倪良華，潘曉明，章心因，仝琛石，李 彬

（1.南京工程學院電力工程學院，江蘇南京211167； 2.蘇州供電公司，江蘇蘇州210008）

0 引言

隨著微機保護的快速發(fā)展，尤其是高度智能化數字式微機保護裝置在電力系統(tǒng)的廣泛應用，為保證其安全可靠運行，對繼電保護試驗技術提出了更高的要求。繼電保護測試儀擔負著測試微機保護測控裝置性能的重要任務，能及時發(fā)現(xiàn)保護測控裝置中隱藏的軟/硬件錯誤、驗證其性能、保證其正確可靠動作，避免誤動拒動，對保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要的意義［1］。目前，變電站35 kV 以下的線路保護一般會選用兩個以上主流的保護設備廠家，針對江蘇省電力公司標準化作業(yè)指導書中對新投設備驗收要求，為了有效提高工作效率、試驗數據準確性以及提高施工中的安全可靠性，防止由于試驗方法問題引起插件或設備損壞，保證新投保護測控裝置的投運可靠，筆者研究分析南瑞繼保公司、國電南自公司和四方公司3家公司的保護測控裝置內對操作回路各組成繼電器要求，開發(fā)了微機保護跳閘出口操作板（以下簡稱微機保護操作板）智能校驗裝置，該裝置不僅可作為繼電保護生產廠家的試驗設備，也可推廣成為電力公司基建、檢修單位進行現(xiàn)場檢驗的試驗設備。

本研究重點論述該裝置上位機軟件的設計思路與實現(xiàn)方法。根據設計要求，上位機軟件主要完成用戶登錄、被測操作板信息管理、通訊端口參數設置、校驗參數配置、操作板自動測試監(jiān)控以及測試報告的生成、分析與打印等任務。

LabVIEW 是由美國NI 公司研制開發(fā)的圖形化編程語言，它能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設備驅動程序、支持多種多樣的分析等功能，為用戶快捷地構筑自己在實際生產中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎條件［2-3］。本研究利用LabVIEW平臺開發(fā)檢驗裝置上位機管理程序，成功實現(xiàn)對該智能檢驗裝置的控制以及對測試結果信息的快速處理。

1 校驗裝置工作原理

該校驗裝置組成如圖1所示。該裝置硬件由一臺高性能PC 上位機、單片機監(jiān)控裝置以及測試對象微機保護操作板構成，操作板上包含有需校驗的各種繼電器TBJ、HBJ、TBJV、KKJ、TWJ、HWJ、SHJ、STJ。單片機監(jiān)控裝置與微機保護出口操作板之間通過設計的專用接口相連接，上位機與單片機之間經由USB轉串口進行通訊。

圖1 微機保護操作板智能校驗裝置組成圖

圖2 校驗裝置試驗原理圖

校驗裝置硬件組成結構如圖2所示。其主要由單片機主控系統(tǒng)、兩路可自動調節(jié)直流電流模塊和一路可自動調節(jié)直流電壓模塊、功放模塊、A/D 轉換器電路、D/A 轉換器電路、開入開出模塊、通信組件以及過流和過壓保護電路等構成。單片機主CPU 接收到上位機下達測試命令，對命令狀態(tài)字進行解碼分析，確定測試內容，再通過SPI 總線接口將驅動信號發(fā)給16位D/A轉換器LTC1595B，產生高精度的直流電壓和直流電流信號；對于電流放大，本研究采用4片CMOS場效應功率管IRF840并行處理，并通過串聯(lián)負反饋電路實現(xiàn)恒流輸出；對于電壓放大，本研究采用12片PMOS場效應放大管IRF9640 并聯(lián)驅動，且采用并聯(lián)負反饋電路進行恒壓輸出。筆者將產生直流電壓和電流信號經接口加至被測繼電器上，檢測其接點動作情況，一旦判定接點變化，立即回采電流電壓值，回采值經運放放大后用16 位A/D 轉換器AD7685 進行模數轉換，主CPU 讀取回采值并進行轉換計算，最后經通信端口將測試結果數據上傳至上位機。上位機軟件負責管理控制整個裝置和校驗結果信息處理工作。

2 上位機軟件設計

2.1 上位機軟件總框架

圖3 上位機管理軟件框架圖

基于LabVIEW 平臺的上位機軟件采用模塊化編程，軟件總框架圖如圖3所示。軟件模塊包括用戶登錄、用戶信息維護、通訊端口參數設置、操作板選擇與校驗、測試結果報表生成與打印等模塊。同時為方便處理各種信息，該軟件設計了用戶信息數據庫、操作板基本信息數據庫和測試結果數據庫，供各功能模塊實現(xiàn)信息共享。

上位機軟件具有實時多任務、多窗口的特點［4］。在Windows下運行的測試程序充分利用Windows多線程的特點，大大增加通訊數據的吞吐量，提高了程序運行的實時性。在對保護裝置出口操作板進行測試的同時，可以通過計算機USB口與單片機測控裝置通訊，實時監(jiān)視被測保護裝置的測試情況。

2.2 數據庫設計

應用軟件中通過使用數據庫既可以高效地管理數據、提取所需信息，又可以快速存儲數據，同時使報表的生成更為方便。上位機軟件中一共設計了用戶信息、操作板基本信息和測試結果3個數據庫以及1個測試結果臨時數據庫。用戶信息數據庫用來存儲用戶的基本信息，包括登錄名、密碼、使用權限和最近登錄時間等信息；測試結果數據庫用于存放被測操作板校驗結果信息，并為最終生成打印報表提供技術數據；測試結果臨時數據庫主要用于用戶實時瀏覽測試結果。

目前主流的數據庫管理系統(tǒng)有DB2、Oracle、Mysql 和Access 等。其中Access 存儲方式簡單、面向對象且界面友好，受到用戶歡迎，因此該軟件選用Access設計數據庫。

而應用LabVIEW 軟件訪問數據庫通常有3 種方法［5］：

（1）利用附加工具包LabVIEW SQL Toolkit。

（2）編寫動態(tài)連接庫DLL程序。

（3）利用ActiveX調用ADO控件。

該軟件采用第3種方法訪問數據庫。建立在OLE（Object Link and Embed）底層技術之上的ADO 控件是一種封裝好的程序框圖。通過ADO控件可以高效、可靠地執(zhí)行數據庫連接、讀寫等操作［6］。

連接用戶信息數據庫的程序代碼如圖4所示。其中“Driver”指定數據庫驅動程序，Dbq指定要訪問的數據庫的路徑。系統(tǒng)通過該程序即可連接到Access數據庫。連接數據庫之后，ADO封裝元件可用于對數據庫進行讀寫、查詢工作。讀取數據庫內的信息并顯示至表格的程序框圖如圖5所示。系統(tǒng)可將用戶信息數據庫直接讀至表格顯示控件，并對表格控件的表頭進行命名。利用“格式化寫入字符串”函數和數據庫寫入SQL語言進行連接，實現(xiàn)將數據信息寫入所連接數據庫。

2.3 通訊模塊設計

圖4 連接數據庫的程序代碼

圖5 讀取數據庫至表格的程序

上位機通過USB 轉串口與單片機測控裝置進行通訊，接線簡單方便，信息傳輸速率比較高，響應速度比較快，有利于系統(tǒng)實現(xiàn)快速測試。VISA 是Lab?VIEW 中驅動程序間相互通信的底層功能模塊，可以連接不同標準的I/O 設備，易于實現(xiàn)串口通信設備與計算機設備之間通信［7-8］。通訊模塊的通訊協(xié)議按照報文形式組織程序設計。

串口初始化設置波特率為9 600 bit/s、8 位數據位、1 位停止位、無奇偶校驗、延時讀取時間為20 ms。通訊端口參數設置界面及程序如圖6所示。

圖6 通訊端口參數設置界面及程序

實現(xiàn)上位機與單片機的通訊不僅要設置上位機的通訊參數，還需對單片機制定通訊規(guī)約。該設計使用異步串行通信，RS-232電平，波特率、起始位等與上位機參數相對應。通訊采用一主從輪詢模式。子站收到主站發(fā)來的報文后，在100 ms內發(fā)送應答幀給主站，而對主站發(fā)來的廣播報文不應答。報文間隔為至少20 ms 的空閑，同一幀的字節(jié)間隔不大于10 ms，報文格式如表1所示。

表1 通訊報文格式

2.4 用戶登錄及用戶信息管理模塊

針對本研究所開發(fā)的校驗裝置屬繼電保護專用的試驗設備，為有效保護所設計裝置的各種配置參數，同時為保證硬件設備安全，將非專業(yè)操作人員拒于系統(tǒng)之外，避免由于使用者誤操作損壞系統(tǒng)，設置軟件使用權限十分必要，為此筆者設計了用戶登錄模塊［8］。該模塊將用戶權限分為管理員和普通用戶兩類，管理員擁有最高級別權限，可以管理和維護整個校驗裝置；普通用戶擁有一般權限，經授權后可使用該系統(tǒng)。

用戶登錄模塊程序如圖7所示。系統(tǒng)首先通過ADO元件寫入SQL查詢語言讀取數據庫信息，然后利用搜索數組函數搜索與登錄名相匹配的用戶信息，比對密碼正確無誤后，用戶即登錄成功。

圖7 用戶登錄模塊程序

用戶信息管理模塊用于管理員維護不同用戶信息，可添加、刪除和修改用戶基本信息。實現(xiàn)添加新用戶功能的程序如圖8所示。系統(tǒng)利用ADO 控件和INSERT INTO語句向數據庫寫入新用戶信息。

2.5 操作板選擇與校驗模塊

針對典型繼電保護生產廠家出口操作板繼電器的校驗，該軟件中設計了操作板選擇與校驗模塊，用戶可以方便地進入不同廠家操作板校驗的界面。

圖8 添加新用戶信息程序

操作板選擇與校驗模塊主要實現(xiàn)被測操作板基本信息管理、校驗項目選擇、測試命令下達、通訊、儀表化顯示結果、測試過程監(jiān)視、測試結果保存和瀏覽等功能。國電南自公司保護出口操作板校驗模塊界面如圖9所示。

圖9 操作板校驗界面圖

該模塊運用邏輯語言判斷函數以及事件結構實現(xiàn)測試對象的單選與全選功能［9］，測試過程中軟件后臺與下位機不停傳輸報文并以儀表化的方式監(jiān)測測試進度，測試成功后通過數據庫的讀寫操作可以將測試結果存儲至ACCESS數據庫并瀏覽測試結果。

在對所選繼電器校驗測試之前，需進行相關的參數設置，測試參數設置如圖10所示。其作用是生成正確可行的報文，繼而實現(xiàn)正常通訊。繼電器的各參數每次被設置后被保存至文件以方便以后校驗時直接讀取，該模塊設定唯有管理員權限可以自行更改參數，以防普通用戶對參數的隨意設定而損壞硬件。

圖10 測試參數設置

2.6 報表生成與打印模塊

為滿足調閱或打印測試結果的需要，須將測試結果生成報表。LabVIEW 具有許多生成報表的方法，生成Word 報表的具體方法有3 種［10］：①利用MS Office Report.vi。②利用ActiveX 自動化引用。③利用Word Specific。通過MS Office Report.vi 生成報表書簽數量最多只有17 個，這就很大程度地限制了報表中的數據寫入量。ActiveX 自引用生成報表是通過設置對象屬性和調用方法訪問Word 對象，通過循環(huán)語句調整鼠標位置來輸入信息，生成規(guī)則的模板比較方便。Word Specific 生成Word 文檔，通過表格的行列屬性插入數據，具有程序簡單且易于修改的特點［11］。

該軟件報表采用第3 種方法設計，在預先設計好的Word 模板中通過表格的行列屬性添加信息，利用Word Specific 生成報表程序如圖11所示。測試系統(tǒng)生成的測試結果報告樣式如圖12所示。其內容包括被測板件的基本信息、測試數據結果、測試人員及測試日期等。系統(tǒng)在生成報表的程序中預先設置邏輯判斷語句，可以快速、準確地評估各繼電器的各項測試結果是否滿足指標。

圖11 利用Word Specific生成報表程序

3 結束語

本研究針對微機保護出口操作板智能校驗裝置，設計了基于LabVIEW語言開發(fā)的上位機軟件，詳細論述了軟件實現(xiàn)的基本功能和編程思想，其具有界面友好、功能多樣、操作簡便、性能優(yōu)越等優(yōu)點。該軟件對操作板校驗的便捷性、高效性有了很大程度地提升，其各個功能模塊都展現(xiàn)出其在投入實踐中的強大適應性。該機軟件已投入使用，經過試驗能出色地完成各項功能，滿足操作板智能校驗系統(tǒng)長期運行的需求。本研究闡述的設計思路和關鍵的技術環(huán)節(jié)對同類產品的研制具有一定的參考價值。

圖12 報表生成樣式

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