電氣工程及其自動化畢業(yè)論文：電測綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用(自動化畢業(yè)設(shè)計)

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：電測儀表綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用專業(yè)：電氣工程及其自動化_年級：_ _ _學(xué)生姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師： 電測儀表綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用摘要電測儀表綜合管理系統(tǒng)，就是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、pi (plant information system)實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)來對電測專業(yè)進行全方位管理的計算機系統(tǒng)。通過它，可以達到自動化運行、信息化管理和無紙化辦公的目的，對提高工作效率、降低運行成本起到至關(guān)重要的作用。隨著科研和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)的測試和處理都提出了更高的標準，原有的人工管理模式在這種形式下己顯得不太適應(yīng)。因此電測量專業(yè)應(yīng)當順應(yīng)

2、時代的發(fā)展，向先進的虛擬化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化管理方向邁進。本系統(tǒng)主要有二個功能模塊組成，一是電測儀表自動化檢測系統(tǒng)；二是主變油溫實時檢測系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 電測儀表，自動測試，檢定，虛擬儀器，pi，油溫監(jiān)測目 錄引言.11電測儀表綜合管理系統(tǒng)概述.211 虛擬儀器技術(shù)的介紹及其軟硬件構(gòu)成.212 在電測專業(yè)中引入虛擬儀器的目的.313 pi軟件系統(tǒng)的介紹和在電測專業(yè)中的應(yīng)用.32電測儀表檢定的工作原理.521 系統(tǒng)的構(gòu)成.522 理論基礎(chǔ).923 工作原理.133電測儀表檢定的實現(xiàn).164基于pi數(shù)據(jù)庫的主變油溫監(jiān)測系統(tǒng).1941 主界面應(yīng)用效果.2042 功能介紹.21結(jié)論.23參考文獻.23附錄.

3、25引 言本地電力局儀表班負責(zé)本地地區(qū)全局電測技術(shù)監(jiān)督實施，負責(zé)全局1座500kv、12座220kv、29座110kv和14座35kv電壓等級變電站站端監(jiān)測各類直接作用模擬指示電測量儀表及其附件、電測量變送器、主變溫度、交流采樣裝置的驗收調(diào)試、年檢預(yù)試、更新改造工作；負責(zé)全局5000余只攜帶式儀表的年檢及技術(shù)監(jiān)督工作。工作內(nèi)容覆蓋電測儀表、熱工、監(jiān)控數(shù)采等幾大專業(yè)，工作面廣，工作量大。而工作人員數(shù)量很有限，面對大量的設(shè)備臺帳及檢測數(shù)據(jù)，每天要進行大量的查詢、計算及填制各類檢定記錄及報表，手工統(tǒng)計各類數(shù)據(jù)，任務(wù)非常繁重，而且稍有不慎，就會出現(xiàn)差錯和漏洞，這將不可避免的會影響電力系統(tǒng)的安全及正常運

4、行。然而，目前的實際情況是:一方面各類儀器儀表及裝置的廠家眾多，各種型號紛繁復(fù)雜，給工作人員帶來了管理的困難；另一方面隨著電力系統(tǒng)改革的深入和“減人增效”的持續(xù)，工作任務(wù)越來越重。因此迫切需要一套數(shù)字化管理系統(tǒng)對大量的數(shù)據(jù)進行智能化的分類、計算、存儲、分析、統(tǒng)計匯總，從而提高測量監(jiān)督專業(yè)的管理水平。第1頁本文主要介紹電測量指示儀表參數(shù)檢測的目的，簡述電測自動化檢測系統(tǒng)的發(fā)展過程，介紹pi系統(tǒng)軟件的功能和應(yīng)用，論述虛擬儀器技術(shù)在電測專業(yè)測領(lǐng)域應(yīng)用的意義，介紹項目研究背景與本文的工作重點。針對儀表檢定系統(tǒng)，本文簡要介紹了電測參數(shù)檢測的意義和現(xiàn)狀，指出了傳統(tǒng)電測參數(shù)檢測存在的不足，提出并研制了以計算

5、機虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)的電測儀表檢定系統(tǒng)和變電所油溫監(jiān)測系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)的構(gòu)成、特點與測量原理，重點介紹了系統(tǒng)功能的虛擬化軟件設(shè)計方法。系統(tǒng)是基于虛擬儀器技術(shù)，功能全面、硬件結(jié)構(gòu)簡單的智能化測試系統(tǒng)。針對油溫監(jiān)測系統(tǒng)，主要介紹了變電所油溫檢測系統(tǒng)是利用變電所遠動rtu所采集的數(shù)據(jù)，采用pi軟件所開發(fā)的一款檢測系統(tǒng)來對各變電所主變?nèi)齻?cè)電壓、電流和主變油溫實時檢測的系統(tǒng)。而電測儀表檢定系統(tǒng)以vb為計算機編程語言，后臺數(shù)據(jù)庫采用mssql 7.0，在硬件上采用agilent ieee488接口卡用于儀器與儀器之間，儀器與計算機之間通訊和數(shù)據(jù)采集，使用hp34401a作為標準。系統(tǒng)可按照檢定規(guī)程要求，根

6、據(jù)被檢指針式電測儀表，自動產(chǎn)生檢定點、形成檢定記錄、完成自動修約、生成檢定證書或檢定結(jié)果通知書。這種顯示形式多樣、輸出方式靈活的自動測試與檢定系統(tǒng)，具有很高的實用性與市場推廣潛力，由于以虛擬儀器技術(shù)為核心，系統(tǒng)功能的虛擬化軟件設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容。系統(tǒng)軟件功能豐富，硬件結(jié)構(gòu)簡單，智能化程度高，為電力行業(yè)提供了優(yōu)良的測試技術(shù)裝備和高效率的自動檢定工具，具有廣闊的應(yīng)用前景。而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，其服務(wù)器實時數(shù)據(jù)采集點來自變電所自動化rtu或其他的虛擬儀器

7、采集設(shè)備，客戶端應(yīng)用工具pi processbook和pi datalink套件功能強大，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的變電所油溫監(jiān)測系統(tǒng)實用性很強。1.電測儀表綜合管理系統(tǒng)概述11 虛擬儀器技術(shù)的介紹及其軟硬件構(gòu)成傳統(tǒng)的電測儀表檢測系統(tǒng)以硬件為核心，體積龐大，功能單一，自動化程度低，已無法滿足日漸復(fù)雜的電測指示儀表參數(shù)測試要求。近年來，計算機技術(shù)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展推動了虛擬儀器( virtual instrument，簡稱vi )的不斷發(fā)展。虛擬儀器具有軟件功能豐富、硬件結(jié)構(gòu)簡單、智能化程度高等特點，它直觀的圖形界面和卓越的計算能力使其在電力工程領(lǐng)域、電力試驗研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。第2

8、頁虛擬儀器是現(xiàn)代計算機軟、硬件技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是儀器發(fā)展的一個重要方向。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底改變了傳統(tǒng)的儀器觀，開辟了測試計量技術(shù)的新紀元。所謂虛擬儀器，就是在以計算機位為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結(jié)果:利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理;利用i/o接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一

9、臺專用測量儀器一樣。因此，虛擬儀器的出現(xiàn)，使測量儀器與計算機的界限模糊了。虛擬儀器的基本思想是利用計算機來管理儀器、組織儀器系統(tǒng)，進而逐步代替儀器完成某些功能，最終達到取代傳統(tǒng)硬件儀器的目的。虛擬儀器實際上是軟硬件結(jié)合、虛實結(jié)合的產(chǎn)物，它充分利用最新的計算機技術(shù)實現(xiàn)并擴展了傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器的“虛擬”主要包含兩方面的含義:一是虛擬儀器的面板是虛擬的;二是虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)的。虛擬儀器是在以pc為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能的。因為可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，所以，在硬件平臺確定后，就有“軟件就是儀器”的

10、說法。虛擬儀器是計算機硬件資源、儀器與測控系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源三者的有效結(jié)合。虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應(yīng)用軟件二大部分構(gòu)成。硬件平臺包括計算機和i/o接口設(shè)備，此次項目的數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)采用gpib接口卡和利用計算機的通用rs232接口。虛擬儀器軟件開發(fā)根據(jù)有多種可以利用，例如通用編程語言visual c+、visual basic、delphi；專用編程語言labview、hpvee等。12 在電測專業(yè)中引入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。模擬檢測的自動化程度低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以模擬技術(shù)處理檢測信號，借助指針式儀表

11、顯示測量結(jié)果。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。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀70年代后出現(xiàn)了以內(nèi)置微處理器為信息處理核心的智能化檢測系統(tǒng).檢測智能化得到迅速發(fā)展。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。近年來，一種具有更高智能化的檢測系統(tǒng)一虛擬化檢測系統(tǒng)應(yīng)運而生。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。它是在必要的數(shù)據(jù)采集硬件和通用計算機支持下，通過軟件來實現(xiàn)儀器的部分或

12、全部功能。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。目前，電網(wǎng)發(fā)展迅猛，各部門儀器設(shè)備增加很快，指示儀表自動監(jiān)測系統(tǒng)的建立，對工作效率的提高，校驗工作的及時完成提供了很大的幫助。1.3 pi軟件系統(tǒng)的介紹和在電測專業(yè)中的應(yīng)用第3頁 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。它主要適用于電力、石油、化工、冶金、造紙、制藥、水處理、食品飲料、通訊等各種生產(chǎn)流程企

13、業(yè)的生產(chǎn)過程優(yōu)化、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動采集、存貯、監(jiān)視，并作為大型實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，可在線存貯每個工藝過程點的多年數(shù)據(jù)。它提供了清晰、精確的操作畫面，用戶既可瀏覽工廠當前的生產(chǎn)工藝過程，也可追溯和分析過去的生產(chǎn)工藝過程。 采用實時數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)整合平臺，將為最終用戶和應(yīng)用軟件開發(fā)人員提供了快捷高效的工廠信息。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。pi客戶端的應(yīng)用程序可以使用戶很容易的對工廠級實施有效管理，諸如改進工藝，tqc，故障預(yù)防維護等。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

14、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。系統(tǒng)性能:每個pi服務(wù)器可容納15萬點(高端服務(wù)器)，在pi的高端產(chǎn)品服務(wù)器中可以處理每秒鐘15萬點的數(shù)據(jù)。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)。在電力系統(tǒng)應(yīng)用中，每個pi測點的實時數(shù)據(jù)可以來自變電所rtu或其他虛擬儀器采集裝置。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 activeview形成數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)部分，并為用戶提供在web上觀察全部功能以及pi processbook顯示的相互作用。pi batchview提

15、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 controlmonitor通過監(jiān)視和顯示作為非獨立變量的質(zhì)量變量，以及作為獨立變量的控制回路設(shè)定點，被測變量和控制輸出等，從而保證控制系統(tǒng)正確地起到控制作用。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)。例如：成套的軟件開發(fā)工具為訪問pi服務(wù)器和有關(guān)的子系統(tǒng)提供activex編程工具。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 1-2-3的分析工具。第4頁pi proces

16、sbook是pi系統(tǒng)的圖形顯示前端，它有助于將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用、動態(tài)的實時顯示。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。pi ace是一種先進的計算引擎，設(shè)計用于從構(gòu)建的計算進行推斷，允許用戶將重點放在使實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用信息，ace方程是以最少數(shù)量的代碼編寫的，并經(jīng)過uds透明地進行安裝。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)。2電測儀表檢定的工作原理電測儀表自動化檢定系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)，是和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展分不開的。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

17、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。虛擬儀器以軟件為主，采用軟件技術(shù)將目標信號和干擾信號分離出來而無須增加硬件環(huán)節(jié)，造價低、抗干擾能力強，便于修改、升級。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。本章介紹電測儀表檢定系統(tǒng)的構(gòu)成、工作流程、主要功能和系統(tǒng)的測量原理。21 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。基本硬件電路包括信號采集單元、數(shù)據(jù)測試標準單元、通信接口及計算機主機( pc機或工控機);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 7.0。（見圖2.

18、1）打印機數(shù)據(jù)庫通訊接口標準儀器三相電源計 算 機數(shù)據(jù)采集卡被檢電測儀表圖2.1 電測儀表檢定系統(tǒng)構(gòu)成框圖第5頁其中，被檢儀表由三相校驗臺提供穩(wěn)定電源，并同時輸入標準表。數(shù)據(jù)采集卡安裝于計算機主板pci總線插槽上，通過標準表上的ieee488接口或者串口rs232采集數(shù)據(jù)進入計算機。計算機是系統(tǒng)的核心，它完成所有觀測信息的讀取、分析、處理、存儲、顯示、打印及對標準儀器的設(shè)定。系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用vb編程語言和sql server 7.0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)。2.1.1 三相電源三相電源采用xdb28型三相交流儀表校驗臺。xdb28型三相交流儀表校驗臺按國家

19、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。 校驗臺的主體是可編程控制的工頻功率校表源，它的控制機采用8031單片機的專用微機。其特點如下： 1. 輸出信號的頻率、幅度、相位采用編程控制。 2. 電壓與電流幅度以及相位的調(diào)節(jié)操作均使用按鍵。不僅方便，而且可靠。消除了傳統(tǒng)機械開關(guān)磨損引起的不穩(wěn)定。 3. 在40-70hz范圍內(nèi)，具有標頻輸出，精度為510，因此不用標準頻率表就可直接檢定任何等級的工頻指針式頻率針。 4. 有精密移相特性。相位上

20、在0-360，0范圍內(nèi)，輸出電流電壓的移相角誤差0.2。因此，不用標準相位表就可以直接檢定1.0級及以下單、三相相位表，功率因數(shù)表。 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。2.1.2 標準儀器標準儀器采用hp34401a數(shù)字萬用表（單相）和bs3001工頻參數(shù)測試儀（三相）。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。34401a具有良好的臺式工作性能，34401a每秒能夠處理1000個讀數(shù)，包括ascii格式的gpib總線傳輸在內(nèi)

21、。具有g(shù)pib和rs-232接口，并且34401a響應(yīng)三種不同的指令語言：scpi命令（可編程儀器的標準命令）、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。第6頁bs3001工頻電參數(shù)測試儀以高速、高精度a/d轉(zhuǎn)換器為核心，利用多片微處理器和大規(guī)?？删幊踢壿嫾呻娐?，采用國際先進的雙磁芯零誤差電流互感器新技術(shù)；同時對三相電壓、電流、相位和頻率進行采樣，計算出每相的電壓、電流的有效值；并通過數(shù)字移相的方法，精確地計算出每相的有功功率、無功功率；采用特有的數(shù)/頻轉(zhuǎn)換技術(shù)，將每相的功率或總功率無精度損失地轉(zhuǎn)換成電能脈沖，并可設(shè)置高低頻輸出；

22、利用數(shù)字分析方法，對采樣波形進行失真度和021次諧波的計算測量；具有很寬的電壓、電流測量范圍，量程自動識別、自動切換； 菜單操作方式，具有標準的rs232接口，可方便地與其它儀器設(shè)備組成自動測量系統(tǒng)；不開蓋自校準方式確保該儀器最佳精度，并保持長期穩(wěn)定。 2.1.3 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?？梢酝ㄟ^hp34401a上的ieee488接口將hp34401a所測量的數(shù)據(jù)采樣進入計算機，通過軟件分析處理得出各項電能參數(shù)測量結(jié)果的數(shù)據(jù)。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)。同時，通過hp823

23、50gpib接口可以通過軟件向hp34401a發(fā)出儀器參數(shù)設(shè)置命令。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。而對功率、功率因素的測試則是通過bs3001工頻參數(shù)測試儀完成，對bs3001的控制和數(shù)據(jù)采集則是通過計算機標準串口rs232和hp上的rs232串口進行數(shù)據(jù)通訊完成。2.1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的選擇第7頁關(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。目前流行的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品有很多，如oracle、sybase、acccesss以及ms sqlserver等，各個產(chǎn)品都有各自的優(yōu)點。而

24、ms sqlserver是其中的代表作之一。mssqlserver與windows無縫連接，在windows操作系統(tǒng)平臺上運行ms sqlserver無疑是無人能比的。ms sqlserver的價格相對其他的中等以上的數(shù)據(jù)庫低廉。mssqlserver是十分易于使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它有極其友好的用戶界面。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。它提供了多種工具用以幫助用戶創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象，調(diào)試數(shù)據(jù)庫程序，代替了部分sql編程，以求快速完成系統(tǒng)的管理任務(wù)。因此眾多領(lǐng)域中的最終用戶和程序員都選擇了ms sqlserver圖2.2 data表結(jié)構(gòu)來構(gòu)建數(shù)

25、據(jù)庫應(yīng)用程序。圖2.3 unit表結(jié)構(gòu)在此次應(yīng)用中，建立了jbjdgl數(shù)據(jù)庫，其中含有6個數(shù)據(jù)表，data、unit、儀表類別、檢定環(huán)境、待檢儀器、檢定記錄。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2.2）；unit是送檢單位數(shù)據(jù)存放表（見圖2.3）；圖2.4 儀表類別表結(jié)構(gòu)儀表類別表用于存放設(shè)置被檢表數(shù)據(jù)（見圖2.4）；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2.5）；圖2.5 待檢儀表表結(jié)構(gòu)檢定環(huán)境表存放登陸人員信息，用于密碼驗證（結(jié)構(gòu)圖略）；第8頁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2.6）。圖

26、2.6 檢定記錄表結(jié)構(gòu)2.1.5 其余的軟硬件配置計算機配置：客戶機（cpu1ghz、內(nèi)存256m、硬盤20g以上、rs232接口）、服務(wù)器（cpu2ghz、內(nèi)存512m、硬盤20g以上）。編程開發(fā)軟件采用visual basic，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用sql server 7.0。軟件系統(tǒng)的構(gòu)成采用客戶機/服務(wù)器模式，也可以使用單機系統(tǒng)，即客戶機軟件和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件安裝于同一臺計算機上即可。visualbasic,簡稱vb，是microsoft公司推出的一種windows應(yīng)用程序開發(fā)工具。是當今世界上使用最廣泛的編程語言之一，它也 被公認為是編程效率較高的一種編程方法。無論是開發(fā)功能強大、性能可靠

27、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。vb擁有圖形用戶界面（gui）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（rad）系統(tǒng)，可以輕易的使用dao、rdo、ado連接數(shù)據(jù)庫，或者輕松的創(chuàng)建activex控件。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。2.2 理論基礎(chǔ)第9頁本文所說的交流電氣參數(shù)，是指工頻交流信號的電氣參數(shù)，包括電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。其中電壓、電流參數(shù)主要為電壓、電流的有效值;功率參數(shù)包括有功功率、無功功率、視在功率;電能參數(shù)包括有功電能和無功電能。早期對交流電氣參數(shù)的測量是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使儀器的指針或轉(zhuǎn)盤發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以

28、模擬形式顯示測量結(jié)果。采用這種測量方法的儀器體積大、精度低。而采用電橋和檢流計組成的測量系統(tǒng)可獲得高精度的測量結(jié)果，但操作復(fù)雜、費時費力。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。這些方法是以直流電壓的形式輸出測量結(jié)果，雖然可將輸出的直流電壓信號通過壓一頻變換或直流數(shù)字電壓表轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，但對測量信息的主要處理仍然是模擬形式的，因而限制了測量精度與穩(wěn)定性的提高。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。這種

29、方法利用adc對瞬時采樣的電壓和電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而由微處理器以軟件方式完成測量算法。由于軟件的靈活性，使校準、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。2.2.1連續(xù)量的離散化、量子化及采樣定理電流和電壓信號一般都表現(xiàn)為連續(xù)的形式，為了進行數(shù)字化測量，必須對連續(xù)信號進行離散化和量子化。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。而量子化是用一組相鄰量之間差值相等的己知固定量，分別去近似地代替幅度上連續(xù)的各瞬間值。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)。采樣定理可表述為:為了能從采樣信號完全恢復(fù)出連續(xù)信號，采樣頻率必須不小于連續(xù)信號最高頻

30、率的2倍。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。2.2.2 交流電壓、電流的測量第10頁交流電壓、電流可用有效值、平均值、峰值來表征，但在實際應(yīng)用中，特別是對于非正弦信號而言，有效值更為常用。根據(jù)電工原理，周期性變化的電壓、電流信號的有效值為: (2-1), (2-2)其中t為信號的周期。將式(2-1)和式(2-2)離散化可得: (2-3), (2-4)式中u(n)和i(n)分別為被測電壓、電流信號經(jīng)采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換后的離散序列。n為一個信號周期內(nèi)的采樣點數(shù)。當采集的點足夠多，在adc位數(shù)合適的條件下，選用適當?shù)乃惴?，可獲得高準確度的測量結(jié)果。2.2.3

31、 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=uicos (2-5)，式中u、i分別為電壓、電流有效值，cos為負載功率因數(shù)。同時，式(2-5)也可對應(yīng)非正弦情況下的基波有功功率，但此時，u、i、分別對應(yīng)基波電壓、電流有效值及基波電壓、電流間的相位差。有功功率也可由下式進行計算: (2-6）上式離散化得: （2-7）采用式(2-7)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)。單相正弦電路無功功率定義式為:q=uisin (2-8),式中u、i分別為電壓、電流有效值，為電壓與電流的相位差。2.2.4 正弦電路單相無功功率的測量第11頁式(2-8)可以變換為

32、:q=ui cos(90)(2-9)，根據(jù)式(2-9)以及有功功率的定義式和計算公式可以看出，用電壓采樣值乘以滯后90度的電流采樣值然后累加平均可以求得無功功率。無功功率的離散化計算公式為: （2-10）式中n為一個信號周期內(nèi)的采樣點數(shù)。這種計算方法稱為無功功率的簡單數(shù)字移相算法。它雖然簡單，但只適用于被測信號為嚴格正弦波的情況。隨著電力工業(yè)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種整流器件、換流設(shè)備以及其它非線性負荷大量安裝在電力系統(tǒng)中，使電網(wǎng)中含有較多諧波成分。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。對于三相四線制系統(tǒng)，總的功率和電能分別為各相功率、電能之和。對于三相三線制

33、系統(tǒng)，總的功率和電能可通過“兩表法”測量。2.2.5 功率因數(shù)的測量功率因數(shù)的測量，功率因數(shù)被定義為有功功率和視在功率的比值。根據(jù)其定義，可得如下計算公式: (2-11)功率因數(shù)也可在準確測量出電流、電壓相位差的基礎(chǔ)上，通過下式進行計算: pf=cos (2-12),相位的測量方法主要有相位.電壓轉(zhuǎn)換和相位.頻率轉(zhuǎn)換兩種，這兩種方法都是將電流、電壓間的相位差轉(zhuǎn)換為方波信號(方波的占空比對應(yīng)著相位差的大小)再分別通過計算方波的平均值或脈寬，間接得到電流、電壓相位差。2.2.6 頻率的測量第12頁對于頻率較低的信號，頻率的數(shù)字化測量可通過周期計數(shù)法進行。在以交流采樣為基本原理的系統(tǒng)中，周期計數(shù)法是

34、指以采樣時間間隔為時間基準，記錄被測信號一個周波內(nèi)采樣次數(shù)，從而計算出信號周期的方法。為了提高測量的準確度，在實際應(yīng)用中一般采用多周期計數(shù)法，計數(shù)周波一般大于10個，被測周期的計算公式如下: (2-12)式中n為被測周波個數(shù)，n為n個周波內(nèi)的采樣次數(shù)，t。為時間基準，即采樣時間間隔。對于高頻信號，則采用直接測量頻率法:即在給定計數(shù)周期內(nèi)，記錄對應(yīng)于信號重復(fù)出現(xiàn)次數(shù)的計數(shù)脈沖個數(shù)。 (2-13)其中，n為信號對應(yīng)的脈沖個數(shù)，t為產(chǎn)生n個脈沖所需的時間。為了適當?shù)剡x擇應(yīng)該測周期還是頻率，提出了中介頻率的概念：于同一信號，當直接測量頻率和直接測量周期所得的誤差相等時，此時信號的輸入頻率稱為中介頻率。

35、 (2-14)式中各變量的定義，分別與式(2-12), (2-13)中的變量定義相同。通過比較兩種測量方法所得結(jié)果與中介頻率的差值，從而選擇更為合適的一種測量方法。2.3 工作原理電測儀表的檢定，以前主要是人工操作、記錄數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)處理、填寫報告，既費工又費時且容易造成人為差錯。隨著計算機技術(shù)和儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，儀表的檢定方法也由傳統(tǒng)繁瑣的手工檢定向簡單可靠的自動檢定發(fā)展。本系統(tǒng)中儀表自動檢定功能的研制，使儀表的檢定擺脫了過去的手工校驗，實現(xiàn)了半自動化檢定，既節(jié)省了時間、減少了勞動量，又消除了人為誤差，提高了檢定效率，同時系統(tǒng)檢定界面友好，操作簡便。2.3.1 軟件結(jié)構(gòu)圖第13頁電測儀表檢

36、定的整個過程都是在系統(tǒng)軟件的控制下完成。軟件設(shè)計以手工檢定的步驟為基礎(chǔ)，以國家有關(guān)檢定規(guī)程為依據(jù)，以虛擬化的方式顯示檢定過程。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.7所示：系統(tǒng)初始化實時檢測儀表檢定數(shù)據(jù)處理接口通訊儀表檢定數(shù)據(jù)資料管理報表打印保存檢定記錄保存儀表信息數(shù)據(jù)庫管理gpib接口rs232接口修約算法平均值計算計算最大升降變差計算最大基本誤差修正值計算指示值計算找最大誤差分度線添加下降讀數(shù)添加上升讀數(shù)打印檢定記錄打印數(shù)據(jù)資料報表打印檢定通知書打印檢定合格證圖2.7 指示儀表檢定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3.2 軟件運行過程用戶從系統(tǒng)主界面進入儀表檢定功能模塊后，首先進入密碼驗證登陸窗口，通過驗證后進入指示儀表自動檢定

37、系統(tǒng)，接著需要選擇被檢表的類型，如果儀表數(shù)據(jù)庫中沒有被檢表類型，則首先要更新儀表數(shù)據(jù)庫。第14頁被檢表類型選擇正確后軟件能自動讀入基本量限、檢定尺格數(shù)和檢定間隔等設(shè)置信息，然后點擊“下一步”按鍵并選擇起始刻度、雙刻度點以及全檢量程，然后進入被檢表信息確認界面，經(jīng)確認后進入校表程序，同時通過gpib或者rs232接口進行標準儀器初始化，自動設(shè)置標準儀器的量程等初始化信息，程序流程圖見圖2.8。進入校表系統(tǒng)無查詢儀表數(shù)據(jù)輸入被檢表數(shù)據(jù)有選擇被檢表類型輸入基本信息設(shè)定起始刻度、全檢量程否是是否設(shè)置正確是校驗開始否是校驗是否正確是校驗結(jié)束否是是否打印是打印檢定記錄等存儲數(shù)據(jù)完成第15頁圖2.8 系統(tǒng)檢

38、定流程圖開始校表，此時程序窗口自動列出量限和需要檢定的指示值。調(diào)節(jié)電源檢定儀表的上升和下降刻度范圍，程序通過gpib接口卡，或者rs232接口自動讀入被檢表的實際值和標準值，全檢量限檢定完成后，系統(tǒng)根據(jù)被檢定刻度對應(yīng)的上升值和下降值計算平均值，對平均值按照檢定規(guī)程要求進行修約求出修約值并將它們添加到數(shù)據(jù)庫，然后系統(tǒng)會根據(jù)被檢儀表的設(shè)定進入其他量程檢定程序。當所有量限檢定完成后，點擊“下一步”，系統(tǒng)自動進入打印模塊，你可以選擇檢定證書打印或者退出以后打印，程序流程圖見圖2.8。3電測儀表檢定的實現(xiàn)電測儀表的檢定，以前主要是人工操作、記錄數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)處理、填寫報告，既費工又費時且容易造成人為差錯

39、。隨著計算機技術(shù)和儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，儀表的檢定方法也由傳統(tǒng)繁瑣的手工檢定向簡單可靠的自動檢定發(fā)展。本系統(tǒng)中儀表自動檢定功能的研制，使儀表的檢定擺脫了過去的手工校驗，實現(xiàn)了半自動化檢定，既節(jié)省了時間、減少了勞動量，又消除了人為誤差，提高了檢定效率，同時系統(tǒng)檢定界面友好，操作簡便。本章介紹了儀表檢定系統(tǒng)的主要功能與特點，重點闡述了儀表檢定的工作過程及其操作界面。首先，運行系統(tǒng)初始化程序（見圖3.1）系統(tǒng)初始化，選擇指示儀表檢定按鈕后進入電測儀表檢定系統(tǒng)密碼驗證界面（見圖3.2）。在密碼驗證界面中，可以通過選擇一位已經(jīng)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置好的用戶，以該用戶的名稱登陸檢定系統(tǒng)。通過密碼驗證后進入指示儀表檢定

40、系統(tǒng)主程序界面（見圖3.3）。點擊第一個按鈕，或者選擇菜單中的新表檢定菜單將進入儀表檢定程序，首先打開一個被檢表信息輸入窗口。（見圖3.4）用戶可以在這個窗口選擇或設(shè)置儀表名稱、生產(chǎn)廠家、儀表型號、儀表等級、儀表量范、出廠編號、單位類別、檢定日期、環(huán)境溫度、絕對濕度、預(yù)熱時間、單位名稱等被檢表數(shù)據(jù)。第16頁圖3.3 主程序界面如果沒有找到被檢表信息，可以在維護菜單中選擇增加儀表型號菜單，進行新增儀表信息的設(shè)定，通過儀表信息設(shè)置窗口（見圖3.5），可以輸入儀表信息，例如儀表名稱、儀表型號、生產(chǎn)廠家、等級、儀表滿刻度值、步進值、保留小數(shù)點幾位、按多少修約并設(shè)置儀表量范。被檢表設(shè)置完成后點擊“下一步

41、”。進入儀表檢定設(shè)置界面（見圖3.6）,在這個界面中，你可以設(shè)置起始刻度、雙刻度點以及全檢量程。設(shè)置正確后點擊“下一步”進入被檢表信息確認窗口（見圖3.7）。果發(fā)現(xiàn)被檢表信息設(shè)置有問題，可以點擊按鈕“上一步”進行糾正，如果正確就點擊“聯(lián)機檢定”，軟件將通過hp82350gpib接口卡或者rs232接口和標準儀器聯(lián)機，進入計算機檢定階段，同時打開全檢量程的檢定窗口（圖3.8）。在此窗口中，計算機將根據(jù)相關(guān)指示檢定規(guī)程，逐個自動顯示指示值、下降值、上升值、并通過計算顯示修約值。由hp34401a或者bs3001等標準儀器提供的標準數(shù)據(jù)將通過hp82350gpib接口卡或者rs232接口采集進入計算

42、機，并顯示在此檢定窗口上，經(jīng)過計算機軟件處理，超差的數(shù)據(jù)將以紅色顯示，以起到提醒使用者的功能。全檢量程檢定結(jié)束后，自動進入其他量程的檢定，計算機會根據(jù)全檢量程檢定結(jié)果和國家檢定規(guī)程的規(guī)定，自動選擇3個點作為其他量程的檢定數(shù)據(jù)，進行其他量程的檢定。所有量程都檢定完畢后點擊“下一步”進入打印窗口。使用打印功能，可以打印檢定證書、測試報告、檢定結(jié)果通知書、檢定記錄、檢定合格證等報表。在此窗口中，也可以在打印前選擇打印預(yù)覽功能先看一下打印格式，正確后再打印。（圖3.9）歷史數(shù)據(jù)的查詢可以通過查詢窗口完成（見圖3.10），在圖3.10中，可以實現(xiàn)多種方式的組合查詢，包括按檢定時間、按儀器型號、按送檢單位

43、和按證書編號等查詢方式，給用戶提供快捷、便利的數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。設(shè)定查詢條件后，按“確定”按鈕就進入查詢結(jié)果的顯示窗口（見圖3.11），在此窗口中，可以完成新建檢定記錄、刪除所選記錄、修改證書編號、查看詳細數(shù)據(jù)、打印報表、打印報告等功能和作用。（報表格式見附錄abcd）當打開程序中的“設(shè)定檢定環(huán)境”按鈕時，出現(xiàn)檢定環(huán)境設(shè)定窗口（見圖3.12），在這里可以選擇設(shè)定不同的標準儀器，設(shè)定完畢后可以通過點擊“測試”，軟件將向一起發(fā)送設(shè)置和測試信號，試驗儀器連接是否成功。在設(shè)定送檢單位窗口中（見圖3.13），可以對送檢單位信息進行設(shè)置和修改。第17頁4基于pi數(shù)據(jù)庫的主變油溫監(jiān)測系統(tǒng)在實際工作中，主變油溫的

44、遙測數(shù)據(jù)是比較重要的，直接關(guān)系到主變的運行狀態(tài)的正確判斷。而我們在平時工作中，經(jīng)常要查詢油溫歷史運行數(shù)據(jù) ，并進行一定的數(shù)據(jù)分析，為了提高工作效率，開發(fā)了此pi系統(tǒng)。此系統(tǒng)提供本地地區(qū)220kv變電所主變油溫的遙測數(shù)據(jù)監(jiān)測。集成了各變電所油溫歷史運行數(shù)據(jù)的查詢 ，對主變溫度計工作狀態(tài)進行監(jiān)控和分析，對提高實際工作中遙測數(shù)據(jù)校驗工作和故障消缺有很大幫助，提高了工作效率。此作品實現(xiàn)了：實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、實時報警，歷史趨勢展示和數(shù)據(jù)分析及故障輔助判斷。實時數(shù)據(jù)監(jiān)測主要實現(xiàn)了220kv變電所主變狀態(tài)監(jiān)測和二個主變趨勢曲線；在主變油溫柱圖中實現(xiàn)了多狀態(tài)油溫超限報警；數(shù)據(jù)分析及故障輔助判斷主要實現(xiàn)了主變本體二

45、個溫度計油溫遙測數(shù)據(jù)的趨勢圖，和其差集的趨勢曲線。根據(jù)差集趨勢曲線的變化，可以反映二個溫度計和主變的工作狀態(tài)是否良好。如果差集曲線波動較大或某一時刻差值超過一定范圍，就必須在日常巡視中多注意溫度計的工作狀態(tài)。4.1 主界面應(yīng)用效果首先，運行系統(tǒng)初始化程序（見圖3.1）系統(tǒng)初始化，選擇實時監(jiān)測按鈕后進入主程序界面，（見圖4.1）。為了便于使用，所有的顯示和控制都集成在一個主監(jiān)測畫面中，通過此主畫面可以完成整個pi應(yīng)用產(chǎn)品的所有功能。在主界面中，以圖形化的方式集成了主變二個溫度計油溫監(jiān)測趨勢曲線，二個變壓器遙測量數(shù)據(jù)，主要采集了主變?nèi)齻?cè)的電流和功率值，并配合柱狀圖的形式顯示，此外集成了變電所切換下

46、拉菜單和日期選擇控件，并通過一個顯示溫度監(jiān)測按鈕打開溫度監(jiān)測報警功能模塊的功能。這個軟件實現(xiàn)了對本地地區(qū)8個220kv變電所主變油溫的遠程監(jiān)測，并可以通過web發(fā)布的方式，在整個本地電力局局域網(wǎng)上任何一臺工作站上通過ie瀏覽器啟動油溫監(jiān)測系統(tǒng)。第18頁42 功能介紹主變溫度計的校驗是變電所遙測數(shù)據(jù)校驗中比較重要的一個項目，主變油溫溫度計的好壞，直接影響主變狀態(tài)的監(jiān)測。因此，我們考慮是否可以通過對油溫趨勢曲線的分析，判斷出溫度計工作狀態(tài)是否良好。而目前主變本地都安裝二個溫度計，它們的遙測數(shù)據(jù)反應(yīng)的量應(yīng)該是基本一致的，因此我們通過對主變二個溫度計遙測量差值趨勢曲線的分析，就可以對溫度計工作狀態(tài)進行評估。例如，當某一曲線波動較大或者某一點差值超限。