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摘要:本文描述了基于虚拟仪器思想在实际测控系统中的应用。通过选用多功能数据采集卡和信号调理电路组成自动测试系统,软件开发以专业测控工具LabWindows/CVI为平台,实现了数据采集、分析和处理。使整个测控系统既经济又便于操作,同时易于改进和功能扩展。同时,与基于传统的开发平台的测控系统进行了比较。 关键词:虚拟仪器;Labwindows/CVI;数据采集 1、引言 虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器,它是20世纪90年代发展起来的一项新技术。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种自动测试、过程控制、仪器设计、数据分析和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面,其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件,即“软件就是仪器”,它是在通用计算机平台上,根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能,其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能,这种测试仪器的硬件功能软件化,给测试仪器带来了深刻的变化,因此虚拟仪器代表了当前测试仪器发展的方向之一。 2、虚拟仪器的特点和构成 2.1虚拟仪器的特点 与传统仪器相比,虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点。 2.2虚拟仪器的构成 虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计两个方面考虑。 根据目前我们所完成的测试设备,硬件电路的设计一般是选择现有的各种不同功能的板卡以及信号调理板来搭建。所选用板卡的功能包括:高速数据采集和信号转换;信号输出与控制;数据的A/D转换。将具有一种或多种功能的板卡结合信号调理板组建起来,就能构成任何一种虚拟仪器。例如使用高速数据采集板卡和高速实时数据处理就能构成1台示波器、1台数字化仪或 1台频谱分析仪;使用数字量信号输入/输出板卡和实时数据处理就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。 3、虚拟仪器在实际测控系统中的应用 3.1虚拟仪器在航空机载电子测控系统中的应用 测控系统在航空机载成件中起着举足轻重的作用,提高和完善测控系统的精度和测试能力对于整个飞机性能分析具有重要的意义。我们主要完成了基于虚拟仪器的各型继电器盒、各型开关盒测控系统的测试。使用数字采集板及工控机并在LabWindows/CVI开发平台中实现了对整个测试的电压采集、对各型继电器盒的逻辑状态及延时时间进行输出存储和分析。 3.1.1 测试系统组成 整个测控系统由美国NI公司的LabWindows/CVI8.0,研华的1块PCI_1751 48路数字量输入/输出板,2块PCI_1754 64路数字量输入板、2块PCLD_785B 24通道继电器输出板、6块PCLD_782 24通道光电隔离数字量输入板,1块PCL_818L 16通道A/D转换板、若干信号调理板及工控机组成。 测控系统的数据采集和处理采用虚拟仪器测量平台。测控部分主要作用是参与被测产品的控制、测试数据处理和量化,驱动测试数据显示;工控机通过数字量输出板,经继电器输出板变换为被测产品的模拟控制信号;从被测产品采集来的电气逻辑信号经光电隔离数字量输入板转换为数字量信号,通过数字量输入板输至工控机;另外,利用A/D转换板来显示电压;利用系统时钟来完成被测产品的时间继电器延时时间的测试。 3.1.2 基于虚拟仪器的航空机载电子系统测控平台 该平台整体系统采用美国国家仪器公司的虚拟仪器专用开发平台LabWindows/CVI系统。由于CVI在标准C语言(Ansi C)的基础上增加了仪器控制和工具函数库的虚拟仪器开发软件,它的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的面板功能和库函数使其自身功能更加强大,应用更加方便,界面完全能够虚拟真实实物进行设计,使得人机对话界面直观、友好。 由于测试的产品种类多,归属性强,因此系统测控平台的用户界面采用下拉菜单式,所需测试的产品一目了然,选用方便。 3.2基于虚拟仪器的测控平台在测控系统中的应用所使用的几个关键技术 3.2.1 通过采用系统时钟的方法提高软件测时时间 在测试过程中要获得延时继电器的时间,一种方法是采用定时器/计数器板专门进行计数,另一种方法是采用系统时钟进行计数。由于所需测试的时间为秒级,要求误差为20%,采用后一种方法完全能达到,一是可以节约成本,二是选购的计算机可不必多配置一个插槽,节省了空间。在程序中使用了以下函数来获取高精度时间,它的精度可以达到毫秒级。 3.2.2 在测控系统中运用了数据库管理技术 由于Lab Windows/CVI开发平台能够方便使用NI公司开发的SQL工具包,使得大量的测试数据能够以数据库的形式存储、查询。 在测控系统中,可以通过所设置的产品名称、件号、时间、测试结果、温湿度、试验者、质控者等字段来进行保存,完成了一套产品的履历记录,通过查询产品的件号、时间等就可以调出每个产品的测试记录,这样就解脱了人工管理的诸多不便,提高了工作效率。 3.2.3 调用ActiveX自动化编程技术并打印生成了Excel表格 ActiveX自动化是一种能将单个应用程序和其他应用程序结合在一起的方法。通过Lab Windows/CVI提供的ActiveX控件可以直接调用Excel程序,并使用这些控件提供的函数对从Excel表格进行操作,从数据库中读取测试数据,转换并填入单元格,最后自动生成产品正式履历表并进行打印。 3.3 基于虚拟仪器的测控平台与一般测控平台比较 采用LabWindows/CVI开发工具使得不同的信号可以统一在同一个程序里面实现方便的采集与保存。继电器盒测试系统以前有一个运用Visual C++开发的测试平台,和基于虚拟仪器的测控平台相比,它们在本系统中功能的实现和维护都存在很大的差距。 首先运用Visual C++开发的测试平台不如使用LabWindows/CVI开发的基于虚拟仪器的测控平台简单方便[url=http://www.dttjf.c
测控电路PPT [img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137825]测控电路第1章:绪论[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137826]测控电路第2章:信号放大电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137827]测控电路第3章:信号调制解调电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137828]测控电路第4章:信号分离电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137829]测控电路第5章:信号运算电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137830]测控电路第6章:信号转换电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137831]测控电路第7章:信号细分与变向电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137832]测控电路第8章:逻辑控制电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137834]测控电路第9章:连续信号控制电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137836]测控电路第10章:典型测控电路分析[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137828]测控电路第4章:信号放大电路[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=137827]测控电路第2章:信号调制解调电路[/url]
电力监控系统在大型商业楼宇变电所的应用朱祝丰1 张国强21苏州电齐联机电科技有限公司,江苏 苏州 215000; 2苏州电齐联机电科技有限公司,江苏苏州 215000;摘要:介绍武汉葛洲坝大厦变电所电力监控系统,采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式,组网后通过现场总线通讯并远传至后台,通过Hnder-600 型电力监控系统实现变电所配电回路用电的实时监控和电能管理。关键词:大型商业楼宇;葛洲坝;变电所;智能电力仪表; Hnder-600 型;电力监控系统;电能管理系统;HND-L;HND-T;HND-U http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/04/201504090913_541193_2993675_3.jpg 系统主要实现的监控功能:1.各回路的一次图显示,模拟显示并直观的查看现场配电柜设备情况。2.远程运行监控,不必去配电室,在监控室就可以看到各设备遥测、遥信的数据情况。3.越限报警,设定某个报警限值后,系统将自动根据该值报警,避免频繁进入配电室查看仪表情况。4.仪表数据都存在数据库中,可根据需要查询某段时间某设备的运行情况,便于分析。5.远程抄表,对于各设备的电能使用情况,只要在监控室轻点按钮即可查看,避免人工抄表的低效率、错误率高。6.各种遥测数据报表如电压、电流、功率等,可根据需要选择不同类型报表,以分析设备运行状况。7.各种电能报表,日报、月报、年报可根据需要查询某一类型的报表,便于分析和计量,有利于节能。8.事件故障记录,对操作事件和设备故障都存储在数据库中,可根据需要查询,便于分析排除故障。0 概述武汉葛洲坝大厦是由武汉葛洲坝实业公司作为项目法人投资建设,规划净用地面积约4000平方米,大厦地面总建筑面积约3万平方米,设计33层。该大厦建成后,将成为硚口区又一新的城市坐标,与毗邻的葛洲坝大酒店整合建成五星级酒店式办公楼,形成葛洲坝大厦综合建筑群,集办公、会议、接待等功能为一体。本项目为武汉葛洲坝大厦变电所电力监控系统。根据配电系统管理的要求,需要对变电所内的高压柜的综合保护装置进行电力监控与电能管理,以保证用电的安全、可靠和高效。该配电室共有2个回路,出线回路采用HND09E3Y多功能网络仪表。Hnder-600型电力监控系统,充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展,对配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网,通过计算机和通讯网络,将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体,实现电网运行的远程监控和集中管理。1 系统结构描述本监控系统主要实现武汉葛洲坝大厦变电所的10/0.4kV配电系统的综合保护装置进行用电监控与电能管理;该系统总计有8只仪表(包含3只HND-L,4只HND-T,1只HND-U),分2条总线,所有总线通过串口服务器与网络交换机连接,最后与值班室监控主机连接实现总线上仪表与监控主机的数据连通。本系统采用以太网传输数据,在配电室配置一台通讯管理机将配电室内所有仪表采用屏蔽双绞线进行组网,再将数据通过网络交换机传送到配电值班室的监控机房。值班室监控主机安装Hnder-600型电力监控系统,该配置方案结构清晰,避免了大量铺设双绞线造成的线路繁琐及成本浪费,且易于今后的管理与维护。本监控系统采用分层分布式结构,即站控层,通讯层与间隔层;如图(1)所示:图(1)网络拓扑图间隔设备层主要为:多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内,这些装置均采用RS485通讯接口,通过现场MODBUS总线组网通讯,实现数据现场采集。网络通讯层主要为:通讯服务器,其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集,同时远传至站控层,完成现场层和站控层之间的数据交互。站控管理层:设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上,集中采集显示现场设备运行状况,以人机交互的形式显示给用户。以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议,RS485采用屏蔽线传输,一般都采用二根连线,接线简单方便;通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据,数据最高传输速率为10Mbps。RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰能力增强,总线上允许连接多达32个设备,最大传输距离为1.2km。2 电力监控系统主要功能 2.1 数据采集与处理数据采集是配电监控的基础,数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成,实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括:三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户,达到配电监控的自动化化和智能化要求,同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。2.2 人机交互系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面,CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图,显示配电系统设备状态及相应实时运行参数,画面定时轮巡切换;画面实时动态刷新;模拟量显示;开关量显示;连续记录显示等。2.3 历时事件历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互,通过历史事件查看平台,您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件,为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。2.4 数据库建立与查询主要完成遥测量和遥信量定时采集,并且建立数据库,定期生成报表,以供用户查询打印。2.5 用户权限管理针对不同级别的用户,设置不同的权限组,防止因人为误操作给生产,生活带来的损失,实现配电系统的安全,可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作,方便用户对账号和权限的修改。2.6 运行负荷曲线负荷趋势曲线功能主要负责定时采集进线及重要回路电流和功率负荷参量,自动生成运行负荷趋势曲线的,方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换;可以查看实时趋势曲线或历史趋势线;对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作,帮助用户进线趋势分析和故障追忆,为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。2.7 远程报表查询报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式,把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计,数据导出和报表打印等功能。3 案例分析 武汉葛洲坝大厦变电所电力监控系统主要针对变电所的10/0.4kV配电系统的综合保护装置进行用电监控与电能管理;该系统总计有8只仪表(包含3只HND-L,4只HND-T,1只HND-U),分2条总线,所有总线通过串口服务器与网络交换机连接,最后与值班室监控主机连接实现总线上保护装置与监控主机的数据连通。进线回路采用HND-L数字式线路保护测控装置,其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金的电力监控需求而设计的,它有测控功能、保护和自动功能,它的测控功能如下:14路开关量输入遥信采集,断路器位置、手动分闸、事故遥信采集;正常断路器遥控分合、小电流接地探测遥控分闸;IA、IB、IC、3IO、UA、UB、UC、P、Q、Cosφ、F等模拟量采集的遥测;GPS对时输入。保护和自动功能:三段式复合电压方向过流保护;反时限复压过流保护;三段式零序方向过流保护;反时限零序过流保护;合闸加速保护;低频减载功能;三相重合闸(无压或不检);过负荷告警;3UO越限告警;TV断线判别:独立操作回路;重要配出回路采用HND-T数字式变压器保护测控装置,它的测控功能如下:14路开关量输入遥信采集,断路器位置、手动分闸、事故遥信采集;正常断路器遥控分合、小电流