上位机数据库

上位机数据库（共9篇）

上位机数据库 篇1

0 引言

PCIE总线技术的发展过程, 实际上代表了计算系统I/O接口速率演进的过程。随着计算机和应用系统接口速率的提升, PCIE越来越明显地体现出了其在高速数据采集和传输系统中应用的优越性。PCIE总线采用了串行连接方式, 并使用数据包进行数据传输, 采用这种结构有效地去除了在PCI总线中存在的一些边带信号。在PCIE总线中, 数据报文在接收和发送过程中, 需要通过多个层次, 包括事务层、数据链路层和物理层[2]。PCIE总线的层次结构如图1所示[1]。

高速铁路列车具有很高的移动速度, 其移动无线通信网络需要支持列车最高速度500 km/h以及平均速度350 km/h的状况, 因此铁路无线移动通信系统中的数据采集及传输设备必须满足高速度、大动态、高精度的要求。本文中高速数据采集卡应用PCIE高速数据采集系统, 能够满足数据采集系统的连续和高速采集数据的要求, 在医疗、航空、交通等领域也正呈现蓬勃发展的态势。为了在实际应用中发挥PCIE总线在高速数据采集和传输方面的优越性, 驱动程序和应用程序的开发就成了一项必要的工作。高速数据采集系统主要分为两大模块, 硬件部分和软件部分。其中硬件部分使用FPGA实现数据的采集和数据帧的组装与发送, 本文主要讨论高速数据采集系统的具体软件实现方法与验证。

1 驱动程序概述

1.1 WDM驱动程序的基本框架

Windows驱动程序分为两类, 一类是不支持即插即用功能的NT式驱动程序, 另一类是支持即插即用功能的WDM驱动程序[5]。PCIE数据采集卡是即插即用器件, 因此采用WDM驱动程序模型。WDM是Windows 32模式驱动程序模型, 目的是提供一种灵活的方式简化驱动程序的开发过程, 实现对硬件的即插即用, 减少并降低驱动程序开发的数量与复杂性。在WDM模型中, 要完成对一个设备的操作, 至少需要两个设备对象共同完成, 一个是物理设备对象PDO, 另一个是功能设备对象FDO。当PC插入某个设备时, PDO会由总线驱动自动创建。PDO不能单独操作设备, 需要配合FDO一起使用。系统会提示检测到新设备, 要求安装驱动程序。需要安装的驱动程序指的就是WDM程序, 此驱动程序负责创建FDO, 并且附加到PDO之上。二者的关系如图2所示。

1.2 驱动开发环境

本文中采用Driver Studio、DDK[8]及VC++6.0工具联合开发WDM驱动程序。首先, 建立驱动开发环境就是一项细致而繁杂的工作。在Windows XP操作系统中, 依次安装VC++6.0Enterprise Edition、Windows Driver Development Kit 3790.1830和Compuware Driver Studio 3.1开发工具。在DDK安装结束后, 要在计算机系统属性/高级/环境变量中新建一个名为BASEDIR的系统变量, 值为DDK的安装目录, 如F:WINDDK3790.1830。安装Driver Studio结束后, 要在VC++6.0软件的DriverStudio/DDK Build Settings选项卡中, 浏览DDK的安装目录, 并在下面选择Enable only for...和Windows XP。用VC++6.0打开”…Driver StudioDriver WorkssourceVdw Libs.dsw”, 用Driver Studio进行编译, 如果编译成功, 那么WDM驱动开发环境就搭建成功了。

1.3 小结

至此, PCIE驱动程序开发的软件环境已搭建成功, 操作系统采用Windows XP, 软件使用联合了DS3.1和DDK的VC++6.0, 下面就在VC++6.0环境下进行驱动程序的开发。

2 PCIE设备关键模块驱动程序设计

2.1 内存读写模块

在本系统中, 经AD转换器采集来的高速数据位于FPGA的FIFO中, 后经过DMA传输送到公共缓冲区里。之后再将缓冲区里的数据通过内存读写函数传送至应用程序RAM中, 最终存储在本地硬盘中。系统数据流向如图3所示。写数据与读数据过程相似, 只是顺序相反而已。

m_MemoryRange0是定义的一个成员变量, 在函数On Start Device中对其完成初始化后, 就可以在需要的时候调用类k MemoryRange的成员函数inb、outb等, 来实现对内存的操作。其中inb、inw、ind分别实现读字节、字、双字的数据, outb、outw、outd分别实现写字节、字、双字的数据。内存的数据读写过程如图4和图5所示。

在Read例程中, 首先声明一个内存对象, 用它创建一个指针到调用者的缓冲区p Buffer, dw Total Size是请求的读数, dwBytesRead是已读的字节数。在开启DMA传输后, 等待数据传输的结束, 之后开始进行内存数据的复制过程。

类似的, 在Write例程中, 需要将p Buffer缓冲区的数据传送到设备里, 由于没有DMA传输部分, 因此相比内存读过程要简单许多, 其余程序则与Read例程完全相同。

2.2 DMA传输模块

DMA即直接存储器传送, 即数据不通过CPU, 直接在外部设备和内存储器之间进行传送[4]。一次DMA传送只需执行一个总线读/写周期, 因此能够满足高速外设数据传输的需要。在读数据时, 应用程序通过Device Io Control函数向驱动程序发起读请求, 驱动程序将相应的寄存器中设置DMA传输的参数, FP-GA读取到中断寄存器的值后开始将FIFO中的数据传送到DMA缓冲区。结束之后中断寄存器的值发生改变, 驱动程序读取到硬件中断, 调用中断处理例程Isr_Irq, 系统运行延迟过程调用Dpc For_Irq并通知应用程序DMA传输结束[5]。

驱动程序进行DMA操作时, 首先需要在设备类中定义Kdma Adapter类的一个对象作为成员变量m_Dma, 然后在On StartDevice中进行初始化。

其中, 通过内存读写函数分别将DMA公共缓冲区的参数值写入读写相关寄存器。之后, 运行AD转换器并启动存储器写转发请求DMA, 开始DMA数据传输。在数据传输结束时, 通过内存读写, 将数据复制到应用程序的缓冲区中。

2.3 驱动程序的安装

在完成内存读写模块和DMA传输模块之后, 倘若编译成功, 就可以进行驱动程序的安装。安装WDM驱动程序, 首先需要为驱动程序编写一个inf文件。在inf文件中指明硬件驱动该如何安装到系统中、源文件在哪里、安装到哪一个文件夹中以及怎样在注册表中加入自身相关信息等[3]。在安装之前, 需要在inf文件中修改硬件的ID等信息。当板卡插入到插槽后, 启动Windows系统, 系统会检测到硬件的添加, 弹出添加新硬件向导, 将安装路径指向到inf文件和编译生成的sys文件。在正确安装驱动程序之后, 在计算机属性/硬件/设备管理器中会显示刚刚安装成功的PCIE设备, 其中设备名称在inf文件中的字符串段设置, 如图6所示。

3 驱动程序与上位机应用程序的通信

在WDM模型中, 设备接口是驱动程序的一个设备对象。为了查询提供接口类的设备, 应用程序必须知道表示这个接口类的GUID, 应用程序一旦获得支持接口类的设备链接符, 就可以使用API函数Creat File对设备进行存取[3]。类CDevice Interface用来描述一个设备接口, 通过成员函数Device Path () 返回一个指向设备路径的指针, 传递这个指针给函数Create File, 以便打开设备[7]。

Windows系统以消息的形式把输入传递给应用程序的窗口过程[6], 在应用层为上位机界面中的各个控件编写消息处理函数, 并将通过DMA传输来的数据以数据文本的形式保存在本地计算机, 其中包括打开设备、设置数据文件路径名称及大小、存储数据。显示数据和计算速率等过程, 最终实现应用程序与驱动程序的正常通信。

4 结语

本文通过PCIE高速数据采集系统, 使用联合了DS3.1和DDK的VC++6.0工具, 进行了WDM模型驱动程序的开发, 主要包括DMA传输模块和内存读写模块等。在Windows XP操作系统下, 驱动程序能够稳定运行。通过实际的检验, 采集系统在数据链路×1的条件下, 数据率可以达到110 MB/s, 仍有改进的空间。同时, 应用程序使用API函数对设备进行存取, 并将数据文件保存在本地计算机, 最终正确实现了应用程序与驱动程序的通信。本文成功搭建了PCIE高速数据传输系统, 系统稳定、可靠, 应用性强。

摘要：提出一种基于PCIE高速数据采集系统的驱动及上位机软件的开发方案, 解决高速数据在PCIE数据采集卡和上位机之间的传输。该方案基于PCIE接口协议标准, 利用DriverStudio、DDK以及VC6.0等开发工具, 采用基于对象的C++语言, 实现了PCIE总线设备的WDM驱动程序的开发, 以及上位机界面的显示功能, 系统稳定、可靠, 应用性强。

关键词：PCIE,WDM驱动,DDK,上位机

参考文献

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[2]陈乃塘.PCI Express数据链接层与物理层[J].电子测试:新电子, 2004 (8/9) .

[3]张帆, 史彩成.Windows驱动开发技术详解[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[4]张惠娟, 周利华, 翟鸿鸣.Windows环境下的设备驱动程序设计[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2002.

[5]李永哲, 何子述, 贾可新, 等.告诉数据传输系统的WDM驱动程序的封装设计[J].计算机工程与应用, 2010, 46 (35) :58-60.

[6]欧阳志宏, 董霖, 钟俊华.MFC程序设计轻松入门[M].北京:人民邮电出版社, 2009.

[7]孙鑫, 余安萍.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版社, 2012.

[8]Microsoft.Windows 2000 DDK Documents[M].2000.

上位机数据库 篇2

【关键词】自动弯管机；工控上位机；伺服控制系统

【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0096-01

0、引言

随着社会经济的迅速发展，人们生活水平的不断提高，在空调制冷、汽车配件、卫浴设备等领域对各种弯曲成型管材的质量、规格的需求都在不断的提高，而传统型弯管机加工时，生产效率低、报废率高，无法达到产量和质量的同步提高。为了满足用户对不同弯管的需求，使用全自动弯管机是必然的发展趋势。本文介绍了一种基于PLC、伺服控制和触摸屏相结合的全自动弯管机的控制系统设计，经实际生产使用说明在制冷行业铜管、钢管弯管机所做改造工作有明显成效。

1、控制系统的原理

控制系统的核心是全数字式交流伺服驱动器的输入、输出信号通过PLC与工控上位机的通信，完成对各机械系统运动的自动控制，实现在上位机上预先设定好的参数送管、旋转角度，弯管成型的准确定位，预先可设定多品种参数，换品种时只需选定代号（例：A品种、B品种、c品种……），人性化的纠错系统、故障报警、故障显示、故障诊断、关键尺寸的微调系统方便操作人员及时解决改造前难以解决的问题。控制系统框图如图1所示：

2、控制系统设计

全自动弯管机控制系统选用OMRONCJ2M系列NPN型，该型号输入与输出均为16个点，电源单元和位置控制单元各一块，可以方便用户编写完程序后进行模拟调试。为了使全自动弯管机具有较大的柔性，程序满足手动操作和自动运行。

控制系统的核心器件是PLC，其输入信号包括：交流伺服驱动器的输出信号（编码器零位脉冲输出，报警输出）、周边传感器信号和异常报警信号。其输出信号包括：交流伺服驱动器的输入信号（脉冲输入信号，脉冲方向输入信号）、运行方式启动信号及参数设定选择信号、压管到位信号。PLC的I/O（输入与输出）信号分配如图2所示（选控制一套交流词服驱动器）。可见，控制系统的核心任务是完成交流伺服驱动器信号的控制。

3、交流伺服驱动器主控回路设计

3.1 伺服系统器件的选择

选用进口品牌台湾东元A型v系列的交流伺服驱动器（其主要性能指标：适配电机的额定功率三套分别为：0.4KW/O.75KW/1.5KW，电源电压为3相220V，编码器类型为2500P/R。

3.2 主回路

主回路中驱动器上的U，V，W及E号端子与伺服电机主回路航空插头的A，B，C及D号端子必须按次序一一对应地连接（否则有可能使驱动器或伺服电机造成损害）。交流伺服驱动器接线端子如图3所示。

3.3 控制回路

（1）联接器CNI/F信号线（50针）：作为外部控制信号的输入/输出。其处理方法是：

用24V，DC的电源，作为控制信号的供电。伺服驱动器与其它设备问的连线应尽量短（3m以内），控制线与电源线应隔开（大于30cm），不要将它们捆在一起或放在同一接线槽内。

对于CNI/F信号线应采用双绞屏蔽线，并且将屏蔽线与驱動器的信号地（GND）连在一起。

（2）联接器CNSIG信号线（20针）：作为伺服电机编码器的连接线。其处理方法是：

将屏蔽线同CNSIG的GND引脚相连，将电机屏蔽线同驱动器屏蔽线相连接。电缆线最长的长度为20m，若太长，驱动器内保证编码器正常工作的输出电压（5v）会有损失，从而使编码器不能正常工作。此时应调节伺服驱动器在前面板上的PG电位器，调节PG可使起始电压在4.75-5.25V之间。与电源线（R，S及T）相隔距离应尽量远（大于30cm），并且避免捆在一起或接在同一接线槽内。

4、工控上位机人机界面的设计

全自动弯管机的人机界面选用我国台湾研华的工控上位机作人机界面，上位机配有强大的功能亚控组态软件。界面的操作方式有自动方式、手动方式、调试方式三种：

（1）参数设定界面：有送料长度设定、旋转设定角度、自动折弯，全中文操作界面。生产计数，对设定好的数量倒数第N件时提醒；

（2）流程监控：模拟加工过程，实施监控折弯张力并实时显示参数曲线。有自动存储工作过程各参数，生成EXCEL表格，为产品品质提供数据依据；

（3）生产品种设置：对要加工的管按产品图设定各加工尺寸，设定的参数可保存；

（4）安全管理：实现不同级别的操作授权，跟踪并记录用户操作行为，对电机电流、转速、扭矩、报警设置调整。

5、结论

人机界面上位机图元设计 篇3

工控软件中图形组态是最重要的组成部分,组态软件和HMI软件上位机部分有很大的相似之处:对页面上图元文件的组态。面向对象的程序设计,让图元的管理维护简单易行,就完成了图元设计的基本功能。此外相似类型的图元,在属性的设计上尽量继承同一个基类,避免重复定义,同时让用户在使用时更加方便。

2 系统实现

2.1 开发环境

整个系统采用面向对象的程序语言Delphi实现,使用Delphi 7 作为开发环境。Delphi是快速开发工具,有一个功能强大的组件库(Component Library)。我们利用Delphi组件库体系结构中灵活的组件和类技术,开发一个具有文件(File)、编辑(Edit)、窗口(Windows)、通讯(Communicate)和帮助(Help)等功能的图形编辑系统。

2.2 窗体的设计

这个系统总体上采用多文档窗体(MDI)设计,新建项目的时候选择MDI Application,用这个作为父窗体。此外系统中需要一个主组态界面fmdesign,在这个界面上编辑图形;需要一个工具窗体fmtool,从这个窗体上选择图元,供fmdesign绘制。需要一个属性窗体fmProperty,用于配置fmdesign页面上的图形的参数,还需要一个项目窗体fmprogect,在这个窗体上选择项目中的其他一些页面。这几个窗体采用fmMDIChild样式,作为子窗体。考虑到在页面设计的时候可能存在一个用户工程中需要多个页面的情况,在页面设计窗体中使用Tpagecontrol控件,用page来管理各个页面的图元对象。图1是系统的几个窗体

2.3 图元类的设计

这里讲的图元是广义的图元,不仅指直线、矩形、圆、椭圆等图形,还包括文本,以及由这些简单图元组合而成的复杂图元。在窗体上绘制图元,需要定义图元的位置、大小等几何属性,还需要定义一些样式属性(画笔颜色,填充颜色,线宽)等。要绘制、修改图元需要得到图元的控制点,根据处理控制点的方式不同分成两种类型,分别处理。

2.3.1 矩形结构的图元(矩形、椭圆、圆、文本、复杂图元等)

绘制这类图元的时候,图元决定了一个矩形区域,图元的高度、宽度属性跟矩形区域的宽度和高度相对应(如图2)。在绘制、修改图元的时候只要捕捉矩形的边界,可以通过修改矩形的边界来达到修改图元属性的目的。TGraphicControl类定义了一个TCanvas对象,还有一个Paint虚函数用于被重载。把Canvas对象的Width和Height属值给图元的Width和Height。为了给图元增加样式属性,在子类中增加Fpen,FBrush两个属性对CANVAS中的pen,Brush赋值。

为了避免重复定义,提高代码的重用性,在TGraphicControl和图元之间增加一个类(TRectXY):处理矩形结构的图元的公共的属性,作为矩形结构图元的父类。

以指定的宽高,绘出矩形。其他的图元类类似。

对这类图元的选中、移动、放大缩小、复制、删除等操作,选中操作是基础,这里主要判断鼠标左键按下时鼠标光标所在的点是否在某个图元对象的canvas对应的矩形区域内,如果在则在canvas的四个角上绘出小正方形以表示这个图元被选中。可以把图元的操作做成一个类,集中管理。

2.3.2 非矩形结构的图元(直线、折线、多边形等)

这部分图元的管理要复杂一些,比如折线在绘出重新修改的时候需要多个控制点,那么以上那种基于矩形图元的概念就不够了。在图元的属性中我们定义一个二维数组(X1,Y1),(X2,Y2)……(Xk,Yk)用于保存各个控制点的坐标,数组的长度k由新建图元的时候控制点的个数确定。只需取max(X1,X2……Xk),min(X1,X2……Xk),max(Y1,Y2……Yk),min(Y1,Y2……Yk),在控制点序列中找到包含这些控制点所在的最小矩形区域,我们把图元绘制在这个区域所决定大小的一个Canvas对象上,在这个控制点我们采用把图元直接绘制在一个canvas对象上。所以这类图元我们可以继承TRectXY类,增加一个控制点数组属性。

为了提高选中操作时的相应速度,首先判断点击点是否在一个矩形区域内,如果在一个非矩形结构图元的矩形区域内,再显示这个图元的控制点。

在设计图元的时候把图元的各个控制点保存在图元的属性之中,根据一定的算法判断出选中图元后,在各个控制点处绘出高亮小正方形,通过擦除重画的方式实现对图元的修改。

这类图元没有width,height这样的属性,控制点数组是这类图元的核心属性,paint函数中根据数组中的点绘出图形。还有就是IsSelected函数的定义,判断这些图元是否被选中。

也可以专门定义一个图元管理类,管理这类图元。

2.4 文件的保存

在程序的运行过程中,图元作为对象保存在内存中,不保存在文件中,只有在用户点击保存的时候,才把图元保存在文件中,这样避免了频繁的读取文件,提高了系统的运行速度。文件的保存需要对每一个图元的属性记录在文件中,本文把属性都保存在行文本文件中。用户保存文件时,程序对整个工程中的页面作一个扫描,对每一个页面上的图元逐一进行扫描,把图元的标志字段、图元的属性作为行文本保存在文本文件中。不同的图元类型,用关键词区分,每个图元单独占一行,一个图元的各个属性之间用分隔符“,”分割开。例如页面上有两个图元分别是矩形和椭圆,在文本文件中为

分别表示矩形,位置在屏幕上的(103,45)处,宽度为80,高度为30,画笔颜色为黑色,填充颜色为白色,画笔宽度为1;椭圆,在屏幕上位置为(279,50)宽度为100,高度为50,画笔宽度为1,颜色为黑色,填充颜色为红色。

2.5 文件的打开

文件的打开跟文件的保存过程相反,需要把文本文件还原为窗体上的图形文件。这样在打开页面文件的时候,根据保存文件时的结构,逐行读取文本,碰到图元标志关键字,系统调用相应的类创建对象,对象的属性来自行文本后面的属性字段。顺序是先创建页面对象,然后再每个页面上创建相应的图元。

3 结束语

本文论述了人机界面软件中上位机创建图元库的一般方法,并用Delphi语言做了实现。通过一定的编码规则,可以把文本文件转换为二进制形式,把二进制文件下载到人机界面下位机,可供下位机解释运行。这个系统满足了人机界面的设计需要,实际运行中效果良好。

参考文献

[1]徐承志,张振东.基于OO技术图形编辑器的设计.电脑学习,第6期,P25-26.2004.12.

[2]王伟,张淋江.基于Delphi组件技术的文本编辑器的实现.郑州牧业工程高等专科学校学报,27卷,第4期P32-332007.11.

上位机数据库 篇4

摘 要：大亚湾核电基地历史上曾发生因一二回路功率变化导致GRE上位机的蒸汽流量限制起作用，汽轮机功率被套住无法进行改变的事件，针对这些事件的背景及原理进行分析，以寻求解决该问题的方案。

关键词：GRE上位机；蒸汽流量限制；压力模式；解套

中图分类号：TK262 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0070-03

1 背景介绍

2012-4-10因为发生电网事故，岭澳核电站开启降负荷。降至约940 MW，因为“压力控制”未退出导致“压力控制-反应堆模式”生效，GRE上位机被套住，机组停止降功率，其后按解套预案，点动下位机降汽机功率，逐步降低压力值，解套后，GRE上位机将目标负荷设定为当前值，并通过G棒匹配功率和冷热，“压力控制-反应堆模式”生效及处理期间停留约5 min。

2002年5月10日00：59大亚湾1号主控突然出现一系列报警，高压缸四个调节阀开大，汽机高压缸入口压力上升为60.2巴，大于操纵员设定压力60巴，正常压力模式起作用导致高压缸调节阀不能自动关小所致。考虑到反应堆长时间处于超功率状态违反核安全要求，决定退出压力模式后降低反应堆功率。为防止退出压力模式瞬间功率波动，首先将G棒置手动，退出压力模式，降负荷至950 MW。

1999年9月26日，台风过后，机组从760 MW开始升功率，目标负荷设在800 MW，操纵员蒸汽流量限制为72%。当上位机显示蒸汽流量定值达到77%时，调节器上位机由自动负荷控制转为手动控制。操纵员发现情况后，重新设置操纵员蒸汽流量限制为80%，并切回到自动负荷控制，造成发电机功率陡升到800兆瓦引起5%功率阶跃，因G棒在堆顶，致使R棒提出，引起I右预警线报警，随后在自动方式下，机组稳定在800 MW。

2 知识点介绍

2.1 操纵员蒸汽需求限制原理

操纵员通过上位机对蒸汽需求量给出的限值。该值可以设定（通过上位机Steam Demand Limit按键），在开始升负荷以前应根据目标负荷设定合适的蒸汽流量限值以防升负荷过程中蒸汽流量限值起作作用。

当蒸汽流量限值起作用后，实际蒸汽流量不再上升，GRE就会马上由自动转到手动状态。、

操纵员可通过上位机对蒸汽需求量给出一个限值，可在-50%～105%之间。若不设置，默认为105%。机组稳态时，SD LIMIT设置比ACTUAL SD高13%。蒸汽需求限制原理图，如图1所示。

2.2 高压缸入口压力控制原理

压力控制模式与其说是一种控制功能不如说是一种保护功能，它的原理是在系统同期状态下（并网），采集压力信号与压力参考值比较，通过PI调節器产生压力限制，与操纵员蒸汽流量限制，超速限制，超加速限制一起（小选），产生蒸汽流量限制，将汽轮机高压缸进气压力控制在设定值上。目的是限制汽机进汽压力或限制汽机进汽压力的增长速率，防止一回路超功率。

压力控制两种模式：正常模式（Normal Mode ）和反应堆模式（Reator Mode）。 压力控制方框图，如图2所示。

正常模式（Normal Mode ）：正常模式的压力定值来源于系统的设定Pmax以及操纵员终端设定Operator Pressure reference，当高压缸入口压力上升超过设定值时，PI调节器计算产出与此压力相对应的蒸汽流量限值（小于105%SD），如果压力限制小于蒸汽需求指令则压力模式投入运行，阀门受压力控制产生的限值进行调节（入列，显示" HP INLET PRESSURE CONTROL-NORMAL”）。

在系统压力小于压力定值，压力控制计算的限值逐渐增长并大于蒸汽需求指令，高压缸入口压力控制解除，微型调节器恢复到高压缸入口压力控制投入以前的状态（手动或自动）（出列）。为避免PI调节器的积分作用使阀门过度关闭产生蒸汽锁效应，系统对压力模式设置了限制，由可调参数“Pressure Control M in SD Limit”进行限制（通过工程师终端设定），若低于该值，则输出“Pressure Control M in SD Limit”。同时为了避免频繁的出入列，软件上设置了死区，同时需要将压力参考值调大一些，以补偿设置死区而降低的出力。

反应堆模式：当反应堆功率小于96%Pn时，开关K1～K5的位置如图1所示。当反应堆功率上升到96%Pn时，核功率测量系统RPN向汽机调节系统发出一个逻辑信号，汽机调节系统即转为反应堆压力控制模式。该信号将开关K3置向右方，开关K2、K4闭合，并将与开关K4联动的开关K5置向下方。比较及存贮环节记忆并输出当时汽机进汽压力PR。PR经开关K3输至加法器。预先设置的汽机进汽允许压力Pmax（一般设置为105%SD）与PR的差值经开关K4输至开关K1。开关K1受上位机键盘上的压力释放按键控制。在操纵员按这个按键之前，K1是断开的，此时Pmax-PR不能输至加法器，加法器的输出仅为PR。低选门在操纵员设置的汽机进汽压力限值Pr2与PR值中选出一个最低值，汽机进汽压力与它比较。比例积分调节器维持汽机进汽压力不变，汽机功率及反应堆功率也维持不变。 反应堆模式生效逻辑图，如图3所示。

待反应堆功率稳定下来以后，操纵员可按“压力释放”键，使开关K1闭合。速率限值比较器的输出即以操纵员设置的很小的升压速率向终值（Pmax-PR）过渡。该输出通过开关K2加到加法器。加法器输出Pr1即从原来的PR逐渐增加，最终引起汽机进汽压力缓慢上升，汽机功率和反应堆功率也缓慢上升。这个压力上升速率可以用压力控制栏的速率键设定，最大值为0.003 Pmax/min。

通过先维持汽机进汽压力不变，再以缓慢速率上升的方法，防止了反应堆在接近满功率时产生超调。通过压力控制栏的参考值按键和数字键用人机对话方式设置压力限值Pr2，用投入键投入压力控制。当Pr1增加到Pmax后，比较器输出逻辑信号，使各开关恢复原位。 反应堆模式信号示意图，如图4所示。

图4中（a）是正常情况，反应堆功率超过96%后没有波动，持续保持96%以上，这种情况该信号存在10 s后消失。图（b）是另一种特殊情况，信号在96%附近波动时就会反复产生触发信号。由于RPN堆外中子测量的随机性会造成测量值在一个较小幅度频繁波动，且RPN424/448/460/472XU设计中没有回差，实际运行过程中也遇到过这种情况，当出现这种情况特别是反复出现间隔较短，这时会导致相当触发的信号一直不能消除，此时操纵员不能实施“释放”，不能“释放”意味着二回路功率不能升高，同样由于采用“堆跟机”的控制模式，反应堆功率也就不能上升，这就落入死循环，功率永远“稳定”在96%附近。这需要操纵员手动升降功率，尽快使反应堆触发信号消除，这样才能打破死循环。

出现图4中（b）情况下，则需手动退出反应堆模式。

3 模拟机操作

为了验证操纵员蒸汽需求限制、压力控制-正常模式、压力控制-反应堆模式三种蒸汽流量限制生效后对机组的影响及如何退出限制才能对机组的扰动最小，对此进行了探究。

3.1 操纵员蒸汽需求限制生效后的退出

操纵员蒸汽需求限制生效后，按照S程序或者瞬态干预导则方法可解除限制。解除后电功率无自动波动，但在解除过程中因G棒在手动位置，需关注一回路核热功率及冷热变化。

方法一：用下位机减小蒸汽流量设定值。

①将G棒放手动控制；

②调整目标负荷为实际负荷值；

③用数字键输入实际负荷值；

④触摸“ENTER”按钮；

⑤按下LOWER和PERMIT键使；

⑥SDSetPt与OpSDLim一致；

⑦选择自动负荷控制方式；

⑧提高OpSDLi 值。

方法二：增加操纵员蒸汽流量设定值。

①将G棒放手动控制；

②调整目标负荷为实际负荷值；

③用数字键输入实际负荷值；

④触摸“ENTER”按钮；

⑤触摸“RATE”按钮，并用数字；

⑥键输入负荷速率数值为0.5MW/Min；

⑦触摸“ENTER”按钮；

⑧选择自动负荷控制方式，若不成功，将操纵员蒸汽流量限制改大0.1（%），再投自动。重复该步，直到上位机在自动负荷控制下将蒸汽流量设定值降到实际负荷值；

⑨提高OpSDLim值。

3.2 高压缸入口压力模式

压力控制两种模式：正常模式（Normal Mode）和反应堆模式（Reator Mode）。

3.2.1 高压缸入口压力模式（正常模式）

我们试验了四种退出正常高压缸入口压力模式的方法。

①直接修改高压缸入口设定值REF。

把REF直接改為当前压力加上3bar，改完以后电功率将快速向load set point 变化，速率RATE不起作用，此时即使改变上位机target load ，load set point仍然保持不变，电功率直至达到load set point才开始以设定速率向target load变化。

所以直接改变REF会造成电功率的波动，波动的大小与压力模式中电功率的变化大小相关，压力模式中电功率变化越大，退出压力模式后电功率的瞬间变化也大。

②用下位机减负荷减小高压缸入口压力。

根据机组实际经验：利用下位机减电负荷从而使实际高压缸入口压力减小，当压力低于REF一定值后，高压缸入口压力模式可退出。

但是在模拟机的操作过程中，发现高压缸入口压力模式生效后，无法操作下位机来减负荷。此种方法验证失败。

③利用上位机直接退出高压缸入口压力模式。

在上位机上直接利用OUT退出高压缸入口压力模式时，上位机将直接转手动，电功率维持在波动的那一瞬间的电功率不再变化，波动小，退出之后可正常操作上位机升负荷。

需要注意的是若果上位机还没有显示“HP INLET PRESSURE CONTROL-NORMAL”，只是HPpressurelimit 开始下降时就退出高压缸入口压力模式，负荷将同直接修改REF一样，向load set point 变化，速率RATE不起作用，此时即使改变上位机target load ，load set point仍然保持不变，电功率直至达到load set point才开始以设定速率向target load变化。

④利用操纵员蒸汽需求限制。

在上位机上改变操纵员蒸汽需求限制至比Actual load小1%，这样操纵员蒸汽需求限制将生效，此时在将高压缸入口压力模式直接OUT，因为有SD的限制，电功率仍然处于SD限制的波动中。在高压缸入口压力模式退出以后，再利用操纵员蒸汽需求限制的解套方法将其解除。

这种方法解除限制之后电功率波动小，之后可在上位机上重新设置。

3.2.2 高压缸入口压力模式（反应堆模式）

对于高压缸入口压力模式（反应堆模式），我们实验了三种解套方法。

①直接退出。

直接退出反应堆模式与直接退出正常压力模式效果相似

波动也较小。

②用下位机降负荷。

与正常压力模式相同，在反应堆模式生效时，模拟机上也不利用下位机改变电负荷。

③利用操纵员蒸汽需求限制。

这种方法的效果与正常压力模式也相似，在实际机组上也应用过，对机组的影响较小。

4 模拟机操作小结

在验证操纵员蒸汽需求限制退出时，根据S*GRE程序或者瞬态导则即可。

在正常高压缸入口压力模式生效退出时，四种方法种直接退出法、利用操纵员蒸汽需求限制法解套之后的电功率波动较小，而直接修改REF退出之后电功率波动较大，利用下位机降负荷因为模拟机模拟失败，没有得到验证。需要特别注意的是，在正常高压缸入口压力模式刚开始降HP pressure limit时就采用直接退出法的话，电功率将有较大波动。

参考文献：

[1] 濮继龙.大亚湾核电站运行教程（上下）精装[M].北京：原子能出版社，

上位机数据库 篇5

关键词：复合海缆,BOTDA,监测,模块化设计,多线程技术

0 引言

随着信息技术的不断发展, 光纤除担当通信任务外, 还可以用于温度、应力变化传感。利用复合海缆中富余光纤作为传感器, 借助布里渊光时域分析技术可以实现对复合海缆分布式、实时监测告警。本文简要介绍了复合海缆在线监测系统基本原理、系统结构及基本功能, 主要对系统上位机软件设计进行了研究。

1 复合海缆在线监测系统基本原理

光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的, 以光波为载体, 光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。近年来, 光纤传感技术在高压电缆的分布式在线监测中得到广泛应用, 其中以基于拉曼散射的分布式光纤测温技术最为成熟。但由于这种技术散射光信号很弱, 测量精度受到限制, 难以满足长距离海缆监测要求。布里渊散射分布式光纤传感器是一种新型光纤传感器, 测量距离远, 可以实现长距离测量, 其中布里渊光时域分析技术BOTDA是其主流技术。由于BOTDA技术在温度、应变测量上达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其他技术, 因此这种技术目前得到广泛关注与研究。

布里渊散射是光波和声波在光纤中传播时相互作用而产生的光散射过程, 布里渊频移νB与波长λ、声速νA和折射率n的关系式如下:

当环境温度变化或光纤产生形变时, 光纤中声速和光的折射率都会随之变化, 从而使布里渊频移发生变化。根据文献, 布里渊频移与环境温度、光纤应变存在线性关系[1,2], 如下所示:

式中:ΔνB (x) 为传感光纤x (离入射端面距离) 处布里渊光频移变化量;Δε (x) 为传感光纤x处的轴向应变变化量;ΔT (x) 为传感光纤x处的温度变化量;Cε、CT分别为传感光纤的布里渊频移应变和温度系数, 由光纤材质决定, 1 550 nm波长的入射光在普通单模光纤中的各个系数为:Cε=0.0493 MHz/με, CT=1.2 MHz/℃[3]。

布里渊散射频偏与其温度、应变成线性关系的这一特点, 恰好可以应用于海缆安全监测。

2 系统设计及实现

2.1 系统结构

系统由硬件设备的构建和软件系统组成, 如图1所示。硬件部分用于实现光纤温度、应变信息和海缆电源谐波信息的采集以及数据传输, 软件部分用于实现信息的接收、转换、显示、分析等数据处理和服务功能。

系统硬件包括两部分:BOTDA设备和谐波测试仪。前者通过与复合海缆中富余的两路光纤通路相连, 实时采集光纤温度和应变信息, 并按照自定义数据格式生成光纤数据, 这是实现监测的前提;后者接入平台电网, 实时监测电缆的电源谐波参数, 为上位机监测系统进行故障分析提供辅助参考。

系统软件包括两部分, 一是上位机监测系统软件的设计和实现, 另一部分是电子海图系统。上位机监测系统软件是本系统的核心部分, 也是本文研究的主要内容。电子海图系统是整个系统的一个辅助功能, 主要用于实现对海缆信息可视化显示。

2.2 上位机监测系统软件设计

1) 需求分析

(1) 数据获取通过以太网技术实时获取BOTDA和谐波测试仪采集的数据, 分别为光纤温度、应变信息和电源谐波信息。

(2) 光纤信息转换结合有限元分析得到的温度场建模, 实现对光纤信息到电缆信息的转换。

(3) 信息显示在人机界面上实时分布式显示电缆信息———电缆导体温度;以及实时显示电源谐波、电压等信息。

(4) 数据分析根据获取的光纤和谐波信息, 结合有限元分析得到的温度场建模、应力场建模结果, 通过信息处理技术对海缆的工作状态进行判断。

(5) 其他系统同时还需具备有完善的历史查询功能, 以及其他辅助功能:数据导出、打印等。

2) 功能模块设计

依据系统需求分析以及模块化设计思想, 为系统定义了7大主要功能模块, 即通信模块、数据操作模块、显示模块、报警处理模块、数据存储模块、历史查询模块和日志服务模块, 功能模块结构如图2所示。

(1) 通信模块通信模块是上位机获取和发布数据的唯一途径, 用于实现上位机与BOTDA设备、谐波测试仪和电子海图间信息交互, 内嵌有网络通信协议以满足通信要求。

(2) 数据操作模块数据操作模块是整个系统的重要部分, 主要包括两个内容:数据处理和数据分析。

数据处理是指对上位机接收的光纤温度信息根据有限元分析得到的温度场建模结果转换成电缆温度信息, 同时根据指定格式生成电缆温度文件传送给电子海图系统以实现海缆信息可视化显示。

数据分析是实现对海缆安全监测的核心环节, 根据预设的报警阈值分析、比对光纤原始数据和电源谐波参数, 查找引起电缆异常存在的隐患, 并为及时快速制定解决方案提供可靠的数据支持。

(3) 显示模块显示模块是实现人机信息交互的主要体现方式, 用户可以通过系统界面实时观测复合海缆沿线中电缆不同位置处温度信息的情况, 以及电缆的电源谐波参数情况。

(4) 报警处理模块报警处理模块是系统异常处理的一个重要方面。当海缆出现异常时, 该模块处理和发送报警信息, 进行声光、文字等形式的报警, 及时通知用户以便采用措施减少损失。

(5) 数据存储模块数据是整个系统的根本, 具有重要的保存价值, 可以为历史查询提供依据, 系统以40s为一个采集周期, 以特定文件格式定时保存光纤温度数据以供历史查询。当海缆出现异常时, 同样会以另一种文件格式保存异常信息以便日后查询。

(6) 历史查询模块历史查询模块系统可以方便用户查询某一日或连续几天的数据内容, 通过筛选机制得到需要的数据。系统对查询结果提供了打印和导出功能, 可以外接打印机打印或将数据导出到Excel表格中进行存储。

(7) 日志服务模块日志服务模块主要监测系统的运行状况, 及时记录各种操作和运行参数, 保障系统稳定运行。

3) 详细设计

(1) 开发环境从开发效率、稳定性、性价比等多方面考虑, 选用National Instruments公司推出的交互式C语言开发平台———Lab Windows/CVI。Lab Windows/CVI将功能强大、使用灵活的C语言与用于数据采集分析和现实的测控专业工具有机地结合起来, 其集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了C语言的功能, 为熟悉C语言的开发人员建立监测系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统、虚拟仪器等提供了一个理想的软件开发环境。

(2) 关键技术—多线程技术在本监测系统中, BOTDA设备和谐波测试仪采集信号, 通过以太网传输到上位机, 上位机对这些接收到的数据进行处理并存储, 然后显示在用户界面中, 同时要对数据进行分析判断海缆是否异常, 并且还根据用户操作, 完成其他控制功能。若采用传统的单线程技术来编写上位机软件的话, 由于采集数据耗费很大的系统资源, 程序对界面上的其他控件反应迟钝, 会有很大的延迟, 甚至在传输数据量很大的时候, 根本就不会作出反应, 因而有时会导致系统死机, 严重影响监测操作。

因此, 针对系统的实时多任务特性, 在系统软件编写过程中, 采用Lab Windows/CVI的多线程技术。

多线程是指操作系统支持一个进程中执行多个线程的能力[4,5]。当一个线程等待用户响应或大量计算结果时, 另一个线程可以继续其他处理, 使得进程总处于运行态, 随时进行响应, 从而提高系统的响应效率, 提高对CPU的利用率, 加快程序的信息处理速度。

本系统主要包括光纤数据采集线程、电源谐波参数采集线程、数据分析线程、报警处理线程和用户界面线程等, 其中使用主线程创建、显示并运行用户界面, 用次线程创建其他线程。Lab Windows/CVI提供了两种在Lab Windows/CVI的次线程中运行代码的高级机制, 如表1所示。在本监测系统中, 使用了基于线程池的多线程技术。

在运用多线程的时候, 各个线程之间的数据保护也非常重要。通常, 多线程程序的数据保护是把操作系统的线程锁定对象和保存数据的变量联合起来[6]。Lab Windows/CVI提供了3种数据保护机制, 如表2所示。本系统主要运用了线程锁和线程安全队列这两种保护机制。

本系统的多线程工作流程如图3所示。

用户界面线程 (主线程) 由系统生成, 完成对用户的鼠标键盘操作的响应, 以及用户界面的生成显示与刷新等。除主线程外还创建了4个辅助线程, 为了使用Lab Windows/CVI的线程池在次线程中执行代码, 需要在主线程中调用Cmt Schedule ThreadPool Function函数创建次线程, 将需要在次线程中运行的函数名称传递进来。如在主线程中调度光纤数据采集线程函数代码如下:

Cmt Schedule Thread Pool Function (DEFAULT_THREAD_POOL_HAN-DLE, GXAcq Thread Function, NULL, &thread ID_duqu) ;//创建光纤数据采集线程

线程池将这个函数调度到某个线程中执行。根据配置情况和当前的状态, 线程池可能会创建新的线程来执行这个函数也可能使用已存在的空闲进程或者等待一个活跃的线程变为空闲后使用该线程执行[7]。传递DEFAULT_THREAD_POOL_HANDLE表示使用默认的线程池, 也可以调用Cmt New ThreadPool函数来创建自定义的线程池。需要注意的是使用完线程池后要调用Cmt Discard Thread Pool来释放由Cmt New Thread Pool函数创建的线程池资源;在主线程退出前调用Cmt Wait For ThreadPool Function Completion等待线程池结束释放系统资源。否则容易导致一些资源不能正常释放引起内存泄露或其他不可以预测后果[8]。

(1) 光纤数据采集线程

该线程主要负责光纤数据的采集, 即实现上位机与BOTDA设备通信接收光纤数据, 同时运用数据操作模块中的数据处理功能实现对光纤数据到电缆数据的转换并调用显示模块进行电缆信息显示及调用数据存储模块进行存储。以下给出该线程的程序流程图, 如图4所示。

(2) 谐波参数采集线程

该线程主要负责采集电源中谐波参数以及电流、电压信息, 及实现上位机与谐波测试仪通信。以下给出该线程的程序流程图, 如图5所示。

(3) 数据分析线程

该线程主要调用数据操作模块中的数据分析功能, 通过对光纤原始数据和谐波参数分析、比对从而对海缆的安全状态作出评价。光纤数据采集线程与数据分析线程之间的数据传递采用线程安全队列完成。而谐波参数线程与数据分析线程之间的数据传递采用线程锁完成。以下给出该线程的程序流程图, 如图6所示。

(4) 报警处理线程

该线程主要调用报警处理模块进行海缆异常处理。当海缆出现异常时通过数据分析线程触发该线程。以下给出该线程的程序流程图, 如图7所示。

4) 系统界面

系统操作界面如图8所示。

系统运行时界面如图9所示。

3 结语

运用上述思路设计的复合海缆在线监测系统上位机软件, 成功弥补了海底电缆分布式、实时监测的空白。将模块化设计思想和多线程技术运用于该软件设计, 不但提高了系统的扩展性, 而且也提高了系统的执行效率。该软件已成功应用于渤海采油平台, 能够很好地满足监测的要求。

参考文献

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[7]刘君华.虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程[M].北京:电子工业出版社, 2005.

电除尘器新型上位机监控平台设计 篇6

1 常用监控平台

1. 1 专用监控平台

以龙净IPC、国电南自dcc2000 为代表的电除尘监控平台, 主要是针对本公司电源开发的监控软件[3], 其主要功能包括电除尘设备的状态显示、参数设置、远程操作、数据统计、趋势曲线等[4]。软件一般采用VB、VC、C # 等高级语言编写, 外加如SQLserver、my SQL等中小型关系数据库用来存取电除尘运行数据。专用监控平台对工程服务人员要求不高, 上位机调试效率非常高, 甚至只需要公司内部简单调试、现场安装后直接可以使用。但是专用软件的缺点也非常显著: 1) 专用软件仅适用本公司的电除尘电源设备, 不同公司设备之间无法通用; 2) 专用软件缺乏可移植性, 面对电厂辅机设备监控日益集成化的趋势, 只能提供简单的通信接口, 无法将监控画面直接移植进入辅机监控系统;3) 专用软件对于低压设备接入灵活度极低, 如现场低压设备通常通过PLC控制, 而PLC种类繁多, 通讯协议各式各样, 专用软件很难做到兼容各种常见PLC。

1. 2 组态软件监控平台

国外常见的组态软件如ifix、intouch、citect、Win CC等, 国内主要有组态王、昆仑通态等。由于组态软件通讯驱动非常全面, 支持常见的各种工业通讯协议, 因此借助组态软件, 可以较为快速地将电除尘电源和PLC低压设备等与上位机进行通讯和交互[5,6]。组态软件的通用性很强, 不同品牌、不同种类的设备可以方便连接在同一台上位机中[7]。另外, 组态软件具有较强的可移植性, 通过组态软件将不同设备的上位机组态软件直接移植、融合、组网形成辅机监控平台[8]。当然, 组态软件的缺点不容忽视: 1) 组态软件高度灵活性和通用性, 随之而来的必然是高度复杂性, 要求现场调试人员必须具备一定的软件编程能力和较为丰富的PLC调试经验; 2 ) 组态软件现场工作量大, 调试效率不高, 调试人员需要做大量的组态调试纠错工作; 3) 组态软件自带的数据库可操作性较差, 一般对数据统计要求较高的现场都需要外加第三方数据库, 要求调试人员精通常规数据操作, 提高了组态软件对现场调试人员的能力要求。

2 新型监控平台

为了提高现场电除尘上位机调试人员的工作效率, 保持上位机监控平台的通用性、灵活性, 本文结合现场实践经验, 提出将专用软件和组态软件相结合, 形成了一种新的电除尘监控平台。

2. 1 功能模块划分

电除尘监控平台功能模块如图1 所示。

电除尘监控平台的功能模块主要包括: 状态显示、参数设置、设备操作、报警、报表、趋势曲线等。根据模块不同特性, 结合专用监控平台和组态监控平台的特点, 决定使用哪种软件。划分的基本原则是: 1) 对画面布局要求较高的功能模块由组态软件实现; 2) 对数据统计要求较高、画面单一的功能模块由专用软件实现。

状态显示是工业现场设备在显示屏上的重现, 画面往往需要根据现场电场分布、低压部件分布等情况作出不同的画面, 布局要灵活, 画面质量要求高, 因此, 状态显示模块由组态软件实现。

参数设置、设备操作往往通过弹出画面与状态显示界面紧密相连, 因此也由组态软件实现。

报警功能只需在过程数据库中将报警条件, 如上下限、变化速率等进行简单配置, 报警信息就能够在报警显示栏自动生成, 组态工作量不大, 考虑也由组态软件实现。

报表功能是上位机监控平台数据统计的基本体现, 需要借助第三方关系数据库完成, 此功能对画面布局要求较低, 但若通过组态软件实现需要调试人员非常熟悉数据库编程, 现场工作效率必然受影响, 因此报表功能通过专用软件实现。

趋势曲线功能组态数据库自身可以完成, 但是比较完善的趋势曲线功能依然需要现场调试人员有较好的编程功底才可以胜任, 因此通过专用软件来完成。

2. 2 新型监控平台架构

新型电除尘监控平台的架构如图2 所示。组态软件主要是根据电除尘现场做出电除尘高低压设备的画面布局, 附加状态显示、远程操作及报警功能。专用软件借助第三方关系数据库my SQL, 完成数据统计、趋势曲线功能。专用软件通过简单地修改配置文件, 能够根据不同的工程现场自动生成显示电流、电压等主要高压数据的统计和趋势的画面。最后, 利用组态软件外部程序调用接口调用专用软件, 实现两种软件一体化整合。

3现场应用

新型电除尘上位机监控平台完成后, 在多个火电厂得到应用。实施过程中, 新型监控平台无论从通用性、集成性还是调试效率方面都取得了良好结果。

1) 系统集成性。新型监控平台的组态画面, 拷贝后经过基本处理就可以直接移植到辅网系统中使用, 与其他辅机设备的监控平台合并组网十分便利, 减少了系统集成的工作量。

2) 通用性和灵活性。新型平台借助组态软件可以通过PLC将各类低压设备如振打、加热、料位、温度、浊度等接入上位机监控平台, 如图3 所示。

由于低压参数一般无需数据统计和报表等, 专用软件并不需要接入各类PLC, 只需引入主要的高压电源参数即可, 不会因为专用软件的存在影响了新型监控平台的通用性。

3) 现场调试。一方面新型监控平台降低了上位机组态的难度, 调试人员通过对组态软件的简单学习可以将画面布局显示功能基本实现; 另一方面新型监控平台提高了调试人员在现场的工作效率, 只需要调试人员通过对配置文件做简单调整, 即可在专用软件上完成数据统计和趋势曲线等复杂功能, 组态时间可以缩短近一半时间, 降低了企业员工在现场的人力资源成本。

4 结语

本文设计的新型静电除尘器上位机监控平台, 能将组态软件和专用软件有机结合, 兼顾两种软件的优点, 回避两者缺点, 实现两者的互补融合。通过多处工业现场实践证明, 该平台通用性和集成性好, 符合电除尘平台发展趋势, 同时还能节省现场工程调试人员的组态时间, 提高了工作效率。

摘要：针对电除尘器上位机监控平台的专用监控软件和组态软件设计模式的优缺点, 详细分析了两种监控平台之间的差异。根据电除尘监控平台的功能特点, 设计了一种新型电除尘监控平台, 融合了专用软件和组态软件的优点, 以实现两种平台的特性互补。实践证明, 新型平台兼顾了通用性、集成性, 提高了调试工作效率, 具有广阔的应用前景。

关键词：电除尘器,上位机,监控平台,组态软件,专用软件

参考文献

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上位机瓦斯巡检管理系统的设计 篇7

1 系统开发环境

VB是全新的可视化编程环境, 为我们提供了一种方便、快捷的Windows应用程序开发工具。它使用了Microsoft Windows图形用户界面的许多先进特性和设计思想, 采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言 (Object-Oriented Language) 、当今世界上最快的编辑器、最为领先的数据库技术[1]。因此, 对于开发智能瓦斯安全巡检系统这样的中小型应用程序来说, 利用VB可视化集成开发环境更为实用, 并且考虑到本信息收集管理的主要应用领域与使用人群, 为此文中采用VB作为开发智能瓦斯安全巡检系统的语言。

2 系统数据库的设计

数据库在一个管理系统中有非常重要的地位, 数据结构设计的好坏将直接对应用系统的效率、功能的扩展、完善, 以及实现的效果产生影响, 合理的数据库结构设计可以提高存储的效率, 保证数据的完整和一致。该系统使用Access 2000, 根据需求对数据库进行设计, 实现了11张数据表:用户信息表、班次管理表、班次牌管理表、地点分类管理表、地点管理表、计划编制表、记录管理表、角色管理表、角色权限表、人员管理表、线路管理表。

2.1 数据库设计的关键技术

在VB的开发环境中, 可以使用三种数据库访问方式, 它们分别是:数据访问对象 (DAO) 、远程数据对象 (RDO) 和ADO对象模型。但不是所有的方法都能访问目前比较流行的Access2000数据库, 经过比较, 在此采用ADO对象模型的方法访问Access2000数据库。ADO涉及的数据库访问方式有DSN (数据源名称) 、ODBC (开放式数据连接) 以及OLE DB三种, 本文主要运用了OLE DB方式。

ADO Data控件使用Microsoft Active X数据对象 (ADO) 来快速建立数据绑定控件和数据提供者之间的连接。数据绑定控件是任何具有“数据源”属性的控件。数据提供者可以是任何符合OLE DB规范的数据源。使用Visual Basic的类模块也可以很方便地创建子集的数据提供者。尽管可以在应用程序中直接使用Active X数据对象, 但ADO D ata控件有作为一个图形控件的优势, 可以用最少的代码创建数据库应用程序。打开一个指定的数据库表, 或定义一个基于结构化查询语言 (SQL) 的查询、存储过程或该数据库中表视图的记录集合。将数据字段的数值传递给数据绑定的控件, 可以在这些控件中显示或更改这些数值。添加新的记录, 或根据对显示在绑定的控件中的数据的任何更改来更新一个数据。

2.2 系统报表的设计

煤矿主要需要定时生成瓦斯检测的日报表和班报表 (包括图形格式和表格形式的报表) , 它是煤矿一项十分重要的数据资料, 也是传统监控系统的系统操作员的日常工作之一[2]。可以根据用户要求提供各种报表的实现, 能够实时预览, 打印报表, 而且可以方便地将查询到的数据导入到EXCEL文件中去, 方便用户定制自己特定的报表。

本文设计的是一个通用单元, 通过这个单元, 用户可以方便地将数据导入到Excel和文本文件中, 然后还可以根据自己的实际需求, 对数据进行后期的加工和处理。

表1主窗口菜单

并且将这个单元改写成VB组件, 可以安装到VB开发环境中, 这样就可以根据自己的实际需要来选用该组件, 可以方便地实现对数据的导出功能, 最大程度上实现了代码的复用。

VB本身提供自动化功能可以通过创建Excel对象来生成和打印报表, 设计的步骤如下。

(1) 在工程中引用excel类型库。从“工程”菜单中选择“引用”栏, 在弹出的对话框中选择:Microsoft excel 10.0 object library, 然后选择“确定”, 表示工程中要引用excel类型库。

(2) 在通用对象的声明过程中定义excel对象。

(3) 使用Set命令创建excel对象。

(4) 使用excel对象的属性或方法完成报表的设计。

(5) 使用Quit方法释放excel对象。

3 管理系统界面的设计

作为整个系统的工作中心, 计算机软件系统对瓦斯检测的实时性、高效性和可靠性具有重要的意义。该计算机管理软件系统主要包括:登陆系统模块、基础信息模块、日常巡检模块和数据处理模块等四大模块。

系统的主窗体是一个多文档界面 (MDI) , 在主窗体中加入状态栏控件, 可以反映系统时间、日期的变化[3]。同时, 在主窗体中编辑了菜单。菜单的详细情况见表1所示, 点击不同的菜单可以调用不同的窗体。

4 结语

经过检测与调试, 本文设计的上位机瓦斯巡检管理系统能够准确的记录瓦检人员的瓦检情况、瓦检时间、瓦斯检查工姓名、瓦检地点及现场数据。能够对输入计算机的测定数据进行分析处理, 并自动生成瓦斯检查班报表和日报表, 达到了预期的目的。

参考文献

[1]王敏, 王金海, 郑全阶, 等.基于CGI技术的安全信息管理系统的设计与实现[J].计算机应用研究, 2005 (7) :210～212.

[2]王敏, 王金海, 王炜.新型的煤矿安全智能巡检系统[J].煤矿机械, 2008 (1) :118～120.

USB读数装置及上位机的设计 篇8

1 系统结构及硬件电路设计

1.1 系统的结构框图及工作原理

本系统主要由四个模块构成:FLASH存储器模块、FPGA控制模块、USB接口控制模块及电源模块。如图1所示。

其工作原理是:FLASH模块存储数据,作为记录器的数据源;FPGA模块作为读数装置的控制器,读取FLASH的数据并传输给USB控制接口模块;USB控制芯片接收来自上位机的命令[1],并与FPGA通信来执行用户需要的操作;电源模块为各模块提供稳定电源。

1.2 电源管理模块

本系统中芯片的工作电压有5 V、3.3 V、2.5 V。由于计算机的USB接口可以提供5 V电源,最大为500 mA的电流,对于此系统已足够,所以本系统的5 V电源直接由USB供电,并利用5 V电源经过电压调节器AMS1117调整出3.3 V和2.5 V电源。

1.3 FPGA模块

本设计的FPGA采用XILINX公司的Spartan-2系列的XC2S50,包括 FPGA配置电路和FPGA时钟电路及接口配置。

FPGA的配置方式灵活多样,本设计根据芯片是否能够自己主动加载配置数据以及比特流的位宽,利用主串模式进行配置FPGA,如图2所示。在FPGA的输出端口上为每个端口连接了一个电阻,起到耦合限流的作用,使外部接口与FPGA进行匹配,防止电流过大等不良影响而烧坏芯片。

1.4 USB接口模块

一般USB的接口芯片种类大致可分为:主控制器、根集线器、接口芯片以及具有USB接口的微控制器。本设计利用的是EZ-USB FX2LP系列的CY7C68013A-128PIN芯片。

本设计采用0XC0的EEPROM启动方式。即在EEPROM中首字节写入0XC0,并将VID、PID、DID和配置字节写入EEPROM。芯片上电后,将这些数据复制到片内存储器,并将其发送给主机,由主机根据ID数据选择合适的固件程序下载到USB芯片内。本设计使用具有I2C总线接口的串行EEPROM芯片AT24C64。AT24C64具有8192 x 8位容量,可重复擦除100万次。

1.5 FLASH存储器模块

FLASH存储器存储着记录器的数据,本设计的目的就是从FLASH中读取数据并传入计算机进行保存。本设计采用SAMSUNG公司的K9F5608U0D NAND FLASH 存储器[2]。其特点如下:存储单元阵列为(32M+1024k)bit×8bit;总共64k的块,每块含32页,每页为512+16字节;以页为单位编程(200μs典型编程时间),以块为单位擦除(2ms典型擦除时间);命令、地址、数据复用端口;提供硬件数据保护功能。

本设计的硬件连接电路如图3所示。其中MAX1658为K9F5608U0D提供电源,排阻起到耦合限流作用。

2 软件程序设计

2.1 FPGA各模块程序设计

本设计的FPGA程序采用Xilinx公司的ISE软件。它提供给用户一个从设计输入到综合、布线、仿真、下载的全套解决方案,并可以很方便的与其他EDA工具接口。

本设计中原理图输入采用其中的第三方软件ECS,HDL综合使用XST,测试台输入是图形化的HDL Bencher,仿真使用Modelsim SE。简要的流程如下:

建立工程项目;综合;仿真;定义输入输出管脚约束;布局布线;下载配置。

FLASH模块程序设计中FLASH控制模块对FLASH存储器K9F5608U0D执行各种操作。K9F5608U0D芯片提供了8种命令,即8种操作:①读1操作;②读2操作;③读ID操作;④复位操作;⑤页编程操作;⑥复制回读操作;⑦块擦除操作;⑧读状态操作。

2.2 CY7C68013[3]固件程序开发

USB功能设备的硬件功能主要由硬件上的微处理器来实现,因此需要为USB设备编写固件程序。本设计的USB固件程序开发中,使用Keil Software公司推出的51系列兼容单片机软件开发系统Keil μVision3。

图4所示为68013A的固件程序流程图,下面介绍如何编程。本设计采用固件框架中的Dscr.a51文件,修改设备描述符中的ID码和字符串描述符,并修改相应的端口配置,其余保持默认状态。主机发送8字节的SETUPDAT数据包后[4],68013A将其进行解码存入SETUPDAT寄存器中。SETUPDAT[1]中存储着USB发出的请求码。在固件程序中使用switch-case语句对不同的请求码进行分析,分别进行相应的响应。

对于标准USB请求,在CY3684开发包内已有完善的函数框架,本设计在保持其默认状态下,修改其中的处理函数,使其符合本设计的要求。在Fw.c文件中,最主要的两个函数为Main( )函数和SetupCommand( ),其中Main( )函数控制整个68013A的程序流程,SetupCommand( )则对不同的设备请求进行分析,并调用响应的执行程序。

SetupCommand( )程序框架如下:

在本设计需要使用自定义请求来介绍上位机的FLASH操作命令,因此需要在USB固件程序中声明自定义请求。自定义请求和标准USB请求放在一起,但不能和已有的请求号相冲突。同时还需要编写自定义请求对应的处理函数。程序框架如下:

对于对应的处理函数则在Periph.c文件中进行定义。所有的USB设备请求响应函数,中断函数都在此文件中定义。同时设备初始化函数TD_Init( ),用户功能函数TD_Poll( ),挂起函数TD_Suspend( )和USB复位函数( )也都在此文件中定义。

本设计采用在上位机发送自定义请求A1,并在自定义请求中包含对FLASH操作的命令字,68013A在分析得到自定义请求A1后,在自定义请求A1中把命令字保存入一个全局变量[5],在用户功能函数TD_Poll( )中执行对命令字的分析并调用相应的FLASH操作函数。对于传输到上位机上的数据通过自定义请求A2、A3来执行。

3 结论

本设计根据USB总线技术、FPGA技术及面向对象程序设计方法,对电路的组成原理、接口电路设计、系统控制信号的设计及USB上位机程序的设计做出详细的说明,设计出基本符合课题要求的USB读数装置及上位机程序,基本完成了工作要求。当然本设计在USB接口的速度方面还需考虑更完善的方案。希望在以后的学习工作中能够改进。

参考文献

[1]潘建兵.基于USB总线的数据采集器的研制[D].重庆大学,2006.

[2]钱峰.EZ-USB FX2单片机原理、编程及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[3]Cypress Semiconductor Corporation.CY7C68013 EZ-USBFX2 USB Microcont-roller Highspeed USB PeripheralController[Z].2001.

[4]孙航.Xilinx可编程逻辑器件应用与系统设计[M].北京:电子工业出版社,2008.

水电厂监控系统上位机的改造 篇9

1 监控系统结构与功能

监控系统作为现代化水电厂实现无人值班 (少人值守) 目标必不可少的装备, 采用开放式分层分布式结构, 主要由全厂控制层和现地控制层 (LCU) 设备组成。

全厂控制层俗称上位机, 主要包括:操作员站、工程师站、调度通信服务器、实时数据服务器、历史数据服务器、卫星对时系统、供电不间断电源 (UPS) 、相关网络设备及网络安全设备等。数据服务主要选择T3-1型数据服务器, 全面满足系统对设备硬件的要求, 运行可靠性高。其主要功能是完成对全厂主设备的实时监视、控制、调节运行记录, 兼有与上级调度的通信管理。主要具有对电站机组、辅机、公用设备及开关和闸门设备的控制;全厂设备的监控、自动发电控制 (AGC) 、自动电压控制 (AVC) 、事故分析处理、趋势分析处理、经济运行、越限和状变事件报警;事件顺序记录 (SOE) 、数据综合处理、趋势记录分析、事故处理提示和自动处理声光、语音、电话图像报警、各种报表的召唤和打印记录等功能。

现地控制层俗称下位机, 主要包括:机组现地控制单元、开关站现地控制单元、公用设备现地控制单元。现地控制PLC主要选型施耐德公司生产的PLC, 运行稳定。主要功能是可按照主站级的指令, 完成对水电厂的设备实施具体操作, 也可在主站级或网络无法正常工作的情况下, 在现地独立完成对设备的操作。这些操作可以是自动的, 也可以是手动的。它可以作为所属设备的独立监控装置运行, 当LCU与主控级失去联系时, 由它独立完成对所属设备的监控, 包括在现地由操作人员实行监控及LCU对设备的自动监控。负责机组开、停机顺控, 数据采集及处理, 开关站、公用设备的控制, 安全运行监视, 事件顺序检测和发送, 现地操作与监视, 机组的自动准同期并网, 与厂级计算机的通信, 将LCU采集到的数据及时准确地传送到主控级工作站中, 同时接收其发来的控制命令, 并将执行过程和结果及时回送主控级工作站。

2 监控系统上位机改造

2.1 柘溪水电厂监控系统上位机改造设计原则

(1) 在满足可靠性和实用性的前提下, 尽量按照国际先进水平进行设计, 采用无人值班 (少人值守) 的运行值班方式。监控系统采用全计算机监控模式, 设置统一的全厂计算机监控系统, 不再设置独立的常规集中监控设备。另设置简单的紧急停机、安全闭锁和事故动作的硬线回路, 满足对水电厂重要设备进行紧急处理的可靠性要求。

(2) 系统上位机采用双机冗余热备结构, 监控网络采用双光纤冗余环网配置, LCU采用双网双CPU热备冗余配置, 系统本身的局部故障不影响现场设备的正常运行。

(3) 实现水电厂计算机监控系统与省调和网调监控系统、电站MIS系统 (信息管理系统) 、电站设备状态监测与分析系统、全厂火灾自动报警系统、全厂通风空调系统、厂用电系统、电能计量系统等的通信。计算机监控系统的通信满足相关安全防护规定。

(4) 系统高度可靠, 实时性好, 抗干扰能力强, 适应现场环境。选用开放式、全分布的系统结构, 系统配置和设备选型具有先进性和兼容性, 能充分节省投资。

(5) 人机接口功能强大、界面友好, 人机联系操作方法简便、灵活、可靠, 符合水电厂运行操作习惯。

(6) 具有反映机组震动声音、机组烟雾火警的监测能力。

(7) 系统应留有局域网接口, 实现厂区局域网用户数据共享。并保留INTERNET接口, 以扩展远程监视。

(8) 系统具有远程诊断的功能。

2.2 柘溪水电厂监控系统软硬件配置

新的柘溪水电厂计算机监控系统机房布置于生产办公大楼3楼, 分成3个区域:网络机房、上位机配电房、工程师操作间, 运行操作间仍然设置在一楼原位置。实时数据服务器主机采用2台SUN SPARC T3-1服务器主机, CPU为含16内核的64位SPARC T3 16-core 1.65 GHz processor, 历史数据服务器采用2台SPARC T3和1套SPARCstorageTM6180光纤磁盘阵列构成的集群, 监控网络仍采用双星形以太网, 但在运行操作间增加了2套操作交换机, 每套LCU增加了2套现地交换机;工程师站1台、操作员站2台、ONCALL及语音站1台, 其主机均采用Sun Fire X2270 M2工作站, CPU为含6内核的Intel (R) Xeon (R) 3.06GHz CPU;无盘通讯站1台, 无盘调度通讯站2台, 其主机采用双核2.16GHz CPU的sj30-664通讯管理机。

应用系统为南瑞升级版NC2000 (3.0) 版本, 增加了实时库在线维护及操作令双机核对功能, 计划对AGVC功能部分功能进行调整、完善。NC2000 (3.0) 监控系统软件是积累了多年NARI Access监控软件在全国多个电厂的使用经验后, 开发完成的新一代电力系统计算机监控系统软件。系统采用CLIENT/SERVER体系结构, 支持不同的硬件、操作系统及关系型数据库系统。面向对象的开发方式, 涵盖了设计和开发2个过程, 用户在使用过程中更加方便和直观。

柘溪水电厂整个上位机改造项目, 分为四大部分, 分别为:监控系统新上位机及网络设备组网与模拟调试;检修机组LCU接入新上位机、接回老系统并网测试;其他LCU单元接入新上位机网络测试;全厂全停、所有LCU一次性接入新上位机网络及全厂功能调试。

2.3 柘溪水电厂监控系统上位机改造过程时间节点

2010年正式书面提出监控机房改造建议;2012年正式确定机房设计方案, 次年进入招标采购环节;2012年与南瑞确定了监控上位机改造的范围、设备选型、初步施工方案。

2013年3月开始监控机房改造的土建工作;同年5月机房土建完成, 开始设备安装、线缆敷设;7月, 机房8大系统 (照明、动力、空调、UPS、机柜、消防、动环、新风) 安装调试完毕交付使用;7月底开始监控上位机设备的安装调试;8月完成监控机房到LCU的线缆敷设工作, 共敷设光缆32根, 电缆19根, 最长680米;10月完成上位机设备硬件安装调试工作, 开始上位机软件部分的调试 (含与省调、地调、振动在线监测、微机五防、机房动环、水情水调等系统的通讯调试) 工作。

2013年12月15日至2014年1月19日完成新上位机全厂13台LCU的单独联调工作;2014年1月20日开始上位机过渡工作, 1月24日开始72小时试运行, 并顺利结束。

3 结束语