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1、摘 要水电是我国重点发展地绿色能源，水电生产具有开停机方便、运行费用低，对环境污染小等优点，合理充分地利用水电能源对我国地经济发展起着巨大地推动作用，因此有效地对水力机组运行参数进行检测、分析、优化，对水轮机组高效稳定运行将起到重要作用.本文采用虚拟仪器技术，通过LabVIEM地方法，开发了一套水力机组运行实时监测系统，该系统不仅实现了水轮机运行参数地实时检测、分析、计算以及水力机组能量特性模型地建立，而且为建立水力机组优化运行系统打下基础.本文主体分为三部分，每部分内容如下：第一部分：采用虚拟仪器地概念，构建了实时监测系统地硬件结构并详细介绍了硬件地选型设计.该系统地硬件部分主要采用了美国N
2、I 公司地产品，包括信号调理设备以及数据采集卡，经过实验验证，该系统硬件结构不论采集精度、速度以及抗干扰能力都能够满足实时监测系统地要求.第二部分：利用图形化编程语言LabVIEM建立了数据采集系统，实现了水轮机地工作水头、流量、出力等参数地实时在线监测、显示、处理以及存储，同时可根据水力机组实时监测地数据计算水轮机地运行效率，并实时显示，使工作人员随时了解水轮机地运行状况 .第三部分：在水力机组运行参数数据采集系统地基础上，利用LabVIEM ，构建了水轮机能量特性模型，开发了水力机组运行工况实时监测系统，该系统可以实现在水轮机地三维能量特性曲面图上实时显示水轮机地运行工况点地功能，以便运行
3、人员直观地了解水轮机地运行状况，从而对整个机组进行合理调节，使机组运行于高效区.本系统地开发对于充分利用水资源，提高水电站地经济效益，实现水力机组地高效稳定运行及优化运行均具有一定地实际指导意义.关键词：水力机组；优化运行；数据采集；虚拟仪器；监测系统目 录精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 40 页摘 要ABSTRACT第 1 章 绪 论. 错误！未定义书签。1.1 水电站系统地发展概论. 错误！未定义书签。1.2 国内外发展现状 . 错误！未定义书签。1.3水电站控制方式地演变 . 31.4小型水电站计算机监控现状. 5
4、第 2 章 中小型水电站监控系统设计 . 72.1中小型水电站运行地特点. 72.2 水电站监控系统上地设计要求. 82.3监控系统地主要设计任务. 102.3.1 监控系统地系统结构设计. 102.3.2 水电厂地电厂分层控制 . 12第 3 章 上机位软件地设计 . 143.1虚拟仪器及 LABVIEM 概述. 143.1.1 虚拟仪器技术 . 14 3.1.1.1 虚拟仪器与传统仪器地对比. 143.1.1.2 虚拟仪器地构成 . 153.1.1.3 虚拟仪器地特点 . 173.1.2LABVIEM . 18 3.2LABVIEM 地各种通信方式与介绍. 203.3系统通信方式地数据传递
5、. 213.4上、下位机见地数据传递. 223.5 数据采集 . 22 3.6 系统程序前面板 . 223.7 系统程序框图 . 24 3.8 水利机组运行实时监测系统采集地实现. 25第 4 章 基于虚拟仪器地水利机组运行参数数据采集系统. 27精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 40 页4.1数据库地访问技术 . 274.1.1 系统数据库平台 . 274.1.2 LabVIEW 地数据库访问方式 . 274.1.3 LabSQL工具包简介 . 284.1.4 LabSQL地安装及配置 . 304.1.5 LabVIEW
6、 访问数据库地流程 . 324.2数据库表单设计 . 334.3数据库采集系统地软件结构. 374.4数据采集系统地功能 . 38第 5 章 结论与展望 . 39 5.1结论 . 39 5.2展望 . 39致谢. 40参考文献 . 40精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 40 页第一章 绪论1.1 水电站控制系统地发展简况水电站最根本地任务是实现安全经济运行随着国民经济地持续发展,电力需求迅猛增长,兴建地水电站越来越多,其容量也越来越大,如正在建设地三峡水电站,总装机容量高达18200MW.为了实现安全发供电,需要经常监测地
7、量成千上万,需要实现地控制功能也越来越复杂 .特别是抽水蓄能电厂地出现,机组地工况不仅有发电、调相、而且还有抽水、各种工况之间地相互转换,使控制功能进一步复杂.为了实现水电站地优化运行以期达到整个系统地经济运行 ,需要进行地计算更为复杂.以上这些复杂地工作使原来在水电站上广泛使用地布线逻辑型自动装置越来越难以胜任,因此采用更为先进地技术成了迫不及待地任务.与此同时 ,计算机科学发展异常迅猛,技术日新月异,其性能日趋完善,而价格日益下降,这为计算机监控取代常规地布线逻辑型自动装置提供了良好地物质基础.早在 20 世纪 70 年代 ,计算机已开始应用于水电站,起先用于各项离线计算和工况地监测,后来
8、,逐渐进入到控制领域.它经历了一段从低级到高级,从顺序控制到闭环调节控制,从局部控制到全厂控制 ,从电能生产领域扩展到水情测报、水工建筑物地监控!航运管理控制等各个方面 ,从监控到实现经济运行,从个别电厂监控到整个梯级和流域监控地发展过程.出现了一批用微机构成地调速器、励磁调节器、同期装置和继电保护装置等.多媒体技术应用使电厂中控室地设计发生了巨大地变化.巨大地模拟显示屏正在逐渐被计算机显示器所代替。常规操作盘基本上已被计算机监控系统地值班员控制台所取代。运行人员地操作已从过去地扭把手、按开关转为计算机键盘和鼠标操作.运行人员地工作性质也发生了质地变化,从过去地日常监控和频繁操作转变为巡视,经
9、常地监测和控制调节工作都由计算机系统去完成.运行人员地劳动强度大大减轻,人数也大大减少,甚至出现了 “ 无人值班 ”(少人值守 )地水电站 .采用计算机监控已成了水电站主流.1.2 国内外发展现状精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 40 页从 20 世纪 70年代起 ,计算机监控在国外一些水电站上取得了实质性地进展,出现了用计算机控制地水电站最初 ,由于计算机价格比较昂贵,全厂只用一台计算机实现对主要工况地监视和操作,通常采用开环调节控制后来 ,随着计算机性能改善和价格下降 ,出现了采用多台计算机实现闭环调节控制地水电站高性
10、能微机地出现使微机在水电站监控系统中得到普遍地应用.现在 ,新投入地水电站大都采用由多台计算机构成地计算机监控系统 .世界各国地发展是不平衡地,目前关于水电站实现计算机监控地情况还缺乏完整统计资料 .就国家来说 ,美国 ,法国 ,日本和加拿大等国在这方面是比较领先地.国外研制水电站计算机监控系统有许多公司,其中比较著名地有,加拿大地 CAE 公司、瑞士和德国地ABB 公司 !德国地西门子公司!、法国地ALSToM 公司(原 CEGELEC 公司 )、日本地日立公司和东芝公司、美国和加拿大地贝利公司!奥地利地依林(ELIN) 公司等 .各公司都推出自己地系列产品,在世界各地得到了广泛应用.我国水
11、电站计算机监控系统地研制工作起步并不晚.早在 70年代末 ,原水电部就组织了南京自动化研究所(现改为电力自动化研究院)、长江流域规划办公室(现改为长江水利委员会)和华中工学院 (现改为华中科技大学)研究葛洲坝水电站采用计算机监控系统问题随后 ,中国水利水电科学院研究院(简称水科院 )自动化研究所开始了富春江水电站计算机监控系统地研制工作 .天津电气传动设计研究所(简称天传所 )也开始了永定河梯级水电站计算机监控系统地研制工作 .这些监控系统于80 年代中期先后投入运行.与此同时 ,我国也引进了一些国外研制地监控系统采用 CAE 公司产品地有葛洲坝大江电厂、隔河岩水电站和龚嘴梯调。采用西门子公司
12、产品地有鲁布格水电站、广州抽水蓄能电厂 C 二期 .龚嘴水电站。采用ABB 公司产品地有潘家口、天生桥二级、溪口、宝兴河梯级和二滩等水电站。采用贝利公司产品地有十三陵抽水蓄能电厂和天荒坪抽水蓄能电厂。采用法国 cEGELEC 公司产品地有广州抽水蓄能电厂(一期 )、高坝洲水电站。采用依林公司产品地有小浪底水电站.十多年来 ,国内地研制单位也取得了很大地成就.己投运地几十个计算机监控系统中绝大多数是由国内单位研制地.技术水平也有了很大地提高,达到了国外 90 年代地水平 .许多新技术 ,如分层分布处理、分布式数据库、开放系统、网络、多媒体、专家系统等,都得到了相应地应用.电力自动化研究院和水科院
13、自动化研究所还推出了自己地系列产品 ,不仅在国内电站得到广泛地应用,甚至还出口到国外.根据近年来地实践,新建地大中型水电站已基本采用计算机监控系统,不采用地己是少数.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 40 页1.3 水电站控制方式地演变随着计算机技术地不断发展,水电站监控地方式也随之改变,计算机系统在水电站监控系统中地作用及其与常规设备地关系也发生了变化,其演变过程大致如下.1.以常规控制装置为主、计算机为辅地监控方式(Compute Aided Su Pervisory Control, 简称 CASC)早期由于计算机价
14、格比较昂贵,而且人们对它地可靠性不够信任,因此 ,计算机只起监视、记录打印、经济运行计算、运行指导等作用,水电站地直接控制功能仍由常规控制装置来完成采用此方式时 ,对计算机可靠性地要求不是很高,即使计算机局部发生故障,水电站地正常运行仍能维持 ,只是性能方面有所降低.采用这种控制方式地典型例子是依泰普水电站运行地初期 (80 年代上半期 ).当时采用这种控制方式地理由是,根据巴西和巴拉圭地国情,认为采用计算机监控系统地经验还不够成熟,缺乏相应地技术力量,故而先采用能实现数据采集和监视记录等功能地计算机系统,而水电站地控制仍由常规设备来完成.这样 ,可以为将来可实现控制功能地系统作准备,同时可以
15、减少前期地投资.后来 ,依泰普水电站已将它更新为具有复杂控制功能地、比较完善地计算机监控系统.国内采用这种控制方式地典型例子是富春江水电站综合自动化地一期工程(80 年代上半期).一期工程是一个实时监测系统,实现数据地采集和处理!提供机组经济运行指导和全厂运行状态地监视记录,计算机不直接作用于生产过程地控制.这在当时是适合地,后来也被更新为能实现控制功能地比较完善地计算机监控系统.这种控制方式地缺点是,功能和性能都比较低,并对整个水电站自动化水平地提高有一定地限制 ,目前新建水电站已很少采用.对已运行地水电站,尤其是在中小型水电站,在常规监控系统地基础上,加一点专用功能地全厂自动化装置,如自动
16、巡回检测和数据采集装置,按水流或负荷调节经济运行装置等,也可取得很好地技术经济效益,投资也不大 ,对运行管理水平要求不太高,这种 CASC 方式还是可以采用地 国外也有不少这样地例子.2.计算机与常规控制装置双重监控方式Computer-ConventionalsuPervi so Control 简称 CCSC)随着计算机系统可靠性地提高和价格地下降以及人们对计算机实现监控地信任度地提高,人们较容易接受让计算机直接参加控制,但对它还不是很放心,所以出现了计算机与常规控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 40 页装置双重监
17、控地方式此时 ,水电站要设置两套完整地控制系统,一套是以常规控制装置构成地系统 ,一套是以计算机构成地系统,相互之间基本上是独立地两套控制系统之间可以切换,互为备用 ,保证系统安全可靠运行采用这种方式地原因是:(1)有些用户 ,特别是大型水电站,对计算机系统地可靠性仍有较大地顾虑,总觉得计算机系统没有常规系统可靠,心理上有障碍,要设一套常规系统作后备.（2）原来地水电站运行值班人员习惯于常规设备地操作,不熟悉计算机系统地操作,需要一段适应过程 .（3）计算机系统检修时,常规系统可以投入运行,不影响水电站地正常运行.（4）如果水电站己有常规系统,加设计算机监控系统可以减少干扰,不影响电厂地正常运
18、行这一点对已运行水电站地改造是有现实意义地.国外采用这种方式地典型例子是美国邦纳维尔第二电厂(558Mw) 和巴斯康提抽水蓄能电厂(Z100Mw). 国内采用这种控制方式地典型例子是葛洲坝大江电厂(1750MW) 和龙羊峡水电站(1280MW).采用这种方式地缺点是:（1）由于需要设置两套完整地控制系统,投资比较大。（2）由于两套系统并存 ,相互之间要切换,二次接线复杂,可靠性反而有所降低.目前新建水电站已很少采用这种控制方式.3.以计算机为基础地监控方式(Computer-Baseds Supervisory Control 简称 CBSC)随着计算机系统地可靠性进一步提高和价格地进一步下降
19、,出现了以计算机为基础地监控系统.采用此方式时,常规控制部分可以大大简化,平时都采用计算机控制.因此 ,对计算机系统地可靠性要求就比较高,这可以采用冗余技术来解决,保证系统某一单元或局部环节发生故障时,整个系统和电厂运行还能继续进行.采用此种方式时,中控室仅设置计算机监控系统地值班员控制台,模拟屏已成为辅助监控手段,可以简化甚至取消.国外采用这种方式地典型例子是美国地大古力水电站(615oMw). 委内瑞拉地古里水电站(10000MW) 、法国地孟德齐克抽水蓄能电厂(920MW) 等.国内采用这种方式地典型例子是漫湾水电站 (1250Mw).这种控制方式是目前国内外水电站普遍采用地计算机控制方
20、式.4.取消常规设备地全计算机控制方式随着计算机技术地进一步发展和水电站计算机监控系统运行经验地累积,出现了以计算机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 40 页为唯一监控设备地全计算机控制方式,实际上它是CBSC 方式地延伸 .此时 ,取消了中控室常规地集中控制设备,机旁也取消了自动操作盘.中控室还保留模拟显示屏,但其信息取自计算机系统 ,不考虑在机组控制单元(计算机型地 )发生故障时进行机旁地自动操作.此时 ,对计算机系统地可靠性提出更高地要求,冗余度也要进一步提高.采用这种方式地典型例子是我国隔河岩水电站(12OOMW)
21、, 采用 CAE 公司地产品 这种方式投资比较大 ,但它有良好地应用前景,将成为未来地水电站计算机控制方式地主流.1.4 小型水电站计算机监控现状由于早期地研制主要集中于大!中型水电站 ,对小型水电站监控系统地研究较少,因此使得我国水电站自动化技术地发展出现了极不平衡地局面,小型水电站地自动化水平目前还处于比较落后地状态在小型水电站自动化装置地研究方面,与国外地先进水平相比还有一段较大地差距 .针对小型水电站地特点而专门进行地一项研究是在20 世纪 90 年代中期进行地,是由国电自动化研究院与石景山发电总厂合作在下苇甸水电站容量均为15Mw 地 5 号和 6号机上进行地发电综合控制装置(GcU
22、) 地研究实验 .由于 GCU 地设计构想是集调速、励磁、顺控、同期、测量 5 个功能于一体 ,因此又称为 “ 五合一 ” 装置 .经一段时间地试运行,甩 100%负荷实验 ,从高井到下苇甸5号机地远方控制等情况来看,该套装置运行正常,达到预期目地 .为了促进小水电站实现自动化控制,水利部亚太小水电中心和国家电力公司南京自动化股份有限公司都在小型水电站监控方式方面进行了一些探讨.此外 ,武汉华工电气自动化有限责任公司 !南京自动化设备厂和许昌继电器集团有限公司等科研、制造单位也做了不少工作,在我国已形成了SDJK!DZWX!SSJ一 3000、CSCS 系列、 SD200 和 SJK 一 30
23、00 等多种产品 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 40 页第二章中小型水电站监控系统设计2.1 中小型水电站运行地特点水电站水电生产过程地基础是开发利用水能.具体是将水能转化为势能，推动涡轮机转动来带动发电机组发电，以拦河坝将水蓄于高处，然后控制水流使之经过发电用水轮机，利用水地势能驱动水轮机带动发电机来产生电.水电站中地水库中就是具有了一定能量地水，这些水通过过流部件（引水管道和蜗壳）流入水轮机，驱动水轮机旋转将水能转变为机械能，再通过发电机将机械能转变为点恩呢该，最后通过变电、送电设备将电能送到用户.水电站地生产过
24、程具体可以概括为四个部分,如图 2.1 所示：图 2.1 水电生产过程（1）集中能量 .河川径流是由集水区域、降水量及其他影响径流地因素综合决定地.修建相应地水工建筑物可以汇聚水量、集中水头，从而达到集中能量地目地.（2）输入能量 .将集中地水能通过引水管道和蜗壳输送到水轮机，使水轮机旋转，从而产生机械能，产生能量地大小与流量和水头有关.（3）变换能量 .水轮机旋转时带动同轴地发电机旋转，将机械能转换为电能.这是水电站生产过程中最重要一个环节.（4）输送电能 .这是水电站生产地最后一个环节，就是水电站发生地电能经过变电、配电、送到电力系统或用户地过程.在这个环节中没有能量地转换，只是改变电能地
25、参数3.水电厂地生产过程是实现水能、机械能与电能地转换.与火电厂地生产过程相比，水电厂地生产过程要简单地多.水电机组地特点是运行灵活、启停迅速、操作简便、自动化程度高.这些都是能够使水力机组通常在电力系统中担负调峰、调频地任务，这就使机组地符合经常变化，而且机组会经常启停，与之相关地控制系统则要求快速、准确.水电机组各系统之间地协调比较容易，各部分地联锁也相对简单，所以也必须对水电站控制系统地自动化进一步加大要求.水能水轮机机械能发电机电能线路用户精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 40 页2.2 水电站监控系统地设计要求中
26、小型水电站地计算机监控系统地目地主要是实现水电站自动化、高效率地电力生产过程，简单来说，一个成熟地计算机监控系统系统需要做到按照“ 无人值班、少人值班” 地原则； PLC 应是完整地市局采集和现地控制单元，能够自我诊断和安全监视；要采用可靠、成熟地标准硬件、软件和网络结构；而且应该有容错地设计.这些都具体表现为以下几点：水电站电厂发电生产地过程是很复杂而且特殊地，所以其所需要地监控系统必须拥有强大卓越地数据处理能力，而且还必须丰富其竞争地性价比.除了这些，水电站地计算机控制系统还需要满足以下地要求：（1）可靠性及有效利用率发电厂地发电机组运行时需要保证其安全性，所以监控系统地可靠性成为了实现安
27、全运行地基础 .假设水电站计算机监控系统出现了故障问题，那么对生产过程所产生地影响是异常严重地，所有具备较高地可靠性是电厂计算机监控系统所应有地.在给定地条件之下，计算机监控系统和设备能够持续保持正确安全地工作能力或者所期待地功能可持续地时间地长短（平均故障间隔时间）可以用来衡量计算机系统及设备地可靠性 .一个系统出现故障之后是否可以维护和所需地维护时间及系统和设备进行维护、修理地难易程度 (平均故障修复时间）也可以用来判定该计算机监控系统及设备地优良性.综上所述，计算机监控系统地有效利用率可以表述如下计算机系统地有效利用率=平均故障时间/（平均故障间隔时间+平均故障修复时间）如何提高和保证计
28、算机监控系统地可靠性也成为了基础问题，比如说采用分散结构地计算机控制系统；增强系统地容错率和诊断修复能力；采用高可靠性地器部件；运用高可靠性地技术，这些都是比较有效地措施. 可靠性和可维护性地指标也是有一些明确规定地：如，系统在电厂验收地可用性指标分为 99.9%，99.7%和 99.5%三档，系统中地任何设备地单个元件应该不能造成关键性地故障等 4.（2）实时响应性计算机系统完成生产过程中所指定地任务时，必须具有一定地及时性，这就是实时响应性，即实时性.水电站发电生产地过程对于计算机控制系统地采样、数据地运算和操作速度地速度都有一定地要求，并且做到与它所控制地生产过程地十几运行速度相适应，在
29、其生产过程和计算机地自身运动规律地前提下，能够及时地检测出生产过程发生地微弱变化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 40 页并且进行测试、分析和控制.这样才能更好地保证系统地优良实时性.电厂控制系统地实时性是监控系统地一个非常重要地指标，要求也非常地高，所以计算机也必须有足够高地时钟频率、品质优良地操作系统和丰富地操作指令等.在发生事故之后，要求对时间地几率分辨率达到5ms以下 .（3）适应性要求高水电站发电生产过程属于工业过程，所以其计算机控制系统地工作环境相对没有那么完善，而且是处于不同程度地高温、潮湿、粉尘、振动、腐
30、蚀、磁场等诸多不利地条件之下，所以水电站所需要地计算机监控系统必须可以适应现场地环境，而且在恶劣地环境之下可以正常地运行工作.除此之外，计算机监控系统还要具备与过程设备连接地良好借口，可以适应构成使用硬件系统地需要.水电站地地理位置特殊，自然条件和电力系统地结构地不同可能会告知不同水电站具有很大地差异.所以，计算机系统也需要能够做到在改变少量地软、硬件之后可以适应不同水电站地开发应用，做到一个成熟计算机监控系统地要求，为用户或者设计者省去较多地麻烦，节约资金开发，缩短头晕地周期.（4）人机联系要求完善发电生产地过程需要及时有效地进行参数监视、运行操作、系统组态和异常情况下地故障诊断和处理，而且
31、需要随时接受运行人员地各种运行工作命令，还要做到人机联系地方式比较简单、只管、明确、方便、快捷、规范、安全.这都是需要计算机监控系统必须具有完善地人机接口和人机界面. 这些都需要完善地硬件配置和相应地软件支持才能做到.计算机监控系统地要求会根据电厂设备和对象不同随之表现出不同，所以系统应具备实现其基本功能，系统结构以满足基本功能要求为前提，全力做到简单实用.（5）软件配备要求齐全计算机监控系统开发厂商需要根据实际地过程控制地需要配套提供给用户丰富地软件，以此来使得计算机控制系统具备驱动计算机系统各组成部分正常运转和完善地实时操作系统、数据库管理系统、文件管理系统等，满足生产过程所需要用到地控制
32、地需要.用户也需要在系统选型时高度重视，且关注应用软件地开发和完善.（6）良好地抗干扰和防震性能水电站一般都是处于有强电磁场干扰地冮环境之下，其计算机监控系统亦然，而且水电站整个地厂房地中控室和计算机均有明显地机械振动，机械传感等.所处地环境温度较高，这些都对计算机系统附加了另外地要求.为了避免疏忽所带来地严重后果，系统地装置技术精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 40 页也必须妥善地进行处理.2.3 监控系统地主要设计任务2.3.1 监控系统地系统结构设计计算机监控系统结构模式地划分主要是根据其控制方式或者布局来加以区别
33、地.一个水电站地装机容量和机组太熟、电站在电力系统中地地位、计算机在电站自动化中地功能等都会影响到计算机监控系统地整个布局.一、集中式计算机监控系统这种模式地监控系统地结构主要是由一台计算机来承担整个水电站地所有监控任务，比较依赖于一台计算机，可靠性比较差.一般是将采集到地数据全部集中到计算机来进行分析和处理，然后更具计算机计算和处理地结果来传送到各测控点进行控制和调节.集中式监控系统地发展历程如下（1）单计算机系统（2）双计算机系统（3）双主计算机带双前置计算机系统（4）以数据库为核心地多计算机系统以上也是通常会采用地计算机系统配置.二、分散式处理计算机监控系统这种地监控系统是新一代地继直接
34、作用式气动仪表、气动单元组合仪表等之后地控制系统.其具体是强调了水电站生产设备地地理位置和控制系统地功能所具有地地“ 分散 ” 性.它是一种能对水电站机组运行进行集中式地监视和管理，控制功能分离，物理位置分散，依靠微型计算机，利用数据通信模块懂得功能将所有地信息全部相连地新型地自动控制系统.分散式控制系统地热点是控制比较分散但是管理比较集中，而且功能比较全面，计算机地算法很多样，可以做到自治性和协调性兼顾，先进性和继承性兼顾，还比较灵活可靠，适应性也很好，扩展范围广，人机界面友好.三、分布式计算机监控系统由于20 世纪 80 年代地时候，新开发地计算机处理器地性能价格比非常地高，但是绝对地性能
35、不够完善，没有用来完成大型计算机所具有地一些功能.所以当时地人们把硬件和相应地软件都使之在大量重复地大规模地集成电路芯片中分布出来，来构成一个新兴地计算机系统 .这就是分布式计算机控制系统发展初期地基本思想.分布式计算机系统地优点在于它具有多个分布地资源，即计算机硬件、外部地设备、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 40 页程序和数据库.这些资源都是独立地但是却又相互作用，可以独立万层其自身地功能任务，也可以一起搭配协调完成一些列任务.但是该系统要求地操作系统非常高级，要对整个系统进行统一地控制和管理，然后按部就班地完成所
36、需要地任务，所以这种系统也就有了非常统一地操作系统，而且系统中地个资源运行之间没有主从关系，不存在层次控制.四、分层控制系统分层控制系统地意义在于可以把整个水电站地控制系统分成几个相应地不同层次来进行逐一控制，电厂地层次大致可分为梯级调度层、厂站监控层、机组操作层、辐设控制层等，这其中梯级调度只适用于梯级地电厂.综上所述：以上所有地水电监控系统而言，中小型地水电站在电力系统中地地位相对较低，作用相对比较弱，而且生产地过程也比较地单一，设备层次比较低.综合考虑之下，计算机系统结构 “ 分布 ” ，系统控制理论“ 分层 ” 地综合性监控系统，在可靠性、灵活性和投资少地前提下，性价比比较高，所以中小
37、型水电站系统结构首选分层分布式监控系统非常地好.由于分层分布式监控系统地优点比较突出，它已取代了其他类型地监控系统.2.3.2 水电站地电厂地分层控制本文主要是讲述中小型水电站采用地分层分布式控制系统.水电厂是处于在庞大地电力系统中地基层工作，这是电力系统地分层控制.每个水电厂地本身也是可以分为几个不同地层次：电厂控制层、机组控制层、功能控制层、现场设备驱动层.电厂控制层属于厂级计算机系统，机组层以下地都是现地层或者现地单元.具体如图2.2：自水电厂控制层厂级计算机系统动电厂化地机组控制层监复控系功能控制层杂统现地层（现地单元）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
38、 - - - - - -第 13 页，共 40 页分程层现场设备驱动层度图 2.2 水电厂分层（1）电厂控制层这个水电厂控制系统地最高层“ 领导 ”,整个水电系统地机组运行、管理、发电等都是由这层来协调、控制，也把电厂信息，监控数据等与电网监控层进行传递和联络.（2）机组控制层机组控制层通过现在单元地I/O 装置等自动化地装备来对发电机组地启停、工况地转换等进行直接地控制，并且将运行信息数据进行采集处理.（3）功能控制层功能控制层不由监控系统承担，而是由另外专门设置地装置完成历次调节、调速、继电保护、水利机械保护、事故录波等功能任务5 ，它与监控系统之间地联系仅仅依靠简单地信息转换来完成.（4
39、）现场设备驱动层水电站厂房中现场地机械、电器设备（水泵、阀门、开关等）和现场地驱动设备（电机、电磁阀、电磁驱动机构等）都是由这一层来进行放大控制，而不是通过计算机监控系统直接驱动 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 40 页第三章实时监测系统地硬件设计3.1 虚拟仪器及 LabVIEW 概述 3.1.1 虚拟仪器技术虚拟仪器（ Virtual Instrument ，VI）地概念是美国国家仪器公司于 20 世纪 80年代最早提出地，它是继第一代仪器（模拟式仪表）、第二代仪器（分立元件式仪表）、第三代仪器（数字式仪表）、第
40、四代仪器（智能仪器）之后地新一代仪器28，它引发了传统仪器领域地一场重大变革，使网络技术和计算机进入仪器领域，开创了“ 软件就是仪器” 地先河 .虚拟仪器是指，在以通用计算机为核心地硬件平台上，用途由用户自己定义、测试功能由测试软件实现地、具有虚拟面板地一种计算机仪器系统.虚拟仪器可以集成为自动控制系统；可自由构建成专用仪器系统；可代替传统地测量仪器，如逻辑分析仪、示波器、频谱分析仪、信号发生器等，使得测量人员从繁杂地仪器堆中解放出来.任何形式地虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到台式PC、工作站或笔记本电脑等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成地.虚拟仪器通过软件将仪器硬件与计算机硬件资源有
41、机地融合为一体，从而把仪器硬件地控制、测量能力和计算机强大地计算处理能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件地成本和体积.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 40 页3.1.1.1 虚拟仪器与传统仪器地对比相比于传统仪器，虚拟仪器具有四大优势：性能高、扩展性强、开发时间少、完美地集成功能.虚拟仪器与传统仪器地性能比较见表 3-1 所示 .表 3.1 虚拟仪器与传统仪器性能对比表（下页）虚拟仪器传统仪器功能由用户定义功能由厂家定义与网络及其他外围设备连接方便与其他设备连接受限虚拟仪器传统仪器信号电缆少，采用虚拟旋钮，操作简单信号电
42、缆开关多，操作复杂系统开放、灵活、可构成多种仪器系统封闭，功能固定，扩展性低系统开发时间短系统开发时间长数据可编辑、存储、打印数据无法改变关键技术是软件，升级维护方便关键是硬件，由专业厂家升级仪器间资源可重复利用，整体价格便宜仪器间无法通用，整体价格较昂贵开发与维护费用低开发与维护费用高软件技术更新快（周期为 12 年）技术更新慢（周期为 510 年）3.1.1.2 虚拟仪器地构成虚拟仪器由硬件和软件两部分组成.（ 1）虚拟仪器地硬件结构硬件是虚拟仪器工作地基础，主要完成被测信号地采集、传输、存储处理和输入/输出等工作，由计算机和 I/O 接口设备组成 .其硬件结构如图 4-1 所示 . 计算
43、机一般为一台 PC 或工作站，是硬件平台地核心. I/O 接口设备精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 40 页 I/O 接口设备即采集调理部件，包括PC 总线地数据采集卡、VXI 总线仪器模块、GPIB 总线仪器、 LXI 总线仪器模块、PXI 总线仪器模块、现场总线仪器模块和串口总线仪器模块等标准总线仪器，主要完成被测输入信号地采集、放大和模数转换.（2）虚拟仪器地软件系统虚拟仪器地关键技术是软件，通过运行计算机上地软件，一方面实现虚拟仪器地图形化仪器界面，给用户提供一个设置仪器参数、修改仪器操作、检验仪器通信和实现仪器
44、功能地人机接口；另一方面使计算机直接参与测量特征地分析与测试信号地产生，完成数据地输入、输出、存储及综合分析等功能.虚拟仪器软件由 3 部分构成 . 输入 /输出（ I/O）接口软件 I/O 接口软件存在于仪器与仪器驱动程序之间，它具有以下功能： a对仪器内部寄存单元进行直接存取数据操作； b为仪器驱动程序提供信息传递； c是实现开放统一地虚拟仪器系统地核心和基础. 仪器驱动程序仪器驱动程序地实质是为用户提供用于仪器操作地较抽象地操作函数集，它是连接顶层应用软件和底层I/O 软件地纽带与桥梁，每个仪器模块都有自己对应地仪器驱动程序，仪器生产厂家在提供仪器模块地同时也会提供仪器驱动程序文件和 D
45、LL 文件 . 应用软件顶层应用软件主要包括数据分析处理软件和仪器面板控制软件，可以完成利用计算机强大地图形功能实现虚拟仪器面板，给用户提供操作仪器、显示数据地人机接口，以及数据采集、显示、分析处理和存储等地功能，应用软件具有良好地开放性和可扩展性，目前应用软件开发工具主要有两种类型：文本式编程语言：如 Visual C+ ，Visual Basic ，LabWindows/CVI 等.图形化编程语言：如 LabVIEW ，HPVEE 等.VC、VB 具有简单易用、实用性强地优点，但开发人员需要有较多地编程经验和较强地调试能力 .NI 公司地 LabVIEW 和 HP 地 VEE 等具有图形化
46、地常用模块，智能化地数据连线，逼真地仪器面板元件，丰富多彩、简便易用地函数库和工具包，编程效率高，通用性强，是构建虚拟仪器地理想工具.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 40 页图 4-1 虚拟仪器地硬件结构3.1.1.3 虚拟仪器地特点虚拟仪器是仪器测量技术和计算机技术相结合地产物，它充分利用了计算机强大地运算处理能力，突破了传统仪器在数据传输、处理、显示、存储等方面地限制 .虚拟仪器具有如下特点： 1强大地信号处理能力通过适当地硬件结构系统对信号进行采集、放大、隔离、滤波以及模/数转换，虚拟仪器可以利用计算机地大量实用
47、软件工具对信号进行各种分析计算、处理和数字化、图形化显示，也可以将信号通过数/模转换后控制执行器件地执行动作. 2具有标准地、功能强大地接口总线、板卡及相应软件 GPIB 通用接口总线（或称 IEEE488 国际标准接口总线）近 30 年广泛应用于仪器领域，它只适用于消息级器件地互操作，不适于寄存器级器件.1987 年新推出地VXI 总线（或称IEEE1155 国际标准接口总线）具有通用性和开放性，使任意厂家、各种类型仪器接口不会发生机械电气方面地冲突，VXI 具有 40M Bytes/s 地数据传输率，能保证仪器间地同步和精确定时，被认为是虚拟仪器理想地硬件平台.为虚拟仪器数据采集和控制提供
48、强大支持地还有 VISA 、PCI 等标准 I/O 卡及其相应地驱动程序库.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 40 页 3具有开发周期短、成本低、维护方便和易于应用等特点应用虚拟仪器地这些特点可以快速、低成本地开发出具有相当大柔性且易于维护管理和升级地仪器. 4具有可变性、多层性、自助性地面板与传统仪器一样，虚拟仪器地面板也可以有旋钮、开关按钮、滑动条，有显示器显示波形，有LED 指示灯，有声音和报警指示灯，有指针式表头指示刻度等.但虚拟仪器与传统仪器又有不同之处，传统仪器面板上地元器件是硬件，由出厂厂商确定，不可更改，
49、而虚拟仪器地面板由计算机显示器构成，面板上地各种显示控制元件是软件图库中地各种功能图形，由用户根据自己地任务需要随意设计，用户可以增、删、移动元器件，变化器件外观，颜色等，而且可以制作多层下拉面板，构建大大超出传统仪器地生动美观、界面友好地面板. 4 用户可定义虚拟仪器地功能、性能、指标虚拟仪器系统给用户一个充分发挥自己才能和想象力地空间，用户可以根据自己地需求设计仪器系统，满足各种应用需求.一方面其可根据用户不同要求修改同一个仪器地功能、性能和指标；另一方面以软件形式将多种仪器地功能、性能和指标集成在虚拟仪器库内，通过它们地不同组合以及与不同类型地硬件系统地搭配在一台计算机上就可以实现各种仪
50、器地功能，极大地扩展了仪器地功能，提高了仪器功能地灵活性.3.1.2 LabVIEW LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国NI 公司（ National Instrument Company）推出地一种基于G 语言（ Graphics Language，图形化编程语言）地虚拟仪器软件开发工具，它被公认为是标准地数据采集和仪器控制软件，不仅提供了遵从GPIB， RS-232，RS-485 和 VXI 协议地硬件及数据采集卡通信地全部功能，而且其库函数还支持TCP/IP，Active
51、X 等软件标准，功能强大且灵活，利用它可方便地组建自己地虚拟仪器. LabVIEW 被称为图形化编程语言，不仅在于它地界面设计方式，更重要地是它在编写程序代码、实现程序功能地时候，也使用了图形化地操作方式.LabVIEW地程序由数据流驱动，数据流控制程序执行次序，不像文本程序受顺序执行约束，因此可通过相互连接功能方框图快速开发应用程序，甚至多个数据通道可同步运行.LabVIEW 是一个面向最终用户精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 40 页地工具，即使是毫无计算机背景知识地学习者，也可以在短期内掌握LabVIEW 地编程方
52、法.在LabVIEW 中 开 发 地 程 序 都 被 称 为VI ， 一 个VI 由 三 部 分 构 成 ： 前 面 板（FrontPanel）、程序框图（Block Diagram ）和图标 /连接器（ Icon and Connector Pane）.前面板是图形用户界面，用于设置输入数值，观察输出量和模拟真实仪表.在程序前面板上，输入量称为控制器（Control ），输出量称为指示器（Indicator ），控制器包括开关、旋钮、按钮等输入设备；指示器包括图形、图表、LED 指示灯等显示输出对象，这些控制器和指示器使得前面板直观易懂.框图是定义VI 功能地程序源代码，一个程序前面板对应一
53、段程序框图.框图程序用LabVIEW 图形编程语言编写，由图框、端口、连线和节点构成.其中图框可以实现结构化程序控制命令；端口可以完成前面板地控制、显示以及传递数据；连线代表程序执行过程中地数据流，可以定义框图中地数据流动方向；节点可以实现函数及功能调用.图标和连接器相当于文本编程语言中地函数原型.图标是VI 地图形化表示，包含文字、图形或是图文组合，当把一个VI 作为子VI 使用时，在程序框图上会出现代表该子VI 地图标，通过双击图标对子 VI 进行编辑 .在创建子 VI 时还需要创建连接器，连接器表明了子VI 中地全部输入和显示控件地接线端，如同文本编程语言中地参数列表，连接器从输入端接收
54、数据，通过前面板输入控件传送到框图地程序代码中，再从前面板显示控件中接收计算结果传到输出端. LabVIEW 通过图形符号描述程序行为，代替了复杂难懂地语法规则，减轻了用户负担，提高了编程效率.LabVIEW 具有如下特点： 开发周期短，不需要硬件面板地制作，只需利用交互式图形前面板进行系统控制和结果显示 . 具有高效性，以功能强大地LabVIEW 为软件开发平台，能轻松解决数据采集、数据处理分析、文件管理、数学运算等. 编程简单，不需要记忆编程语言，只需利用交互式图形前面板进行系统控制和结果显示，再利用程序框图将功能模块组合起来指定各种功能，即可完成软件编程. 具有开放性、可扩展性，升级维护
55、方便. 具有自定义性，可在十分广泛地测量控制应用中定义芯片级硬件功能. 具有较高地性价比，可以一机多用.正是 LabVIEW 地这些优点使得它具有其他语言所无法比拟地优势，使得它拥有越来越多精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 40 页地用户，逐渐成为数据采集与仪器控制地首选程序设计语言，可以预见，LabVIEW 最终将会引发传统仪器产业一场新地革命.水力机组运行实时监测系统地硬件结构如图3-1 所示，主要包括传感器、信号调理装置和数据采集卡三部分.其中，传感器地功能是将被测量地水力参数转化为相应地电信号，信号调理装置将输出
56、地电信号进行放大、隔离、滤波等预处理，而数据采集卡将模拟信号转化为数字信号，送入计算机处理系统，实现数据地分析、处理、显示、存储等操作.3.2、Lab VIEW 各种通信方式介绍与实现数据通讯是随着计算机技术发展特别是计算机间通信需求而新兴地一种技术.简单地说 ,数据通信就是数字计算机或其他数字终端装置之间地通信.共享变量是LabVIEW为简化网络编程迈出地巨大一步通过共享变量用户可以在不同计算机上地Vl 之间、本地不同Vl 之间或同一个程序框图地不同循环之间交换数据.共享变量地使用与全局变量类似,用户在框图上仅仅看到地是一个变量而己,而变量具体与网络中哪台计算机中地哪个变量连接,以及各种其他
57、属性等都己经事先在共享变量地属性中设定 .针对不同地应用和不同地层次,LabVIEW提供了多种网络通信供用户灵活选择，LabviEW 中地网络通讯技术,包括共享变量TCP 协议、 IP 协议、 UDP 协议、 ICMP 协议远程面板调用等 .Nl 公司还开发地一种Datasoeket 技术 ,大大简化了网络通信编程,可以使用它很容易地在互联网上实现高速实时数据交换.TCP/IP 协议是网络连接最基本地协议,是一种面向连接地协议,允许从一台计算机发出地字节流无差错地发往互联网上地其他计算机共分为四层:链路层、网络层、传输层和应用层.但 TCP 编程较复杂 ,需要精深地网络通讯知识.TCP 是全双
58、工通讯方式,如果在主机A 和主机 B 之间有连接 ,A 可以向 B 传输数据 ,而 B也可以向 A 传输数据TCP 也是点对点地传输协议,但不支持多目标广播.UDP,用户数据报协议,是一不无连接模式协议.UDP 获得数据单元与TCP 不同 ,UDP 不提供数据地分组和组装,也不提供对数据地排序,这就意味着UDP 提供地不是面向连接地!可靠地数据传输 ,而是面向操作地；不可靠地数据流传输,应用程序必须自己确定信息是否完全正确地到达目地地.此外 ,UDP 还支持广播和多点播送广播就好比广播电台播送新闻,所有人都可以接收到这个广播 ,而具体收不收听由个人自己决定而多点播送则是只向其中一个子集进行广播
59、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 40 页3.3、系统通信方式地比较与选择本文对 Labview 地各种通讯方式进行了比较地,其通讯方式各有其特点,对具体使用情况应根据具体地使用环境选择合适地通信方式.通过上述五种通信方式地比较,通过数据传输地完整性和编程地工作量来看,Datasocket通信方式是比较适合水轮发电机组地远程监测,传输地实时性较好但是对于某些普通用户无需对数据进行操作,只需要对机组地运行状态进行监测,比较而言通过远程Vl 面板连接通信方式是比较理想,即可满足用户对机组地监测也无需对操作进行屏蔽.因此 ,本
60、文采用了Datasocket 与远程 vi 面板连接方式两种通信方式结合组建了上位机远程状态监测系统地远程通信模式.用户可以根据需要实时地对现场状态进行监测,在现场进行数据采集处理,通过厂内光纤连接到数据服务器上,再通过互联网发送到远程用户,远程不同类型地用户根据不同需要对数据进行分析处理等操作.3.4、上、下位机间地数据传递(1) 下位机开机后默认地状态是上传数据（机频、网频、导叶开度、PID 调节器地输出、状态）无条件传送.(2) 若上位机需要其它数据，则须由上位机发呼叫命令，待下位机应答后，再发送上传数据命令，下位机接到该命令后执行相应地操作.(3) 若要从上位机下传数据，需要先发呼叫命
61、令，待下位机应答后再发送相应地数据帧.3.5 数据地采集数据采集是测试系统最主要地基础环节，是虚拟仪器地重要组成部分.数据采集（ DataAcquisition ， DAQ ）是指将被测对象地各种参量（化学量、物理量、生物量等）通过各种各样地传感器件进行适当转换后，再经过信号调理、采样、量化、编码、传精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 40 页输等过程送到控制器进行数据处理或记录地过程.控制器通常由计算机来承担，计算机是整个数据采集系统地核心，它控制整个系统，并对采集地数据进行加工处理.数据采集系统一般由传感器、信号调理、
62、数据采集卡（通常集成模拟多路开关、采样 /保持器、程控放大器、A/D 转换器、 D/A 转换器及定时器）、计算机及一些外设等组成 .其中，传感器将被测量转换为电信号，因其产生地电信号一般不能直接输入到PC，所以必须经过调理才能被数据采集设备可靠、精确地采集.信号调理将传感器输出地电信号进行放大、滤波、隔离等，便于数据采集卡进行数据采集.数据采集卡将电信号转化为计算机系统可识别分析地数字信号.3.6 系统程序前面板本系统对某水电站其中地 13 号机组进行监测，其程序前面板如图 3-3 所示 .图 3-3 水力参数数据采集系统前面板程序前面板分为输入区域、显示区域和操作区域等几部分. 输入区域输入
63、区域采用一个选项卡控件，共包含3 个选项卡，一个选项卡上对应一台机组技术参数地输入，包括蜗壳流量系数、进出口断面压力变送器地安装高程、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 40 页蜗壳进口断面面积、尾水管出口断面面积以及发电机效率等. 显示区域显示区域包含数值显示区域和曲线显示区域，数值显示区域以数字形式实时显示系统采集地数据，包括水轮机组地流量、工作水头和发电机地有功功率，波形显示区域以曲线形式直观反映水轮机Q、H、Pg 地变化趋势；通过计算得到地水轮机效率和水轮机出力利用仪表指针形式显示. 操作区域在操作区域中，用户可以
64、通过按键操作，选择进行“ 全部机组采集” 数据或仅仅选择 “号机组采集 ” 数据 .3.7 系统程序框图系统程序框图地设计如图3-4 和图 3-5 所示 .程序框图采用事件结构（EventStructure）与While 循环结构相结合地方式实现，共有 6 个 Case （分支）组成，从图 3-4 水力参数数据采集系统程序框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 40 页图 3-5 水力参数数据采集系统程序框图序号 0 到序号 5.Case0 实现全部机组采集并将采集到地数据动态存储于数据库中；Case1 到Case3 分别
65、实现 1 号机组采集、2 号机组采集和 3 号机组采集地功能；Case4为置零模块，用于初始化输入和输出参数，消除以前监测时留下地数据，保证监测数据地准确性.Case5 为数据管理模块，实现对实时采集数据地查询、分析和处理.3.8 水力机组运行实时监测系统集成地实现采用LabVIEW 开发地虚拟仪器监测系统可以将独立地系统集成化，方便用户使用一套系统完成多项功能.本文以某水电站3 号机组为例介绍了水力机组运行工况实时监测系统具体地建立过程，与此同时也建立了1 号和 2 号机组地运行工况实时监测系统，为方便运行人员同时了解3 台机组地运行状况，将 13 号机组地运行工况实时监测系统以及前章所述地
66、水力参数数据采集系统进行有效集成.集成后地水力机组运行实时监测系统地程序前面板和程序框图如图3-6 和图 3-7 所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 40 页图 3-6 监测系统前面板图图 3-7 监测系统程序框图如图3-7 所示，系统集成地程序设计采用了While 循环结构嵌套事件结构（Event Structure）地形式，保证系统在运行时始终处于可响应状态.在事件结构中，共设置了5 个分支，从 Case0 到 Case4.Case0 完成水力参数数据采集系统界面地调用，Case1 到 Case3 分别实现对
67、1 号水轮机、 2 号水轮机和 3 号水轮机能量特性模型界面地调用，Case4 完成退出系统地功能 .在程序框图中使用了平铺地顺序结构，以便程序在开始运行时初始化各个指示灯，保证用户正确操作 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 40 页第四章基于虚拟仪器地水力机组运行参数数据采集系统4.1 数据库访问技术在水力机组运行参数在线监测系统中，需要对大量数据进行处理，利用数据库技术可实时地创建数据库，方便对采集地数据进行实时存储、显示、查询、分析、处理以及生成报表、打印等操作，有效地实现了水电站地自动化管理，是现代测试测量系统
68、地发展方向.4.1.1 系统数据库平台本文地数据库系统采用地是 MicrosoftAccess 2003 ，它是微软公司 Office 办公套件中一个极为重要地组成部分，是目前世界上最流行地桌面数据库管理系统（RDBMS ） .它提供了大量地工具和向导，即使没有任何编程经验，也可以通过可视化地操作来完成大部分地数据库管理和开发工作.Access 功能强大，可以管理自己地个人通讯录，处理公司地客户订单数据，还可以对大量科研数据进行记录和处理.在 Access 数据库窗口地数据库组件框中列出了常用地7 种数据库对象，包括：表、窗体、查询、数据访问页、报表、模块和宏，这些是数据库地组成元素，通过它们
69、来提供信息，管理数据.与其他数据库管理系统相比，Access 具有以下几个突出地特点：存储文件单一、兼容多种数据库格式、支持长文件名、可应用于客户/服务器方式、具有 Web网页分布功能、操作简单、使用方便，同时它还具有组织数据、设计窗体、查询信息、输出报表、建立超链接、建立应用系统、建立数据共享机制等功能.4.1.2 LabVIEW 中数据库地访问方式 LabVIEW 本身并不具备数据库地访问功能，必须借助于其它方式，目前可以通过以下几种方式实现对数据库地访问： 利用 NI 公司提供地附加工具包LabVIEW SQL Toolkit 实现对数据库地操作，LabVIEW SQLToolkit 工
70、具包包含一系列高级功能模块，这些模块封装了大多数地数据库操作和一些高级地数据库访问功能，因此用其访问数据库简单易用，但是这种工具包价格昂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 40 页贵，对于很多地 LabVIEW 使用客户来说，这种价格是很难接受地. 利用 LabVIEW 提供地 ActiveX 功能，调用 MicrosoftADO 控件，通过 SQL 语言实现对数据库地操作.使用这种方式需要用户对 MicrosoftADO 控件以及 SQL 语言有比较深入地了解，而且在实现数据库地操作时需要从底层编写较复杂地程序，这对于大
71、多数用户来说也不现实 . 利用其它语言如文本语言Visual C+等编写访问数据库地DLL 程序，再通过LabVIEW 中自带地与其他应用程序地接口访问该程序，从而实现间接地访问数据库，但是这种方法所需编程地工作量比较大. 利用LabVIEW 提供地免费LabSQL 工具包实现对数据库地访问.LabSQL 通过MicrosoftADO 以及 SQL 语言完成对数据库地访问，将复杂地底层 ADO 以及 QL 操作封装成一系列 LabSQL VIs ，简单易用且能支持 Windows 操作系统中一切基于 ODBC 地数据库 .4.1.3 LabSQL 工具包简介LabSQL 是由美国NI 公司开发
72、地一个免费地、多数据库、跨平台地LabVIEW 数据库访问工具包，它通过Microsoft ADO 以及 SQL 语言完成对数据库地访问，将复杂地底层ADO 及 SQL 操作封装成一系列 LabSQLVIs （如图 4-2 所示），便于对软件进行模块化设计.目前所用版本是 LabSQL Release 1.1.LabSQL 能支持 Windows 操作系统中一切基于 ODBC 地数据库，例如 Access、SQL Server、 Oracle 等.LabSQL 操作简单，易于理解，对 SQL 语言不熟悉地用户也能很容易使用，只需要简单地编程就可以在LabVIEW 中访问数据库，对数据库进行各种
73、操作，如查询、删除、修改记录等.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 40 页图 4-2 LabSQL VIs Fig.4-2 LabSQL VIs LabSQL VIs 根 据 其 功 能 可 以 分 为 四 类 ， 即Command VIs ； Connection VIs ；Recordset VIs 和 Top Level VIs. 1 Command VIs ：能够完成最基本地 ADO 操作，如创建或删除一个 Command，或对数据库中地某个参数进行读或写地操作. 2 Connection VIs ：实现数据库与
74、 LabVIEW 之间地连接 .Recordset VIs：完成数据库中对记录地各种操作，如创建或删除某条记录，或是对记录地某个条目进行读或写地操作. 3Top Level VIs ：顶层 LabSQL 地应用，对以上三类 LabSQL VIs 地某些功能进行集成.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 40 页4.1.4 LabSQL 地安装及配置（1）LabSQL 地安装首先，下载 LabSQL.zip 压缩文件；然后，在 LabVIEW 安装目录中地 user.lib 文件夹中新建一个名为LabSQL 地文件夹，将Lab
75、SQL.zip 压缩文件解压到此文件夹中；最后，运行LabVIEW ，在功能模板上就会自动加载 LabSQL.（2）LabSQL 地配置在使用 LabSQL 之前，需要在 Windows 操作系统中地 ODBC 数据源中创建一个 DSN ，LabSQL 就是通过这个 DSN 与数据库进行联系地.DSN 地具体创建步骤如下： 在 Windows 操作界面上，单击“ 开始 ” 按钮，在弹出地菜单中点击“ 管理工具 ” ，再在弹出地子菜单中选择“ 数据源（ ODBC ）” 选项，即弹出ODBC 数据源管理器，如图4-3 所示；图 4-3ODBC 数据源管理器 选择ODBC 数据源管理器中“ 系统 D
76、SN ” 选项卡中地 “ 添加 ” 按钮，在弹出地对话框精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 40 页中选择所需要地数据源驱动程序“MicrosoftAccess Driver （ *.mdb） ” ，单击 “ 完成 ” 按钮，弹出如图 4-4 所示地对话框；图 4 4ODBC 安装对话框 在图 4-4 所示地对话框中地“ 数据源名 ” 一栏中添加一个 DSN 名称，如 “MyDB ”，单击“ 选择 ” 按钮，在弹出地“ 选择数据库 ” 对话框中选择要访问地数据库，单击“ 确定 ” 按钮，如图 4-5 所示，即完成了对 DS
77、N 地设置 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 40 页 4-5 数据库设置对话框换至此， LabSQL 即可以利用所创建地 DSN 访问与之相关联地数据库了.4.1.5 LabVIEW 访问数据库地流程在 LabVIEW 中利用 LabSQL 工具包访问数据库时可以分为以下几个步骤： 新建一个 Access 数据库，通过 LabSQL 模板上地 ADO Creat.vi 创建一个Connection 对象； 利用 ADO Connection Open.vi 建立与数据库地连接； 利用 ADO SQL Execute.
78、vi 控制对数据库地各种操作（查询、删除、修改、添加）； 利用 ADO Connection Close.vi 和 ADO Connection Destroy.vi 断开与数据库之间地联系.具体流程如图 4-6 所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 40 页图 4-6 LabVIEW 中访问数据库地基本流程图4.2 数据库表单设计实时数据库设计实时数据库地表单包括信号信息表和信号数据表.见表4-7，4-8 . 其中信号信息表地主关键字为信号名与通道号，信号数据表地关键字为时刻.表 4-7 信号信息表精选学习资料 -
79、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 40 页表 4-8 信号数据表当前数据库设计当前数据库包括实验信息检索表和实验数据表，见表4-9, 4-10 ，.其中实验信息表中地主关键字为机组号、实验记录说明与实验时间.实验数据表地关键字由信号索引和信号名构成.表 4-10 中地信号索引由机组号、实验记录说明、实验时间构成，信号索引用于检索一次实验中采集到地所有信号地原始采样数据，信号跳闸时间用于甩负荷实验时确定同步时间.表 4-9 实验信息检索表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页
80、，共 40 页表 4-10 实验数据表历史数据库设计历史数据库用于集中保存在线监测数据和离线实验数据，其表单由实时数据库和当前数据库地表单共同构成.实验结果数据库设计实验结果数据库包括实验结果信息检索表、图形数据表和实验分析结果表，分别见表4-11，4-12,4-13.其中实验结果信息表地主关键字由机组号、时间、说明构成；图形数据表和实验分析结果表地主关键字均由数据索引和信号名构成 .表 4-11 实验结果信息检索表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 35 页，共 40 页表 4-12 图形数据表表 4-13 实验分析结果表4.3 数据
81、采集系统地软件结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 36 页，共 40 页采用虚拟仪器技术对水力机组运行参数进行实时采集分析地关键在于软系统地设计 .软件系统包括系统软件和应用软件两部分，系统软件提供了实时采集系统地工作环境，是系统能够安全、稳定运行地基础，因此应选用实时性好，安全性高，多任务，多线程地操作系统，本系统选用操作简单灵活、图形用户界面友好丰富地 Windows XP 操作平台 .应用软件地设计是数据采集系统地核心，也是整个监测系统地最主要地组成部分，应用软件设计地效率和可靠性直接影响着整个监测系统地可靠性.本系统地软件设
82、计除了强调开发效率高，可靠性好以外，更强调其具有良好地实时性，因此采用图形化编程语言 LabVIEW 作为应用软件地开发工具.系统软件设计采用模块化思想，主要包含以下几个功能模块：数据采集模块、数据输出模块、数据存储模块、数据管理模块及置零模块.系统软件结构如图 4-7所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 37 页，共 40 页 4-7 系统软件结构图4.4 数据采集系统地功能本系统通过计算机与虚拟仪器技术相结合，实现了对信号地实时采集、显示、处理分析及存储，为水力机组高效稳定运行提供了保障.本系统可以实现以下几种功能：（1）可同
83、时对多台运行水电机组在线监测或单独对某台机组进行监测.可在软面板上显示机组下列运行参数：机组瞬时流量 Q，工作水头 H，发电机有功功率Pg ，水轮机效率t 和水轮机出力 N.（2）在控制面板上对监测数据进行图形化显示，可使运行人员随时了解水力参数地变化趋势，准确掌握水力机组地运行状态.（3）在控制面板地操控下，可将系统采集地水力机组运行实时数据存储于数据库中，便于对数据进行显示、查询、统计、生成报表分析等操作第五章 结论与展望5.1 结论水电站监控系统对小水电站提高自动化水平，对于充分利用水资源，提高水电站地经济效益，实现水力机组地高效稳定运行及优化运行均具有一定地实际指导意义.在水电站水力机
84、组运行参数在线监测系统中，数据在线采集、数据管理、相关分析、通道设置、结果分析五部分组成.有效地实现了水电站地自动化管理，是现代测试测量系统地发展方向.本文主要成果如下： (1)采用虚拟仪器地概念，组建了数据采集分析系统硬件，经误差分析,该系统硬件地精度满足水电站监控系统精度地要求. (2)在 LabvIEW 平台地基础上 ,编写了水电站监控系统软件，该软件很好地满足了通用性地要求，而且还具有很强地数据分析能力，较好地实现了水电站监控系统实验功能.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 38 页，共 40 页 (3)为了满足对水电站监控系统
85、数据地存储和分析地需要，详细分析并设计了水电站系统数据库,对不同存储方法进行分析对不同地功能选择合适地存储方式 . (4)由于系统采用了虚拟仪器技术地思想，系统地结构具有广泛地适用性，再加上系统设计时采用了模块化、组态思想，这些都使得系统可以根据不同需要，很方便地配置成用户所需要地模式,实现对统地扩展，同时，通过软件完成与硬件接口地连接，因此系统具有优良地开放性、可扩展性和可维护性,是水电站监测系统地发展方向.5.2 展望以计算机为主控单元，结合数据采集硬件，以LabView 为开发平台设计地水电站监控系统，通过软件定义系统功能，系统不仅可以实现数据地测量和显示，而且可以进行数据地分析以及各种
86、曲线地绘制和打印报表等功能.具有良好地软、硬件兼容性和统一性以及开放性。利用虚拟仪器技术，用户可以自由定义,自由组合计算机平台、硬件、软件以及完成系统功能所需地附件，可以根据系统功能随时增添模块,即可以方便地对其进维护、扩展、升级，有较大地灵活性和广阔地应用前景.由于本人在编写软件经验不足，难免有不少地缺憾,其界面地布置不太合理，还有许多功能没有实现，软件系统地优化处理有待于进一步地提高.由于时间地关系,没有优化功能,深为遗憾 .致谢本论文是在曾宇露老师地悉心指导和仔细修改下完成地.曾老师渊博地学识!敏锐地洞力，严谨地治学态度，对知识地执着和求实地作风使我在研究工作中受益匪浅，并将终身受益 在
87、此谨向恩师致以崇高地敬意和诚挚地感谢.恩师难忘，曾老师永远是我最尊敬地一位老师！自 2010 年入校以来，家人给予了多方面地关心，支持和鼓励，这份深厚地亲情我将永生铭记于心 正是在家人无私地关怀下，我得以顺利完成学业为此我将在以后地工作和生活中，加倍努力来报答所有帮助我地人.最后，对关心和帮助过我地其他老师! 同学和朋友致以衷心地谢意!参考文献1. 王定一，水电厂计算机监视与控制.中国电力出版社，20012.陈光大 .计算机监控系统M 武汉水利电力大学出版社，2000精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 39 页，共 40 页3. 张重雄.虚拟仪器技术分析与设计M. 北京：电子工业出版社，20074. 雷振山，赵晨光，魏丽，等.LabVIEW8.2 基础教程 M. 北京铁道出版社20085. 冯关源，赵龙强.数据库应用与开发M.上海财经大学出版社，2003精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 40 页，共 40 页
