鄭昕

摘要：核電站交流配電裝置的電氣試驗工作量繁重，試驗過程耗時較長，硬件儀器操作相對不便。目前，數(shù)據(jù)主要以紙質(zhì)記錄和簡單的計算機電子版文件形式存儲，這導(dǎo)致在試驗過程中存在工作效率低下、試驗數(shù)據(jù)混亂和丟失等問題。為了實現(xiàn)調(diào)試、試驗、數(shù)據(jù)上傳和導(dǎo)出的一體化流程，提高交流配電裝置電氣試驗的效率，并避免裝置故障或人為失誤造成的潛在危險，文章設(shè)計并實現(xiàn)了核電站交流配電調(diào)試機器人軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過提供簡潔、雅觀且易于操作的圖形化界面，協(xié)助試驗人員進行中低壓交流配電裝置的電氣試驗，并實現(xiàn)對機器人的控制以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

關(guān)鍵詞：上位機軟件；用戶界面；串口通信；C#

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）11-0057-03

1 緒論

當(dāng)前，核電站配電裝置的電氣試驗存在以下問題：首先，配電裝置數(shù)量眾多，電氣試驗工作量大且煩瑣，導(dǎo)致試驗周期長，效率低下。其次，在試驗過程中，由于試驗人員對試驗方法、試驗設(shè)備、試驗規(guī)程、試驗接線等專業(yè)知識掌握不足，難以熟練地進行電氣試驗工作，進而延長了試驗時間，降低了工作效率[1]。電氣試驗產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)對于診斷設(shè)備運行工況、及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，以及構(gòu)建變電站大數(shù)據(jù)環(huán)境、推動智能化變電站的發(fā)展具有重要意義。然而，目前大部分電力企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式或簡單的電子文件存儲試驗數(shù)據(jù)[2]，這容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和混亂，無法進行自動分析等高級操作，難以充分利用龐大的試驗數(shù)據(jù)促進生產(chǎn)發(fā)展[3]。引入核電站交流配電調(diào)試機器人代替工作人員進行電氣試驗，不僅能提高工作效率，降低操作失誤的風(fēng)險，還能有效保障人身安全。利用機器人簡化電氣試驗中復(fù)雜的操作步驟，可大幅提高工作效率，節(jié)省人力物力，對推動電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)的發(fā)展具有重大意義，并能帶來顯著的經(jīng)濟效益[4]。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計

軟件系統(tǒng)采用Unity開發(fā)界面，以提供直觀易用的操作體驗。由于軟件系統(tǒng)需要與多種硬件儀器進行串口通信，因此選用工控機軟件常用的編程語言C#來實現(xiàn)各模塊功能。軟件系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

2.2 軟件系統(tǒng)的各模塊設(shè)計與實現(xiàn)

2.2.1 登錄注冊模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

登錄注冊模塊包含登錄、注冊及錯誤提示3部分功能。試驗人員在軟件登錄界面輸入用戶名和密碼后，軟件系統(tǒng)獲取文本框內(nèi)容，并與數(shù)據(jù)庫中的信息進行匹配對比，以實現(xiàn)對試驗人員身份的認證。當(dāng)試驗人員需要注冊時，需輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)會校驗用戶名和密碼的格式。若用戶名長度超過20個字符或密碼長度不足8個字符，系統(tǒng)會提示試驗人員進行修改。該模塊對密碼進行了MD5加密處理，當(dāng)試驗人員注冊時，軟件系統(tǒng)獲取密碼并通過MD5算法進行加密，將加密后的結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)試驗人員登錄時，軟件系統(tǒng)會首先對文本框內(nèi)的密碼進行加密處理，然后與數(shù)據(jù)庫中存儲的加密密碼進行對比，以驗證身份。上述過程確保了系統(tǒng)的安全性和用戶隱私保護。

2.2.2 控制模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

控制模塊負責(zé)對機器人進行功能控制。試驗人員首先選擇試驗對象，即配電裝置類型，包括10kV中壓柜、380V低壓柜和380V抽屜柜。當(dāng)系統(tǒng)進入掃碼器攝像頭界面后，試驗人員可以選擇是否開啟掃碼器和攝像頭。若開啟掃碼器，試驗人員可掃描二維碼操作票，軟件系統(tǒng)解析二維碼內(nèi)容，并根據(jù)已選擇的配電裝置類型自動向?qū)?yīng)的機械手下發(fā)操作指令。若開啟攝像頭，攝像頭將識別配電裝置的二次儀表門狀態(tài)；軟件系統(tǒng)根據(jù)識別結(jié)果，并結(jié)合已選擇的配電裝置類型，自動向?qū)?yīng)的機械手下發(fā)操作指令。此外，試驗人員也可以選擇跳過掃碼器攝像頭界面，直接在機械手界面選擇相應(yīng)的機械手動作并下發(fā)指令。軟件系統(tǒng)向機械手下發(fā)指令后，第一套機械手將輔助試驗人員打開10kV中壓柜和380V低壓柜，而第二套機械手則輔助試驗人員打開380V抽屜柜?？刂颇K的流程圖如圖2所示。

機器人所搭載的掃碼器為微光互聯(lián)TX200嵌入式掃碼器。軟件系統(tǒng)與掃碼器通過USB接口進行連接通信。掃碼器支持在PC端直接訪問開發(fā)，軟件系統(tǒng)調(diào)用廠家提供的32位和64位dll類型接口動態(tài)庫以實現(xiàn)相關(guān)功能。進入掃碼器攝像頭界面后，軟件系統(tǒng)會首先調(diào)用API函數(shù)獲取掃碼器單例，與掃碼器建立連接。當(dāng)試驗人員選擇打開掃碼器時，軟件系統(tǒng)調(diào)用API函數(shù)下發(fā)指令打開掃碼器并等待掃碼。掃描操作票二維碼后，軟件系統(tǒng)解析出掃描結(jié)果，并根據(jù)操作票二維碼的結(jié)果向機械手下發(fā)相應(yīng)的指令。操作票二維碼會先通過廠家提供的軟件進行設(shè)定。

機器人上搭載的攝像頭為?？低暪I(yè)相機，型號為600 萬網(wǎng)口MV-CA060-11GM/10GC，具備1/1.8 英寸CMOS傳感器。攝像頭能夠識別配電裝置二次儀表門的正確狀態(tài)，并向軟件系統(tǒng)發(fā)送識別結(jié)果。軟件系統(tǒng)根據(jù)這些識別結(jié)果向機械手下發(fā)相應(yīng)的指令。

2.2.3 電氣試驗?zāi)K的設(shè)計與實現(xiàn)

對于電氣試驗?zāi)K，本文提出以下實現(xiàn)方案：在電氣試驗界面，試驗人員可以選擇試驗報告（共包含12種試驗報告模板）。試驗報告以類似Word文檔的形式展示給試驗人員，其中試驗日期和時間由軟件系統(tǒng)自動導(dǎo)入，而試驗名稱等其他基本信息則由試驗人員手動輸入。在電氣試驗界面，試驗人員還需選擇試驗儀器，軟件系統(tǒng)將與對應(yīng)的試驗儀器進行串口通信，以獲取試驗數(shù)據(jù)。試驗人員只需點擊電氣試驗界面中試驗報告內(nèi)的文本框，試驗數(shù)據(jù)便會按順序自動填入這些文本框內(nèi)。

本模塊的難點在于如何將采用不同通信和數(shù)據(jù)傳輸方式的試驗儀器集成到軟件系統(tǒng)中，從而為試驗人員提供統(tǒng)一且簡化的操作體驗。例如，機器人上搭載的萬用表，其通信方式僅需安裝相應(yīng)驅(qū)動即可打開串口，數(shù)據(jù)傳輸方式為萬用表在接收到軟件系統(tǒng)下發(fā)的指令后上傳數(shù)據(jù)包，由軟件系統(tǒng)解析即可；而機器人上搭載的絕緣電阻表，其通信方式則需要調(diào)用WindowsAPI來建立連接并進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸方式則是軟件系統(tǒng)連接絕緣電阻表后，接收來自絕緣電阻表傳輸?shù)膯巫止?jié)數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)需要判斷數(shù)據(jù)的完整性并解析數(shù)據(jù)。此外，各試驗儀器所采用的通信協(xié)議也各不相同。本模塊的流程圖如圖3所示。

機器人上搭載的萬用表型號為VICTOR 98A+智能手持萬用表。軟件系統(tǒng)首先安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序，然后通過USB接口與萬用表建立連接。萬用表的數(shù)據(jù)傳輸方式是：試驗人員點擊萬用表上的保存按鈕，萬用表會存儲當(dāng)前的試驗數(shù)據(jù)。當(dāng)萬用表旋鈕調(diào)至MEM檔時，它即進入數(shù)據(jù)傳輸模式。此時，軟件系統(tǒng)根據(jù)通信協(xié)議下發(fā)指令，萬用表則上傳存儲的數(shù)據(jù)。進入電氣試驗界面后，軟件系統(tǒng)會首先獲取萬用表的API單例，與萬用表建立連接。當(dāng)試驗人員選擇使用萬用表時，軟件系統(tǒng)首先調(diào)用API獲取試驗數(shù)據(jù)的數(shù)量，再逐條獲取具體數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)信息展示在軟件界面的提示框中。隨后，試驗人員點擊報告模板中的文本框，試驗數(shù)據(jù)便會按順序逐條自動填入。

機器人上搭載的絕緣電阻表型號為UT512絕緣電阻測試儀。軟件系統(tǒng)與絕緣電阻表通過USB接口連接，無須安裝額外的驅(qū)動程序。絕緣電阻表的通信方式較為特殊，需要根據(jù)PID、VID和波特率來打開設(shè)備。一旦設(shè)備被成功打開，絕緣電阻表即與軟件系統(tǒng)建立連接，并持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

2.2.4 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理模塊主要包括試驗數(shù)據(jù)增刪改查、試驗報告導(dǎo)出以及試驗報告打印三部分功能。試驗數(shù)據(jù)選擇使用SQLite數(shù)據(jù)庫進行保存和管理。軟件系統(tǒng)為試驗人員提供了查詢、修改和刪除等操作功能，具體的操作流程如圖4 所示。由于Unity 本身不支持COM組件，因此無法直接操作Office Word文檔。在Unity中引入對應(yīng)的COM組件或?qū)隢POI、DocX等類庫來讀寫Office Word文檔，往往會出現(xiàn)dll文件錯誤、版本沖突（如Unity為兼顧串口通信等其他功能，其.Net版本需要限定在特定版本）以及生成的文檔受損等問題，這些問題導(dǎo)致了運行效果的不穩(wěn)定，不利于后續(xù)的優(yōu)化改進工作。因此，本模塊設(shè)計了一個WinForm程序來實現(xiàn)試驗報告導(dǎo)出為Word文檔的功能。這個WinForm程序?qū)⒈徊渴鹪谲浖到y(tǒng)的文件夾下。當(dāng)試驗人員點擊導(dǎo)出數(shù)據(jù)選項時，軟件系統(tǒng)將調(diào)用這個WinForm 程序，并傳遞相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)。WinForm程序會根據(jù)模板路徑讀取模板Word文檔，將試驗數(shù)據(jù)填入Word文檔中，并提供選擇是否打印的選項。該WinForm 程序使用NPOI 庫來實現(xiàn)導(dǎo)出Word文檔的功能，并將生成的文檔存放在configuration.xml文件中配置的保存路徑下。試驗人員可以在配置文件中指定模板的路徑和文檔的存儲路徑。具體的操作流程如圖5所示。

2.3 軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫中包含所有380V低壓系統(tǒng)和10kV中壓系統(tǒng)試驗報告對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表與用戶信息表，每張表即表中的表項都有對應(yīng)的注釋，便于修改查詢等操作。

試驗報告共有12種：10kV中壓配電盤電氣初步檢查記錄單；10kV電壓互感器及斷路器間隔初步檢查記錄單；10kV電流互感器檢查記錄單1；10kV電流互感器檢查記錄單2；10kV斷路器/接觸器檢查記錄單；10kV充電前絕緣數(shù)據(jù)記錄表；10kV充電后二次側(cè)電壓數(shù)據(jù)；核島380VAC應(yīng)急交流配電系統(tǒng)初步試驗檢查記錄單；380V饋線回路外觀和機械檢查記錄單；380V饋線回路保護定值設(shè)置記錄單；380V充電前絕緣數(shù)據(jù)記錄表；380V充電后電壓測量數(shù)據(jù)。

表1至表2為用戶表和部分試驗報告的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)展示。

3 結(jié)束語

本文以核電站交流配電裝置的電氣試驗的具體需求為依據(jù)，對軟件系統(tǒng)進行了模塊化設(shè)計。之后，按照模塊順序依次編程實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)，并進行了測試。經(jīng)過測試，本文實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定、性能良好，滿足了核電站交流配電裝置的電氣試驗的工作需求，實現(xiàn)了試驗人員登錄注冊、機器人控制、電氣試驗等功能的目標(biāo)，降低了試驗人員的工作強度，提高了電氣試驗的作業(yè)效率，并且保證了試驗人員的安全。隨著智能電網(wǎng)發(fā)展的不斷深化，電力系統(tǒng)對工業(yè)機器人，尤其是計算機軟件技術(shù)、智能控制技術(shù)的需求將會越來越多樣化。

參考文獻：

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