基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统开发

韩玉仲 焦卫强 中国建筑科学研究院宋立军 中电投工程研究检测评定中心



基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统开发

韩玉仲 焦卫强 中国建筑科学研究院
宋立军 中电投工程研究检测评定中心

【文章摘要】

【关键词】

水电站；计算机监控系统；虚拟仪器

引言

在我国的电力工业发展中一直将水力发电作为一项重要内容，这是由于水力资源是一种可再生资源、清洁资源，水力发电对环境的污染和影响较少，而且供电质量较好。在经济发展的过程中，水电站应该不断提高供电的质量和可靠性，这就需要积极开发基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统。

1.虚拟仪器技术

以计算机数字化测量测试仪器系统为基础的虚拟仪器，能够运用软件平台构建可视化界面，与真实仪器的界面类似。底层硬件主要由软件控件进行控制，软件具有强大的功能，能够采集和分析处理信号，并实时显示结果。虚拟仪器技术是一种非常先进的技术，使用软件来对仪器中的硬件进行替代，对仪器的各项功能进行实现。仪器的功能可以根据用户的个性化需要进行定义。用户只需更新相关软件，就可以实现对虚拟仪器的功能扩展和性能改进，这样一来可以节约大量的购买新的仪器的资金。与此同时，与计算机技术的结合是虚拟仪器技术的另一个优点，传统仪器的单一功能得到了极大的突破，使仪器的功能更加多样化，经济效益得到显著的提高。

对虚拟仪器进行开发的主要工具是Labview，Labview是一种开放式软件开发平台，主要特点是开发效率高、直观性强、简单实用，其中的Activex、 DDE、 DLL等编程语言接口都具有较强的扩展性，而且其具有通信模型，网络通信功能较强［1］。

2.基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统开发

2.1系统功能设计

基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统应该具备以下几个功能：①能够监测水电站的运行参数，例如机组的无功功率、有功功率、电流、定转子电压、摆度、振动、温度、流量、转速、开度等。然后使用图表和数值来表示参数检测结果。与此同时还可以存储和回放测试数据，对开关命令进行调整。②对检测所得的实时数据为基础进行分析，对于发现的异常情况进行及时报警，并对其进行相应的控制，对整个事件过程进行记录。③对早期的故障征兆进行及时的捕捉，并以历史记录和发展趋势为依据，开展故障分析，进行趋势预报和故障诊断。

2.2系统结构设计

可以将水电站内需要控制的输入信号分为开关量和模拟量两个部分，信息采集和录入主要通过计算机内的Labview数据采集系统来实现，该系统能够分析和处理相应的信号，并对开关量命令进行控制，使用数据采集系统在相关的元器件和设备中输入数据。与此同时以Labview为基础的结果输出与显示系统，能够对处理结果进行输出和显示。通过人机交互，操作人员能够获取数据，并对输入进行控制。Labview开发数据采集软件模块和数据采集硬件共同组成了数据采集系统，Labview开发的软件模块和结果输出与显示系统共同组成的数据分析与处理系统。信号的输入和输出主要依靠硬件，而系统的主体为软件［2］。

2.3设计硬件系统

数据采集硬件系统和计算机共同构成了硬件系统，主控单元为计算机，数据采集系统则包括数据采集软件模块和数据采集一点系统。根据以往的经验，如果使用计算机来构建监控系统，对机器的运行参数进行测量、分析和运算往往需要配备专门的智能仪器，如果需要变更功能或者改进系统的性能，还需购置昂贵的仪器。以虚拟仪器技术为基础计算机监控系统能够使用变送器对机组的运行参数进行测量，并进行信号调理，能够对智能仪器的硬件实现功能进行实现。通过硬件系统的各接口，能够将辅机设备和自动化元器件的开关量，以及辅机设备的模拟量等数据采入计算机。该系统的软件和硬件具有良好的统一性和兼容性，通过数据采集硬件系统的接口，也能够输出控制开关量。

2.4设计软件系统

软件是整个系统的核心，对传统仪器中的一些硬件功能进行取代，如果由于功能扩展和系统改进的需要，水电站计算机系统需要进行更新，也只需更新相关软件。

图1　软件系统结构图

2.4.1软件系统结构设计

使用模块化结构来设计软件系统，该系统共包括，8个功能模块，分别为辅助系统、故障诊断系统、故障报警系统、文件管理系统、控制输入系统、结果输出系统、系统设置系统、数据采集系统。软件系统结构图，见图1。

2.4.2设计系统功能

虚拟仪器程序（VΙ）指的是用LabVΙEW编制的程序，其特点为模块化和层次化，主要包括连接器/图标、程序框图，和前面板。人机交互的用户接口是前面板，其代替了仪器的操作面板，操作面板中的控制窗口、旋钮、按钮、开关等输入控件在前面板中也同样存在，能够进行参数设计和开关控制，并发挥了显示面板的作用，能够对数值、图表和图形进行显示，并输出信号。人机交互主要是通过前面板来实现的通过图形编程语言，能够在后台编制框图程序，主要包括连线、图框、端口和节点［3］。

基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统的功能模块，包括以下几个方面：①数据采集，将计算机和测试信号连接起来，在计算机中输入测试信号，可以积极利用Labview的数据采集接口函数来采集信号。对各数据通道的信号连接方式、采样率、增益、量程，都可以进行设置，并生成数据采集程序，满足水电站计算机监控系统的数据采集要求。②系统设置，主要包括三级权限，分别为用户管理设置、系统参数设置与修改、用户管理，三级权限管理与密码相结合能够最大限度的保障计算机监控系统的安全。③输出结果，主要包括打印和屏幕显示，输出结果的形式包括图形、文本、表格、波形和数值。④文件管理，主要包括工作日志数据管理和测量值数据管理。⑤控制输出，对设备的控制主要通过输出控制开关量来实现，将相应的中间继电器启动就能够进行相应的设备动作。⑥故障报警，一旦发现系统故障，就要显示故障信息，启动指示灯和蜂鸣器的动作。

3.结语

基于虚拟仪器的水电站计算机监控系统，能够对传统的监控系统进行突破，其具有良好的开放性、统一性、软硬件兼容性，用户可以对计算机的软件、硬件和平台进行自由的定义和组合，并根据水电站发展的实际需要对模块进行增添、扩展和升级。

【参考文献】

［1］ 何倩.应怀樵:做中国原创的“虚拟仪器”［J］.科学新闻.2011（11）

［2］ 徐军.虚拟仪器在计量测试中的应用［J］.信息系统工程.2013（01）

［3］ 刘璇，贾静. 2013全国虚拟仪器大赛实体培训（北京站）成功举办［J］.电子测量技术.2013（01）

水电站计算机监控系统有利于提高水电站的工作效率，并对水电站运行过程中的潜在问题进行及时的发现，最大限度的避免事故的发生。本文简要介绍了虚拟仪器技术，并以此为基础对水电站计算机监控系统进行了开发，供相关人员参考借鉴。