(kù)內(nèi)，通過(guò)它們的不同組合以及與不同類(lèi)型的硬件系統(tǒng)的搭配在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)各種儀器的功能，極大地?cái)U(kuò)展了儀器的功能，提高了儀器功能的靈活性。 LabVIEW 被稱(chēng)為圖形化編程語(yǔ)言，不僅在于它的界面設(shè)計(jì)方式，更重要的是它在編寫(xiě)程序代碼、實(shí)現(xiàn)程序功能的時(shí)候，也使用了圖形化的操作方式。LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具，即使是毫無(wú)計(jì)算機(jī)背景知識(shí)的學(xué)習(xí)者，也可以在短期內(nèi)掌握 LabVIEW 的編程方法。 前面板是圖形用戶(hù)界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值，觀(guān)察輸出量和模擬真實(shí)儀表。 框圖是定義 VI 功能的程序源代碼，一個(gè)程序前面板對(duì)應(yīng)一段程序框圖。其中圖框可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令；端口可以完成前面板的控制、顯示以及傳遞數(shù)據(jù)；連線(xiàn)代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，可以定義框圖中的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向；節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)函數(shù)及功能調(diào)用。圖標(biāo)是 VI 的圖形化表示，包含文字、圖形或是圖文組合，當(dāng)把一個(gè) VI 作為子 VI 使用時(shí)，在程序框圖上會(huì)出現(xiàn)代表該子 VI 的圖標(biāo)，通過(guò)雙擊圖標(biāo)對(duì)子 VI 進(jìn)行編輯。 LabVIEW 通過(guò)圖形符號(hào)描述程序行為，代替了復(fù)雜難懂的語(yǔ)法規(guī)則，減輕了用戶(hù)負(fù)擔(dān)，提高了編程效率。 ② 具有高效性，以功能強(qiáng)大的 LabVIEW 為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能輕松解決數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析、文件管理、數(shù)學(xué)運(yùn)算等。 ④ 具有開(kāi)放性、可擴(kuò)展性，升級(jí)維護(hù)方便。⑥ 具有較高的性?xún)r(jià)比，可以一機(jī)多用。、LabVIEW 各種通信方式介紹與實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)通訊是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展特別是計(jì)算機(jī)間通信需求而新興的一種技術(shù)。20共享變量是 LabVIEW 為簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)編程邁出的巨大一步通過(guò)共享變量用戶(hù)可以在不同計(jì)算機(jī)上的 Vl 之間、本地不同 Vl 之間或同一個(gè)程序框圖的不同循環(huán)之間交換數(shù)據(jù)。針對(duì)不同的應(yīng)用和不同的層次,LabVIEW 提供了多種網(wǎng)絡(luò)通信供用戶(hù)靈活選擇，LabviEW 中的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),包括共享變量 TCP 協(xié)議、IP 協(xié)議、UDP 協(xié)議、ICMP 協(xié)議遠(yuǎn)程面板調(diào)用等。TCP/IP 協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)連接最基本的協(xié)議,是一種面向連接的協(xié)議,允許從一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無(wú)差錯(cuò)的發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他計(jì)算機(jī)共分為四層:鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。TCP 是全雙工通訊方式,如果在主機(jī) A 和主機(jī) B 之間有連接,A 可以向 B 傳輸數(shù)據(jù),而 B 也可以向 A 傳輸數(shù)據(jù) TCP 也是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸協(xié)議,但不支持多目標(biāo)廣播。UDP 獲得數(shù)據(jù)單元與 TCP 不同,UDP 不提供數(shù)據(jù)的分組和組裝,也不提供對(duì)數(shù)據(jù)的排序,這就意味著 UDP 提供的不是面向連接的!可靠的數(shù)據(jù)傳輸,而是面向操作的；不可靠的數(shù)據(jù)流傳輸,應(yīng)用程序必須自己確定信息是否完全正確地到達(dá)目的地。21通過(guò)上述五種通信方式的比較,通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院途幊痰墓ぷ髁縼?lái)看,Datasocket 通信方式是比較適合水輪發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性較好但是對(duì)于某些普通用戶(hù)無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,只需要對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),比較而言通過(guò)遠(yuǎn)程 Vl 面板連接通信方式是比較理想,即可滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)機(jī)組的監(jiān)測(cè)也無(wú)需對(duì)操作進(jìn)行屏蔽。用戶(hù)可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理,通過(guò)廠(chǎng)內(nèi)光纖連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器上,再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程用戶(hù),遠(yuǎn)程不同類(lèi)型的用戶(hù)根據(jù)不同需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理等操作。(2) 若上位機(jī)需要其它數(shù)據(jù)，則須由上位機(jī)發(fā)呼叫命令，待下位機(jī)應(yīng)答后，再發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令，下位機(jī)接到該命令后執(zhí)行相應(yīng)的操作。 數(shù)據(jù)的采集 數(shù)據(jù)采集是測(cè)試系統(tǒng)最主要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是虛擬儀器的重要組成部分?？刂破魍ǔＳ捎?jì)算機(jī)來(lái)承擔(dān)，計(jì)算機(jī)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它控制整個(gè)系統(tǒng)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。其中，傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因其產(chǎn)生的電信號(hào)一般不能直接輸入到 PC，所以必須經(jīng)過(guò)調(diào)理才能被數(shù)據(jù)采集設(shè)備可靠、精確地采集。數(shù)據(jù)采集卡將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可識(shí)別分析的數(shù)字信號(hào)。23 圖 33 水力參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前面板 程序前面板分為輸入?yún)^(qū)域、顯示區(qū)域和操作區(qū)域等幾部分。 ② 顯示區(qū)域 顯示區(qū)域包含數(shù)值顯示區(qū)域和曲線(xiàn)顯示區(qū)域，數(shù)值顯示區(qū)域以數(shù)字形式實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，包括水輪機(jī)組的流量、工作水頭和發(fā)電機(jī)的有功功率，波形顯示區(qū)域以曲線(xiàn)形式直觀(guān)反映水輪機(jī) Q、H、Pg 的變化趨勢(shì)；通過(guò)計(jì)算得到的水輪機(jī)效率和水輪機(jī)出力利用儀表指針形式顯示。 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。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(kù)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(cè)時(shí)留下的數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn) 采用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)的虛擬儀器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將獨(dú)立的系統(tǒng)集成化，方便用戶(hù)使用一套系統(tǒng)完成多項(xiàng)功能。 集成后的水力機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的程序前面板和程序框圖如圖 36 和圖 37 所示。在事件結(jié)構(gòu)中，共設(shè)置了 5 個(gè)分支，從 Case0 到 Case4。 在程序框圖中使用了平鋪的順序結(jié)構(gòu)，以便程序在開(kāi)始運(yùn)行時(shí)初始化各個(gè)指示燈，保證用戶(hù)正確操作。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái) 本文的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用的是 MicrosoftAccess 2022，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(kù)管理27系統(tǒng)（RDBMS） 。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(hù)訂單數(shù)據(jù)，還可以對(duì)大量科研數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理。與其他數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)格式、支持長(zhǎng)文件名、可應(yīng)用于客戶(hù)/服務(wù)器方式、具有 Web網(wǎng)頁(yè)分布功能、操作簡(jiǎn)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(xún)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。 ② 利用 LabVIEW 提供的 ActiveX 功能，調(diào)用 MicrosoftADO 控件，通過(guò) SQL 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。③ 利用其它語(yǔ)言如文本語(yǔ)言 Visual C++等編寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的 DLL 程序，28再通過(guò) LabVIEW 中自帶的與其他應(yīng)用程序的接口訪(fǎng)問(wèn)該程序，從而實(shí)現(xiàn)間接地訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，但是這種方法所需編程的工作量比較大。LabSQL 通過(guò) MicrosoftADO 以及 SQL 語(yǔ)言完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)，將復(fù)雜的底層 ADO 以及 QL 操作封裝成一系列 LabSQL VIs，簡(jiǎn)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(kù)。目前所用版本是 LabSQL Release 。LabSQL 操作簡(jiǎn)單，易于理解，對(duì) SQL 語(yǔ)言不熟悉的用戶(hù)也能很容易使用，只需要簡(jiǎn)單的編程就可以在 LabVIEW 中訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種操作，如查詢(xún)、刪除、修改記錄等。 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(kù)中的某個(gè)參數(shù)進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮?。Recordset VIs：完成數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)記錄的各種操作，如創(chuàng)建或刪除某條記錄，或是對(duì)記錄的某個(gè)條目進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌?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。DSN 的具體創(chuàng)建步驟如下：① 在 Windows 操作界面上，單擊 “開(kāi)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(duì)話(huà)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(duì)話(huà)框； 圖 4—4ODBC 安裝對(duì)話(huà)框 ③ 在圖 44 所示的對(duì)話(huà)框中的“數(shù)據(jù)源名”一欄中添加一個(gè) DSN 名稱(chēng)，如“MyDB” ，單擊“選擇”按鈕，在彈出的“選擇數(shù)據(jù)庫(kù)”對(duì)話(huà)框中選擇要訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，單擊“確定”按鈕，即完成了對(duì) DSN 的設(shè)置。具體流程如圖 46 所示。見(jiàn)表 47，48 。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(kù)設(shè)計(jì) 當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)包括試驗(yàn)信息檢索表和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表，見(jiàn)表 49, 410 ， 。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表的34關(guān)鍵字由信號(hào)索引和信號(hào)名構(gòu)成。 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(kù)設(shè)計(jì) 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)用于集中保存在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和離線(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其表單由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的表單共同構(gòu)成。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(shuō)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。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(xiàn)程的操作系統(tǒng)，本系統(tǒng)選用操作簡(jiǎn)單靈活、圖形用戶(hù)界面友好豐富的 Windows XP 操作平臺(tái)。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)除了強(qiáng)調(diào)開(kāi)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(yǔ)言 LabVIEW 作為應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)工具。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖 47所示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下幾種功能： （1）可同時(shí)對(duì)多臺(tái)運(yùn)行水電機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)或單獨(dú)對(duì)某臺(tái)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 （2）在控制面板上對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示，可使運(yùn)行人員隨時(shí)了解水力參數(shù)的變化趨勢(shì)，準(zhǔn)確掌握水力機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。第 5 章 展望與總結(jié) 展望 以計(jì)算機(jī)為主控單元，結(jié)合數(shù)據(jù)采集硬件，以 LabView 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的水電站監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)軟件定義系統(tǒng)功能，系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和顯示，而且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析以及各種曲線(xiàn)的繪制和打印報(bào)表等功能。利用虛擬儀器技術(shù)，用戶(hù)可以自由定義,自由組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件，可以根據(jù)系統(tǒng)功能隨時(shí)增添模塊,即可以方便地對(duì)其進(jìn)維護(hù)、擴(kuò)展、升級(jí)，有較大的靈活39性和廣闊的應(yīng)用前景。由于時(shí)間的關(guān)系,沒(méi)有優(yōu)化功能,深為遺憾。在水電站水力機(jī)組運(yùn)行參數(shù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在線(xiàn)采集、數(shù)據(jù)管理、相關(guān)分析、通道設(shè)置、結(jié)果分析五部分組成。 本文主要成果如下： (1)采用虛擬儀器的概念，組建了數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)硬件，經(jīng)誤差分析,該系統(tǒng)硬件的精度滿(mǎn)足水電站監(jiān)控系統(tǒng)精度的要求。 (3)為了滿(mǎn)足對(duì)水電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析的需要，詳細(xì)分析并設(shè)計(jì)了水電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)不同存儲(chǔ)方法進(jìn)行分析對(duì)不同的功能選擇合適的存儲(chǔ)方式。 40 致 謝 本文的工作是在曾宇露老師的悉心教誨和指導(dǎo)下完成的。在此向她表示深深的敬意和衷心的感謝。41他們的幫助和啟發(fā)，使我獲益匪淺。 最后，衷心感謝我的家人多年來(lái)對(duì)我的關(guān)心、愛(ài)護(hù)和支持。 參考文獻(xiàn)，水電廠(chǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)視與控制，中國(guó)電力出版社，2022，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[M]，武漢水利電力出版社，2022，虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計(jì)[M]，北京：電子工業(yè)出版社 202