譚立志，蔣松云

（株洲職業(yè)技術學院，湖南 株洲 412001）

在使用大型電力設備的工礦企業(yè)，往往在電纜溝中鋪設距離長、走向復雜的電力電纜。這些電力電纜長期運行在高電壓、大電流狀態(tài)下，特別容易導致溫度升高[1]。若不及時發(fā)現(xiàn)并妥善處理電力電纜的溫度升高情況，往往會引起電纜接頭炸裂及自燃等現(xiàn)象[2]，從而引起電纜火災，危及電力電纜的安全運行，造成重大的經濟損失。所以及時準確掌握電力電纜運行狀態(tài)的長短期變化，對維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關重要。為了從源頭上預防和消除電力電纜火災事故的發(fā)生，改變現(xiàn)有電纜運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，構建了基于Delphi 7.0的電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對電纜及電纜接頭連續(xù)進行溫度監(jiān)測，通過專有的分析算法能夠提前確定電纜的早期故障，實現(xiàn)電纜故障的早期預測。

1 系統(tǒng)組成

基于Delphi 7.0的電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)主要由M-BUS溫度傳感器單元、數(shù)據(jù)采集單元、CAN總線網(wǎng)絡、后臺監(jiān)測系統(tǒng)四部分組成。數(shù)字溫度傳感器單元檢測出電纜的實際溫度值，通過歐洲儀表總線M-BUS將溫度數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元將溫度值采集后按TCP/IP協(xié)議打包通過光纖上傳給監(jiān)測工作站，監(jiān)測系統(tǒng)對采集到的溫度等信息數(shù)據(jù)進行分析、存儲等處理，根據(jù)數(shù)據(jù)幀內容確定測點的位置，得出各測點溫度變化趨勢曲線，并根據(jù)不同設定告警值進行分級報警。監(jiān)測系統(tǒng)把從采集單元傳送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)存入Oracle數(shù)據(jù)庫中。

圖1 基于Delphi 7.0的電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體結構圖

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1編程語言的選擇

Boland公司開發(fā)的Delphi 7.0軟件，是當前應用于工業(yè)自動化控制和數(shù)據(jù)庫開發(fā)的一款非常出色的軟件，它具有簡單易操作的可視化編程界面，豐富的控件資源以及強大的類庫。本軟件采用Delphi 7.0，開發(fā)中應用的第三方控件有ODAC4.0和Oratoolsadd，數(shù)據(jù)庫 SQL開發(fā)采用PL/SQL Developer 7.0。

2.2軟件總體設計

后臺監(jiān)視系統(tǒng)能夠顯示整個廠區(qū)中監(jiān)測電纜分布情況，并顯示測點部位、實時溫度值電纜名稱及分布位置。當電纜發(fā)生過熱故障時，屏幕上顯示發(fā)生故障的部位，這樣系統(tǒng)才能指示出故障發(fā)生的準確部位，因而能有效指導檢修工作。同時監(jiān)測系統(tǒng)可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化提前預測電纜過熱故障，并根據(jù)所監(jiān)測點的溫度趨勢變化情況，提前預警電纜的故障點。

后臺監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由身份驗證及系統(tǒng)初始化、基礎數(shù)據(jù)管理、在線監(jiān)測管理、歷史數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護管理和系統(tǒng)幫助六大部分組成。其整體結構如圖2所示。

圖2 后臺監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

2.3軟件功能模塊設計

2.3.1 身份驗證及系統(tǒng)初始化

使用身份驗證模塊可以防止非專業(yè)工作人員對軟件進行不恰當?shù)牟僮鲗е孪到y(tǒng)無法正常工作。身份驗證模塊界面由兩個Edit控件、界面修飾用控件和兩個按鈕控件組成。啟動系統(tǒng)時，身份驗證模塊從注冊表中提取出用戶名，并在Edit控件中顯示出來；另一個Edit控件由用戶輸入進入系統(tǒng)的口令，用戶口令輸入后，在用戶信息表中進行用戶驗證，若正確則進入系統(tǒng)初始化，同時把用戶信息保存到注冊表中，否則用戶重新輸入口令。如果連續(xù)三次輸入不正確口令，則系統(tǒng)自動退出，并釋放所占用的系統(tǒng)資源。

身份驗證通過后，系統(tǒng)進行初始化，生成系統(tǒng)初始化主界面。主界面主要包括功能主菜單、主要功能快捷鍵按鈕、顯示各隧道的電纜回路名稱的TreeView控件，顯示對應電纜回路示意圖的Picture控件。系統(tǒng)初始化模塊在身份驗證通過后，從本地的用戶ID文件中提取出系統(tǒng)各項功能所對應的數(shù)值，同時將各數(shù)值分別賦予全局變量，判斷是否有服務器發(fā)給該用戶的信息，有則根據(jù)該信息生成新的示意圖文件，生成系統(tǒng)主界面。

2.3.2 基礎數(shù)據(jù)管理

基礎數(shù)據(jù)管理模塊包括隧道資料管理、測點參數(shù)管理、報警參數(shù)管理、示意圖管理、在線電纜資料管理和數(shù)據(jù)采集參數(shù)設置等模塊，具體結構如圖3所示。

圖3 基礎數(shù)據(jù)管理具體結構圖

2.3.3 在線監(jiān)測管理

在線監(jiān)測管理模塊監(jiān)測電纜各監(jiān)測點的溫度值、實時采集各溫度，并顯示出來，對各監(jiān)測值進行計算，確定是否超標，同時采集并顯示出該時刻的電纜功率數(shù)據(jù)。在線或離線狀態(tài)下查看尚未處理的報警信息，并可輸入處理意見和記錄。

在線監(jiān)測管理模塊主要包括開始監(jiān)測模塊、在線報警及處理模塊，停止監(jiān)測模塊，其主要結構如圖4所示。

圖4 在線監(jiān)測管理模塊結構

開始監(jiān)測模塊的處理邏輯是：進入在線監(jiān)測模塊后，用戶點擊主菜單中的“開始監(jiān)測”菜單項，或點擊主窗體中的快捷按鈕，進入開始監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊啟動采集進程，從內存讀取各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，存入相應的數(shù)據(jù)表中，將各采集值與相應的標準進行比較，超標則將有關信息記入報警信息表，同時在主窗體中醒目的標識出當前有超標的信息，并給予聲音提示報警。當用戶選擇相應的隧道分段時，則在以柱形圖或折線圖方式顯示出各點的實時采集數(shù)據(jù)及報警標識等，并可在查看數(shù)值和圖形方式之間進行切換。

在線報警及處理模塊主要功能是在線或離線狀態(tài)下查看尚未處理的報警信息，并可查詢相應測點參數(shù)、可確認全部或單條報警記錄等功能。本模塊的界面主要包括2個顯示實際監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警信息的DBGrid控件和1個顯示報警處理意見的DBMemo控件。在線報警及處理模塊處理邏輯是在數(shù)據(jù)采集監(jiān)測狀態(tài)下，用戶點擊主菜單中的“在線報警及處理”菜單項或主窗體中的快捷按鈕進入在線報警模塊，同時顯示“在線報警及處理”窗體，DBGrid控件中顯示出現(xiàn)報警但尚未確認的監(jiān)測數(shù)據(jù)；另一DBGrid控件中顯示報警的詳細信息。在本模塊中，用戶可以通過點擊“確認”按鈕，查看當前回路的報警記錄或點擊“全部確認”按鈕，確認當前時刻以前所有回路的尚未確認的報警信息。同時用戶還可以打印所查看的報警信息。

停止監(jiān)測模塊主要是關閉實時監(jiān)測功能，釋放有關的內存空間。其處理邏輯是：用戶點擊菜單中的“停止監(jiān)測”菜單項，系統(tǒng)會關閉所有已打開的數(shù)據(jù)表及有關文件，釋放占用的內存空間，主窗體恢復至進入系統(tǒng)時的狀態(tài)。

2.3.4 歷史數(shù)據(jù)查詢

歷史數(shù)據(jù)查詢模塊可以實現(xiàn)在離線狀態(tài)下查詢有關的溫度數(shù)據(jù)和趨勢圖；查詢報警的歷史資料及處理情況，主要包括歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警歷史資料、趨勢圖三個模塊。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊結構如圖5所示。

圖5 歷史數(shù)據(jù)查詢模塊結構

溫度數(shù)據(jù)查詢模塊分別可以實現(xiàn)在離線狀態(tài)下查詢有關的溫度數(shù)據(jù)，并可由此模塊進入溫度趨勢圖模塊，在該模塊下具有打印功能。溫度信息查詢模塊主界面的設計都是利用查詢條件來選擇控件和DBGrid控件，分別用于選擇查詢的回路號、時間段、監(jiān)測點號和顯示所查詢的溫度。溫度數(shù)據(jù)查詢處理邏輯是當用戶點擊主菜單中的“溫度數(shù)據(jù)查詢”菜單項，進入本模塊，用戶選擇查詢條件后，點擊“查詢”按鈕則DBGrid控件顯示滿足條件的所有溫度數(shù)據(jù)，本模塊只能在離線狀態(tài)下進行查詢，在實時監(jiān)測狀態(tài)下不可用。報警歷史資料模塊的設計與溫度數(shù)據(jù)查詢模塊類似。

趨勢圖模塊提供一段時間內電纜有關監(jiān)測點的溫度變化趨勢以及隨系統(tǒng)功率變化的溫度趨勢，有圖片另存為、打印等功能。趨勢圖模塊界面利用條件選擇控件和DBChart控件來實現(xiàn)，其中條件選擇控件用于選擇要查看的回路號、時間段、監(jiān)測點號、測點類型；而DBChart控件用于顯示所查詢點的數(shù)據(jù)趨勢。趨勢圖的處理邏輯如下：用戶點擊主菜單中的“趨勢圖”菜單項，進入本模塊，用戶選擇查看條件后，點擊“確定”按鈕，則DBCart控件顯示滿足條件的數(shù)據(jù)走勢圖，一次可同時顯示4個點的趨勢圖，本模塊僅用于查看離線狀態(tài)的數(shù)據(jù)趨勢。

2.3.5 系統(tǒng)維護管理

系統(tǒng)維護管理模塊包括更改用戶口令模塊、系統(tǒng)管理模塊及退出系統(tǒng)模塊，主要包括用戶賬號和用戶口令的更改，用戶權限的更改設置等其主要結構如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)維護模塊結構

更改用戶口令模塊，該模塊主要完成登錄用戶進入系統(tǒng)的口令更改。系統(tǒng)用戶管理模塊由本系統(tǒng)的管理員使用，主要負責增加、改動、刪除用戶信息及用戶權限分配等。系統(tǒng)用戶管理模塊界面主要由多個按鈕控件和用于設置、顯示用戶系統(tǒng)功能權限的DBCheckBox控件，同時用2個DBEdit控件來設置或顯示用戶所在的單位和用戶口令。

2.3.6 系統(tǒng)幫助

系統(tǒng)幫助模塊包括系統(tǒng)使用說明和關于系統(tǒng)兩部分。作為本系統(tǒng)的使用幫助、用戶手冊及對本系統(tǒng)的說明。

3 數(shù)據(jù)庫設計

在Delphi的編程環(huán)境中，利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)，格式簡單整齊，查詢方便，在程序中也易于實現(xiàn)。因此本系統(tǒng)選擇Oracle 8i數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來存儲電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)。

3.1數(shù)據(jù)庫關系模型的設計

在設計電纜運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)時，需要考慮到監(jiān)測系統(tǒng)使用要求和業(yè)務邏輯，本系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫中表的結構有用戶信息庫表、測點數(shù)據(jù)庫表、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表、隧道資料庫表、隧道分段信息庫表、通信盒信息庫表、實時報警信息庫表、報警信息庫、電纜資料庫、溫度報警標準庫和當前監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表等共12個。數(shù)據(jù)庫表的具體設計如下：

（1）用戶信息庫表 UserTab

用戶信息庫表用于存放操作本系統(tǒng)的用戶信息，主要管理用戶名、用戶所在單位、用戶口令及所在功能組別等。用戶信息庫表的設計如表1所示。

表1 用戶信息庫表UserTab

（2）測點參數(shù)庫表 DotParaTab

測點數(shù)據(jù)庫表用來管理各監(jiān)測點的信息，主要包括測點的編號、盒號、線序、順序號、測點詳細信息、測點位置、測點類型、隧道號及分段號等信息。表2所示為測點參數(shù)庫表。

表2 測點參數(shù)庫表DotParaTab

（3）溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表 DataXX-YY-ZZZYYYY

溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表為每個監(jiān)測點一年一表，用來存放所有監(jiān)測點的溫度監(jiān)測值及監(jiān)測值的時間信息。測點歷史數(shù)據(jù)存儲采用的是每個信息點一年一表，表名中XX-YY-ZZZ表示測點編號，YYYY是四位年份。溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表如表3所示。

表3 溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表DataXX-YY-ZZZYYYY

（4）隧道資料庫表 TunnelInfoTab

隧道資料庫表主要存儲和管理的是監(jiān)測電纜所在隧道的資料信息，主要包括隧道序號、隧道名稱、隧道長度、分段長度等信息。隧道資料庫表如表4所示。

表4 隧道資料數(shù)據(jù)庫表TunnelInfoTab

（5）隧道分段信息庫表 SegmentTab

隧道分段信息庫表如表5所示，主要管理的是隧道的分段號、隧道序號，在示意圖上的直角坐標位置信息等。

表5 隧道分段信息庫表SegmentTab

（6）通信盒信息庫表 BoxInfoTab

數(shù)據(jù)采集通信盒信息庫信息存放在如表6所示的表中。主要內容包括數(shù)據(jù)采集通信盒號、數(shù)據(jù)采集通信盒的IP地址和數(shù)據(jù)采集通信盒的ID編址、數(shù)據(jù)采集通信盒的位置及所在的隧道序號。

表6 通信盒信息庫表BoxInfoTab

（7）實時報警信息庫表 AlarmNowTab

系統(tǒng)的實時報警信息存放在實時報警信息庫表中，主要包括報警測點的編號、報警級別、報警日期與報警時間和報警提示信息等。表7所示為實時報警信息庫表。

表7 實時報警信息庫表AlarmNowTab

（8）歷史報警信息庫表 AlarmInfoTab

系統(tǒng)的實時報警信息經過處理后同時會保存到歷史報警信息庫表中，以便以后在維護查詢歷史數(shù)據(jù)時使用。保存的歷史報警信息主要包括報警測點的編號、報警級別、報警日期、報警時間和報警處理時間等信息。歷史報警信息庫表AlarmInfoTab如表8所示。

表8 歷史報警信息庫表AlarmInfoTab

（9）電纜資料庫表CableTab

電纜資料庫表存放的是電纜回路的信息，主要包括電纜回路編號、電纜回路的用途以及電纜的安裝時間等。電纜資料庫表如表9所示。

表9 電纜資料庫表CableTab

（10）溫度報警標準庫表 AlarmBaseTab

溫度報警標準庫表如表10所示，表中存放著測點類型、溫度警戒值報警標準、溫度危險值報警標準、溫度變化率警戒值報警標準和溫度變化率危險值報警標準。

（11）當前監(jiān)測數(shù)據(jù)表NowDataTab

當前監(jiān)測數(shù)據(jù)表如表11所示，其存放的是當前監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息，包括測點編號、測點類型、溫度變化率值、溫度報警狀態(tài)、溫度變化率報警狀態(tài)、監(jiān)測時間等信息。

表10 溫度報警標準庫表AlarmBaseTab

表11 當前監(jiān)測數(shù)據(jù)表NowDataTab

（12）系統(tǒng)示意圖表 SysImageTab

系統(tǒng)示意圖表存放的是監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測示意圖，如表12所示。

表12 系統(tǒng)示意圖表SysImageTab

4 軟件功能測試

為了驗證基于Delphi的電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)軟件的基本功能，首先連接好硬件設備，并在數(shù)據(jù)采集單元中配置好相關參數(shù)，然后點擊電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的快捷方式，出現(xiàn)用戶登錄界面，輸入用戶名及口令后，進入系統(tǒng)主界面。通過收集各個數(shù)據(jù)集中器的溫度，根據(jù)數(shù)據(jù)集中器的具體位置，實時顯示出各個段的溫度數(shù)據(jù)。其中一組實測電纜溫度如圖7所示。

通過測試，本電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)能正常監(jiān)測電纜監(jiān)測點的溫度，達到系統(tǒng)預期目標。

從實際應用情況來看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)真實可靠、可操作性強，為電纜運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了較為全面的采集和存儲，并建立了長期的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和趨勢分析與預測，為電纜隧道監(jiān)控人員和故障診斷人員的電纜隧道狀態(tài)分析診斷提供了強大的技術指導。該系統(tǒng)已實現(xiàn)網(wǎng)絡化傳輸和遠程監(jiān)控、遠程診斷功能，專業(yè)監(jiān)控人員通過電纜隧道運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分析能很好地掌握電纜隧道運行狀態(tài)、及時發(fā)現(xiàn)故障并指導檢修，系統(tǒng)能捕捉到電纜隧道的早期故障，預報故障趨勢，實現(xiàn)電纜的預知維修。

圖7 實測電纜溫度圖

[1]劉英，曹曉瓏.電力電纜在線測溫及載流量的研究進展與應用[J].輸配電技術，2007（4）：11-14.

[2]于春風，張?zhí)扉_，劉艷.基于 Delphi7.0的溫控儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[J].自動化儀表，2007（6）：21-23.