張 丹，薛 開，黃文浩

（1.92493部隊(duì)計(jì)量測試中心，遼寧葫蘆島125001；2.哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）

柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 丹1，薛 開2，黃文浩2

（1.92493部隊(duì)計(jì)量測試中心，遼寧葫蘆島125001；2.哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）

根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能，對監(jiān)控軟件系統(tǒng)進(jìn)行功能需求分析，提出了其監(jiān)控軟件的整體設(shè)計(jì)思路。監(jiān)控軟件由數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)和控制策略軟件構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫作為中間支撐層，支撐通信子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)和控制策略軟件的正常運(yùn)行。針對柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置所設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件具有多數(shù)據(jù)源處理、人機(jī)界面、統(tǒng)計(jì)分析等特色功能。通過應(yīng)用案例，可以實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性的集中監(jiān)控，并完成現(xiàn)場檢定的任務(wù)。

柴油發(fā)電機(jī)組；監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)場檢定

柴油發(fā)電機(jī)組作為一種常用、備用和應(yīng)急發(fā)電用裝置在工業(yè)生產(chǎn)、船舶等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性以及連續(xù)性十分重要，因此與其配套的輸出特性的現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)在其自動化過程中起著十分重要的作用。設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確、及時(shí)的能夠檢測柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性檢定裝置的監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。

本文根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能，對監(jiān)控軟件系統(tǒng)進(jìn)行功能需求分析，提出了其監(jiān)控軟件的整體設(shè)計(jì)思路，并完成了開發(fā)。本監(jiān)控軟件具有以下的優(yōu)點(diǎn)：1）能自動控制被測柴油發(fā)電機(jī)組的起停、自動采集數(shù)據(jù)、自動處理數(shù)據(jù)和計(jì)算參數(shù)，以及自動繪制特性曲線，并提供事后打印測試結(jié)果報(bào)告等功能；2）被測柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)驗(yàn)過程用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制，只要按照編制好的程序執(zhí)行，就可以完成被測試柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)項(xiàng)目；3）實(shí)現(xiàn)自動采集數(shù)據(jù)，減少測試誤差、提高柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性檢定準(zhǔn)確度；4）操作方便，節(jié)省時(shí)間，節(jié)省人力，提高測試效率[1]。

1 監(jiān)控軟件功能需求分析

主要有以下功能：

（1）數(shù)據(jù)采集。包括：1）三相電壓、三相電流、頻率、溫度等參數(shù)的采集；2）交流電子負(fù)載開關(guān)狀態(tài)、裝置工作狀態(tài)以及運(yùn)行警告狀態(tài)等的采集。

（2）人機(jī)監(jiān)控功能。包括：1）采集及計(jì)算的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)顯示；2）測量數(shù)據(jù)趨勢圖的實(shí)時(shí)顯示；3）越限報(bào)警顯示；4）操作記錄顯示。

（3）配置功能。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行前，需要輸入柴油發(fā)電機(jī)組的額定參數(shù)，隨著柴油發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率設(shè)置交流電子負(fù)載的模擬負(fù)載，以及保護(hù)定值、越限值等信息。

（4）打印功能。監(jiān)控系統(tǒng)在檢定過程結(jié)束后，需要打印輸出柴油發(fā)電機(jī)組的檢定結(jié)果報(bào)告。

2 監(jiān)控軟件方案設(shè)計(jì)

柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)主要由被測柴油發(fā)電機(jī)組和監(jiān)控軟件組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。監(jiān)控軟件由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)與人機(jī)交互子系統(tǒng)和控制策略軟件構(gòu)成[2]。數(shù)據(jù)庫作為中間層，支撐各子系統(tǒng)應(yīng)用軟件的運(yùn)行；通信子系統(tǒng)完成與各個(gè)采集裝置的報(bào)文收發(fā)，并將協(xié)議統(tǒng)一處理成Modbus標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議；人機(jī)交互子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的顯示及維護(hù)等功能。監(jiān)控軟件的整個(gè)架構(gòu)如圖2所示。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)框圖

圖2 柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性檢定裝置系統(tǒng)監(jiān)控軟件架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分類、存儲、檢索和維護(hù)，主要包括歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫讀寫接口。

（1）歷史數(shù)據(jù)庫

早期人工管理數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)無法保存、冗余度大、數(shù)據(jù)不能共享等缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有共享度高、冗余度小，具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力。歷史數(shù)據(jù)庫采用SQL Expert將所有工程數(shù)據(jù)全部入歷史庫，同時(shí)提供數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出。對歷史數(shù)據(jù)庫的訪問采用開放數(shù)據(jù)庫連接（ODBC）方式，開發(fā)人員可以添加數(shù)據(jù)庫驅(qū)動程序，將應(yīng)用程序與用戶所選的DBMS聯(lián)系起來[3]。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保存了大量的歷史數(shù)據(jù)，可以幫助檢定人員分析變化規(guī)律，分析故障，防止故障重復(fù)發(fā)生。

柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置系統(tǒng)在工作中會產(chǎn)生大量的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括：三相電壓、三相電壓、三相電流、負(fù)載輸出功率、頻率、溫度、三相負(fù)載的輸出狀態(tài)以及外部設(shè)備的工作狀態(tài)等。

（3）數(shù)據(jù)庫讀寫接口

數(shù)據(jù)庫訪問結(jié)構(gòu)按動態(tài)鏈接庫（DLL）實(shí)現(xiàn)，提供C語言訪問形式。采用表、記錄、域（屬性）作為函數(shù)參數(shù)來訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的通用訪問接口，可以方便的開發(fā)各種應(yīng)用程序。當(dāng)表結(jié)構(gòu)改變時(shí)，一般增加某些域以滿足新的功能需要，通常只需要修改和編譯與新增域有關(guān)的應(yīng)用程序，而不需要修改和編譯其他的應(yīng)用程序。

2.2 通信子系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控軟件與交流電子負(fù)載模塊、電量采集模塊、溫度采集模塊之間通信，每個(gè)模塊所采用的通信協(xié)議不同，每個(gè)模塊都有一個(gè)通道。通信子系統(tǒng)主要由前置協(xié)議處理程序和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議處理程序兩個(gè)模塊組成。前置協(xié)議處理程序負(fù)責(zé)把不同的協(xié)議轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議，再轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議處理程序；標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議處理程序通過內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對報(bào)文進(jìn)行解釋后，調(diào)用通信報(bào)文處理接口對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.3 人機(jī)交互子系統(tǒng)

人機(jī)交互子系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)應(yīng)用程序：

圖形：可按用戶需要定義各類圖形，包括三相電流電壓曲線圖、功率曲線圖、頻率曲線圖、溫度曲線圖等，還可以自行定義各種顯示小圖元，以反映數(shù)字量的狀態(tài)，在運(yùn)行時(shí)可以準(zhǔn)確顯示各種動態(tài)數(shù)據(jù)。

報(bào)表：采用Excel形式的電子表格顯示報(bào)表，數(shù)據(jù)來源主要包括歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、用戶自定義的數(shù)據(jù)、常數(shù)、各種數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果等。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行累計(jì)值、平均值、最大值、最小值等統(tǒng)計(jì)運(yùn)算。

報(bào)警：能夠?qū)Σ裼桶l(fā)電機(jī)組輸出功率超出計(jì)劃、過壓、欠壓、過流以及通信異常等事件報(bào)警，并具有事件歷史記錄功能。警告類型可分為普通、裝置動作、裝置異常操作等。

數(shù)據(jù)庫組態(tài)界面：數(shù)據(jù)庫組態(tài)界面是用戶建立數(shù)據(jù)庫模型的圖形化界面，以幫助用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)庫表的記錄生成、查詢和修改等工作。支持在線交互式數(shù)據(jù)庫維護(hù)。

2.4 控制策略算法軟件

根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的額定輸出，制定相應(yīng)的交流電子負(fù)載模擬量輸出，并根據(jù)選擇工作模式制定加載計(jì)劃。根據(jù)加載計(jì)劃，通過數(shù)據(jù)庫平臺提供的數(shù)據(jù)庫讀寫接口將計(jì)算出的加載計(jì)劃發(fā)給通信子系統(tǒng)。通過應(yīng)用子系統(tǒng)將控制策略算法軟件的數(shù)據(jù)源、計(jì)算結(jié)果、統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果以直觀的圖形界面顯示。

3 應(yīng)用案例

基于上述軟件架構(gòu)和設(shè)計(jì)思想，基于Windows的可視化程序開發(fā)工具，采用功能強(qiáng)大的C#語言，通過數(shù)據(jù)與驅(qū)動的方式調(diào)用不同的程序代碼，成功的研發(fā)出了柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置監(jiān)控軟件系統(tǒng)。軟件主界面及顯示控制界面分別如圖3和圖4所示。

圖3 軟件主界面

圖4 顯示控制界面

表1 柴油發(fā)電機(jī)輸出檢定結(jié)果報(bào)告表

在柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)采用額定功率為40 kW的柴油發(fā)電機(jī)，通過控制交流電子負(fù)載三相模擬量輸出模擬柴油發(fā)電機(jī)負(fù)載。三相電壓及頻率曲線圖如圖5和圖6所示。柴油發(fā)電機(jī)組輸出檢定結(jié)果報(bào)告如表1所示。

圖5 三相電壓曲線

圖6 頻率曲線圖

4 結(jié)束語

本文通過對柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置的系統(tǒng)架構(gòu)、控制方式，提出了監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)方案，不僅實(shí)現(xiàn)了對柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，還提供了只能協(xié)調(diào)控制策略的運(yùn)行平臺。該系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用，大大提高了工作效率，并且方便維護(hù)，達(dá)到了預(yù)期的各項(xiàng)指標(biāo)性能，實(shí)現(xiàn)了柴油發(fā)電機(jī)組輸出特性現(xiàn)場檢定的功能。

[1]R.C.Green，Wang Lingfeng，M.Alam.Applications and Trends of High Performance Computing for Electric Power System：Focus on Smart Grid[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2013，4（2）：922-931.

[2]高慶文.基于組態(tài)軟件的柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2013，3（2），92-96.

[3]李樹彪，韓敬偉.基于多任務(wù)的智能測量儀器嵌入式軟件設(shè)計(jì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2013，34（12）：1-6.

DieselGenerating SetOutputCharacteristic Field Prover System

ZHANG Dan1，XUE Kai2，HUANGWen-hao2
（1.Center of Metrology，Unit 92493，Huludao Liaoning 125001，China；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Harbin Engineering University，Harbin Heilongjiang 150001，China）

According to the structure and function of the diesel generating set output characteristic field prover system，the functional requirements of themonitoring software system has been analysed，and the overall design idea of themonitoring software system is presented.Themonitoring software system consists of data processing subsystem，communication subsystem，human-computer interaction subsystem and control strategy software.The database is used as an intermediate support layer，which supports the normal operation of the subsystem.The minitoring software designed by the diesel generating set output characteristic field prover system has the characteristics ofmulti data source processing，human-machine interface and statistical analysis.Through the application of the case，it can realize the diesel generating set output characteristics of centralized monitoring，and complete the task of sence verification.

diesel generator set；monitoring system；sence verifacation

TP274

A

1672-545X（2017）04-0243-04

張丹（1969-），男，遼寧人，92493部隊(duì)高級工程師，主要從事儀器計(jì)量測試、監(jiān)測故障診斷方向的研究；薛開（1964-），男，哈爾濱人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事制造業(yè)信息化、艦船設(shè)備測控、機(jī)器視覺等方向的研究；黃文浩（1990-），男，吉林人，在讀博士生，主要從事制造業(yè)信息化、艦船設(shè)備測控等方向的研究。