可视监控论文

可视监控论文（精选7篇）

可视监控论文 篇1

随着电力系统规模的不断扩大, 电力运行管理属于电力管理的重要组成部分, 传统与现代的管理存在很大差异, 传统电力的管理多使用一些简单的分析方法, 人工负责, 由于数据量大, 会增加工作人员的负担, 实施起来也比较困难。在数据分析结果上缺乏准确性、完整性与时效性。目前, 为了加强电力管理信息化建设, 信息化管理软件已被国内许多电力开发商所使用。电力行业人员结合不同的行业, 自行开发软件, 虽然符合实际需要, 但严密性、信息共享性及可扩充性存在缺失。因此, 为了满足生产管理的需要, 需要不断改进, 实现电力企业的可视化监控管理。

1 电力企业管理系统的现状

相关资料表明, 国外的电力管理水平要比国内的电力管理水平的自动化程度要高得多。国外在电力运行已经实现了对电站的智能化管理, 而国内的电站还处于人员看守的状态。研究人员把电站的运行分为三个模式, 分别为:有人值班管理、少人值班管理与无人值班管理。电力学家将电力管理方式整理为规范化、标准化、自动化, 从而在很大程度上减轻了工作人员的负担, 不断提高了数据分析结果的准确性。电力行业的“精细化、精益化及集约化”是国内所有电力企业追求的目标。

因此, 要加强学习国外电力系统管理, 借鉴他们的电力管理模式, 实现自动化管理。结合我国不同地域电力发展形式, 分析我国电力发展的不足以及改进的方面, 从而提高我国电力管理自动化水平, 实现电力管理的信息化、智能化。

2 电力系统可视化的监控管理技术的应用

可视化技术包括科学计算可视化、信息可视化、数据可视化等一些列分支, 可视技术越来越被人们信赖, 不仅可以充分利用人体的视觉感知能力, 结合计算机中的图形学、图像处理技术、数据管理等手段用图像的形式来表达信息。从实现繁杂的多维数据中产生图文图像, 从而获得数据深层的理解。电力运营监控可视化管理体系的构建, 利用可视化技术、信息化电力运行监控技术, 与电力企业运营监控可视化的平台结合, 实现了对电力企业经营业绩管理成绩的全面管理, 从可视化运行监控系统的架构出发, 可以将系统分为四个层面:展示层、应用层、数据层和源系统层。具体构成见图1。

从图中, 可以直观的展现出电力企业的运行管理成效、经营业绩、运营状况、核心资源, 也体现了公司各部门专业管理的技术水平。利用通讯技术与电力信息化业务管理系统相结合, 形成数据、信息分析。通过可视化管理系统中将运营过程分厂不同模块, 采用信息传输、集成、分析等方式, 实现运营管理的可视化。

系统在运行过程中, 需要确定监测指标, 管理数据、信息与国家电网中心进行组织管理, 实现数据一体化。国家电网公司在这个过程中可以构建监测模型、梳理指标体系来实现全面监测, 对日常管理活动中出现的问题, 提出管理对策。两位, 可视化的管理过程, 可以确定不同业务流的管理要素, 构建管理分析模型, 加强对公司的综合管理, 实现对公司业绩、发展能力以及风险调控进行全面管理。

在可视化监控管理过程中, 获得的监控与运营数据, 总结数据分析结果, 以便加强协调监控, 要求出现问题部门处理问题。另外, 电力运营监控可视化管理系统在运行过程中, 如果数据部准确, 会出现有关安全应用问题, 因此, 在应用过程中, 要保证数据的准确性, 提升系统运行安全性。在动态业务运行中也存在不足, 要求操作人员, 要加强流程操作的准确性, 改进操作工具, 实现各种数据抽取的准确性, 获取更高质量的数据, 以便提升系统运行的准确性。

3 结束语

电力企业的可视化运营管理, 可以有效的解决管理过程中存在的问题, 实现了电力企业资源的优化配置, 满足了电力企业运行过程的集约化、智能化的要求。另外, 在电力企业运行可视化管理监控过程中, 也存在一些不足, 需要不断的挖掘数据信息, 以便提高运营分析的效率, 结合不同的用户设置不同的使用权限, 为供电企业的可持续发展奠定基础。

参考文献

[1]张启颜.跨平台的电力监控系统可视化制表组件实现[J].工业控制计算机, 2012, 25 (8) :75-76, 78.

[2]姚珂.电力运营管理系统可视化研究[J].建筑工程技术与设计, 2014, (12) :582-582.

[3]陈乃松.浅析电力企业运营监测 (控) 信息系统应用架构设计[J].企业技术开发 (下半月) , 2013, 32 (14) :54-56.

[4]文昊.构筑发电企业厂级监控系统 (SIS) 平台[J].电力信息化, 2004, 2 (5) :72-74.

信息系统全景可视化监控模型研究 篇2

随着电力信息化的发展,电力企业将建设越来越多的信息系统,为保障信息系统的安全稳定运行,对信息系统的运行监控显得非常重要[1],国家电网公司已通过SG186工程完成信息运维综合监管系统[2,3]建设,南方电网公司目前发布了IT集中运行监控系统建设规范[4],并已开展试点建设。

信息系统的运行监视主要包含运行状态监视、运行指标展现和运行数据分析3方面,监控系统的设计一般侧重于对信息系统各个组成部分(业务系统、中间件、数据库、服务器、操作系统、网络系统、通信系统、终端系统等)独立分块地进行监视,运行监视人员则需要从分块的监视数据中综合分析信息系统整体运行状况,当业务发生中断时,运行监视人员不能快速、精确地定位是业务系统本身发生故障,还是服务器、中间件或网络设备发生故障。

在信息系统的运行监控中,非常有必要采用可视化技术直观地展现信息系统各个组成部分的运行状况,文献[5–6]介绍了电力系统中运维可视化的优点。信息系统的运行数据分析也很重要,在管理层面,分析数据可以在信息化发展和管理方向为领导提供决策支持;在运行层面,分析数据可以为信息系统的优化提升提供数据支撑,如果没有规范的运行管理指标,很难做好数据分析,更难做到决策支持。

文献[7]基于配置管理数据库(CMDB)研究构建信息系统运行方式模型,该模型主要侧重中间件、数据库、服务器、网络系统等平台设备,但没有将业务系统模块纳入模型,也没有对运行的指标展现和数据分析进行研究。本文提出了一种以业务系统为主线,对信息系统各个组件进行监控,并能直观展现的模型,称为信息系统全景可视化监控模型。

1 信息系统全景可视化监控视图

信息系统全景可视化监控是指一个信息系统的每个组成部分都纳入监控,并能直观地展现。本文首先对信息系统的数据通信过程进行说明,参考OSI七层模型,列举了信息系统数据通信过程中所涉及的各类组件(见图1)。

从图1可以看出,从用户到服务器的数据通信过程为:桌面应用软件、电脑终端及操作系统、数据网络系统、通信传输系统、数据中心网络系统、服务器及操作系统、中间件、业务系统、数据库。根据数据通信过程,本文提出一种全景可视化监控视图,将信息系统的主要组成部分纳入监控。信息系统全景可视化监控视图如图2所示。

全景可视化监控视图分为业务系统层、中间件/数据库层、服务器层、网络层和用户层。

在业务系统层,视图中的外框可将业务系统看作黑盒,框中的模块即为业务系统的服务组件或独立功能模块。中间件及数据库都是独立运行在操作系统上的应用程序,所以独立成一层。服务器层则对操作系统运行状态进行监视。网络层监视与服务器直连的接入交换机以及数据中心核心交换机的运行状态,同时监视服务器与交换机、交换机与交换机之间的链路状态。用户层监视局域网核心交换机的运行状态,因局域网以下的接入交换机或终端故障时只影响局部用户,核心交换机故障时则影响全局用户,因此视图从业务系统的角度重点监视局域网核心设备。

全景可视化监控视图中每一层的监控点,都可呈现5种子视图,分别为颜色、标注数字、鼠标停留悬浮信息、鼠标点击对话信息、右键菜单。

1)颜色:业务系统框架、业务系统模块、中间件、数据库、交换机每个监控点用不同的颜色表示,并可通过颜色的变化动态展现监控点的实时运行指标。

2)标注数字:标注于监控点的右上角,可用于显示监控点的告警数、故障数、缺陷数等数据,标注信息还可用颜色区分等级,点击标注数字可以详细显示数据记录。

3)鼠标停留悬浮信息:当鼠标停留于监控点上时,可以显示监控点的关键配置数据和指标,例如鼠标停留在业务系统功能模块上显示当前访问用户数,鼠标停留在数据库上显示当前连接数。

4)鼠标点击对话信息:当鼠标点击监控点时,可以通过对话框显示监控点的详细配置数据、运行指标、服务指标、应用指标和性能指标。

5)右键菜单:当鼠标右键点击监控点时,可以显示监控点所关联的上下文菜单,菜单项有3种类型:一是在视图中没有展现的其他详细信息,如资产信息;二是调用基于SOA架构开发的外部系统数据,如调用监控点相关的流量分析数据;三是外部连接,可直接连接到第三方的管理软件平台。

全景可视化监控视图以业务系统为主线,为便于故障的定位和告警分析,将通信系统和数据网络系统简化为局域网和数据中心之间的连线,当通信系统和数据网络系统发生故障时,均能通过连线及局域网节点的颜色变化体现。在虚拟化应用环境中,视图中的服务器即为虚拟机,同时视图也没有将存储、虚拟化平台、安全设备等纳入监控,当存储、虚拟化平台、安全设备等发生故障时,均能通过视图中的服务器、中间件、数据库及业务系统的监控指标数据变化体现。

2 全景可视化监控关键展现指标

本文参考文献[4]和文献[8]中的指标集,设计了全景可视化监控视图关键展现指标,为信息系统监控平台的展现指标设计提供参考。

2.1 业务系统层指标

业务系统层监控指标分成直观展现指标、鼠标停留悬浮展现指标、鼠标点击展现指标、鼠标右键点击展现指标。

1)直观展现指标。选取“可用率”指标,通过颜色变化实时展现业务系统及其各组件/功能模块是否“可用”。在业务系统及其各组件/功能模块的右上角标注数字显示当前未确认的告警总数、故障总数。

2)鼠标停留悬浮展现指标。展现业务系统或业务系统各组件/功能模块当前统计周期的平均无故障时间(Mean Time Between Failure,MTBF)、可用率数据。

3)鼠标点击展现指标。弹出对话框信息,对话框信息分为配置数据、运行指标、服务指标和应用指标(见表1)。

4)鼠标右键点击展现指标。展开关联业务系统的上下文菜单,内容可根据需求定制,如关联业务系统登录地址,直接打开业务系统的登录页面。

2.2 中间件/数据库层、服务器层、网络层、用户层指标

中间件/数据库层、服务器层、网络层指标见表2所列。

用户层指标见表3所列。

3 全景可视化监控技术

信息系统全景可视化监控模型包含3种技术:一是指标数据采集技术,如何获取、计算和存储视图所展现的指标数据;二是视图展现技术,从美观、快捷、实用方面实现用户与计算机的交互界面;三是数据分析技术,从知识发现和决策支持的角度,对监控指标数据进行分析,发现规律。信息系统全景可视化监控模型的技术架构如图3所示。

3.1 指标数据采集技术

如果企业指标数据由不同的专业监控信息进行采集,建议不同的专业监控系统都依据企业SOA架构[9]和接口规范进行设计,为数据指标的提取提供标准接口,并能对接到企业的企业服务总线(Enterprise Service Bus,ESB)上;对于支持企业SOA架构的业务系统各组件/功能模块的应用指标数据,可以通过ESB调用,对于不支持的业务系统,可以通过业务系统动态输出模块故障调试信息,由全景可视化监控视图的专业接口采集并分析。

全景可视化监控视图可以通过企业ESB获取所需的指标数据,也可以通过定制的接口采集非标准接口的其他专业系统的指标数据,指标数据采集技术如图4所示。

全景可视化监控视图中的指标数据分为运行指标、应用指标、服务指标、性能指标及配置数据,视图可实现运行指标的统计分析,而服务指标、性能指标、配置数据都由专业系统实现,业务系统的应用指标由业务系统自身实现。

3.2 视图展现技术

视图展现注重于用户体验,建议采用目前互联网流行的富互联网应用(Rich Internet Applications,RIA),RIA是集桌面应用程序的最佳性能、Web应用程序的普及、快速、低成本部署以及互动多媒体的美观、快捷、最佳用户体验为一体的新一代网络应用程序。目前有很多厂商提供RIA技术,本文介绍和比较3种适用于企业的RIA技术。

3.2.1 Adobe公司的Flex技术

Flex基于Adobe公司的Flash Player,通过浏览器在客户端实现矢量动画及复杂的人机交互,并能实现与后台数据库的存储。主要有以下优点:

1)有10多年的发展历史,技术应用成熟,技术文档、控件支撑丰富;

2)支持多种平台Windows/Linux,并能应用于J2EE和.NET开发平台;

3)丰富的界面展现元素,完善的企业工作流程管理。

3.2.2 Microsoft公司的Silverlight技术

Silverlight基于Microsoft.Net Framework的WPF(Windows Presentation Foundation)技术,提供丰富的Web呈现和交互,效果与Flex类似。主要有以下优点:

1)由Microsoft主导,因此有Microsoft技术文档和控件支撑;

2)支持主要桌面平台Windows/i OS/Linux,侧重于.NET开发平台;

3)基于.N E T平台,与桌面应用的集成功能丰富。

3.2.3 W3C推动的HTML5规范

HTML5是由万维网联盟(World Wide Web Consortium,W3C)推动的互联网超文本标记语言(Hypertext Markup Language,HTML)的新一代规范。本文视图展现主要应用HTML5的Canvas对象功能,使浏览器可以脱离Flash player和Silverlight的支持,直接解析显示图形或动画。主要有以下优点:

1)由万维网联盟主导,具有非常丰富的技术社区支持;

2)因HTML5是一种标准,因此所有流行平台都将支持;

3)界面呈现元素丰富,特别在扁平化设计方面。

本文从开发技术支持、跨平台应用、界面展现效果、成熟度、响应方面对3种技术进行比较(见表4)。

3.3 数据分析技术

全景可视化监控视图将存储大量的告警、性能等指标数据信息,需要对数据进行分析,在信息系统特别多的情况下,还需采用大数据、海量数据挖掘技术进行分析。数据挖掘及知识发现的方法很多[10],本文结合全景可视化监控,介绍异常分析、汇总分析、性能分析、关联分析4种方法。

1)异常分析。异常分析的目的是找出采集数据中的异常数据。在全景可视化监控视图中,并不需要智能识别数据正常或异常,只需人为界定数据正常和异常的分界点,将所采集的指标数据根据经验或规范设定不同等级的告警阈值,异常数据通过告警的方式呈现,显然,合理地设置监控阈值很重要。

2)汇总分析。汇总分析是将所采集的告警、性能等指标数据进行简化、归类,并整理成图表,发现数据的内在规律,常使用分类分析、趋势分析。分类分析是将数据按类别进行归类汇总,发现不同类别数据的差异和规律;趋势分析是将数据按周期汇总,进行同比、环比分析,分析数据变化趋势和变化规律。

3)性能分析。性能分析是通过分析用户到服务器及服务器之间的数据交互过程,计算出服务器及网络的响应时延,从而定位性能问题。首先需要分析业务系统服务器之间的数据流向,再采用性能分析设备对数据流进行抓包,通过分析数据包中的TCP交互时延,计算得到服务器的响应时间、网络传输时间,同时还可以比较不同服务器的响应时间和通信流量,得到性能最差的服务器。

4)关联分析。关联分析是发现信息系统组件告警之间潜在的关联关系。在数据挖掘中,关联分析常采用关联规则分析方法,定义单个告警为“项”,单个监控点的告警为“项集”,一定周期所有监控点的告警集为一个“事务数据”。关联规则分析的核心是在所有事务数据中找出“频繁项集”,再通过“频繁项集”找出“强关联规则”,这些“强关联规则”满足最小的“支持度”和“置信度”,“支持度”和“置信度”分别反映关联规则的有用性和确定性。

4 结语

可视监控论文 篇3

1) 加大了作业机车的监控力度。DGPS技术投入使用前, 各个车站行车调度对所管辖范围内作业机车的监控是通过微机联锁控制台显示屏和无线电报话机来实现的。而可视化机车监控系统给各站行车调度 (区调) 提供了全时域, 全天候, 连续的所管辖区域内机车的位置、速度等数据, 使行车调度随时掌握了各台机车的作业进度, 这样行车调度通过机车定位系统和无线电报话机能够及时, 准确地监控每台机车的作业, 从而提高了铁路运输保产的能力。

同时基于MESH无线网络通信的高带宽实时机车监控视频的回传及机车进路前方道口或货位实际场景实时视频的回传[1], 对运输生产调度指挥人员有极其重要的作用。

2) 提高机车的作业效率, 减少机车使用台数, 降低运输成本。以往由于受监控技术的限制, 铁路运输行车总调无法对全部运用机车进行监控;基于MESH无线网络和DGPS技术的可视化机车监控系统, 提供了一种崭新的工作平台, 通过此平台, 铁路行车总调拓宽了监控范围。可俯视作业机车全局, 站在全局的角度, 指挥各站行车调度, 这样就使全部运输机车都有效地运转起来, 达到对全部应用机车的作业实施监控的目的, 打破了各站区保护和本位主义的束缚。另外, 调度中心与机车实现了调度指令的无线数传, 两者结合大幅度提高了机车的作业效率;

3) 加强运输机车作业标准化的监督, 减少行车事故的发生。DGPS技术可提供每台机车全天候连续实时的位置和速度, 同时与基于MESH无线网络通信的高带宽实时机车监控视频结合, 这样就使各站行调、部调及检查人员对每台机车是否按标准化作业进行检查成为一种可能, 诸如机车通过道口前是否减速, 机车进厂房作业前是否停车检查 (一度停车) , 职工上、下班时间内是否有机车占用主要道口进行作业等。由于有一只“眼睛”一直盯着机车作业, 使机车作业人员时时, 处处能自觉地按标准化进行作业, 从而大幅度减少行车事故, 并且为事故分析提供可靠的依据;

4) “微机联锁+DGPS”形成安控双保障。在行车安全方面, 目前企业专用铁路机车运行主要靠“微机信号连锁系统”, 它解决了铁路信号和进路排列的问题, 但由于“微机信号连锁系统”是基于轨道电路技术的系统, 所以, 当轨道出现锈蚀、杂物掉在轨道上、或轨道电路电压调节不准时会出现“飞车”现象 (即某轨道有车存在, 但显示为无车状态) , 这样会造成严重的安全隐患, 会造成“撞车”、“四股道”、“挤道岔”、“脱线”等安全事故的发生。如果机车卫星定位系统与微机信号连锁系统结合等于形成了安全的双保险, 除了显示信号和轨道状态外同时显示机车在轨道的准确位置, 这样就可有效地防止上述安全事故的发生;

5) 优化铁路行车组织。由于企业铁路可视化机车运行实时监控系统可以对全部机车作业过程进行回放并对每台作业机车的作业数据进行统计和分析, 从中可发现机车作业过程中不合理的部分, 从而改进各台机车作业方案, 实现优化行车组织的目的。

1 开发要求

1.1 对机车的运行进行实时跟踪、定位和监控

1) 在机车车载显示屏上实时动态显示本机车及所挂车辆在股道上的具体位置;

2) 在机车车载显示屏上实时动态显示距离本车列行进方向最近信号机状态和距离, 系统要求距离误差不大于3m;在机车车载显示屏上实时动态显示机车速度曲线;

1.2 对机车调车作业时的安全进行预警及防护

1) 对机车冒进信号前, 进行低频和高频两级语音预警;

2) 当车列行进前方为尽头线时, 对车档进行语音低频和高频两级语音预警;

3) 当车列行进的速度超过了股道限速时, 进行低频和高频两级语音预警;

4) 特殊区段限速控制。根据用户使用要求, 对需要限制速度的区段进行速度限制及预警;

5) 测量车列长度, 实时向信息化系统提供实际甩挂钩验证车辆数, 实现错误摘挂车辆作业报警;

1.3 其他功能

1) 机车车载终端可以与机车工况测控主机进行接口 (RS232) , 采集记录机车运行工况信息, 并可进行回放, 记录内容含柴油机、制动系统等运行参数并在后台形成曲线, 可以与速度同步回放;

2) 机车车载终端可以与物流跟踪系统与调度监督系统进行数据接口, 接收处理相关数据;

3) 机车车载终端具有打印输出接口;

4) 电子添乘的内容可根据要求实时回传到地面管理终端。

2 关键技术和要点

2.1 无线网络的选择

MESH无线网状网[2] (Wireless Mesh) , 也称为“多跳 (multi-hop) ”网络[3], 是一种新型的基于Wi Fi技术而发展出来的无线城域网解决方案, 目前正在世界范围内尤其是欧美等发达国家掀起应用热潮。与传统无线网络完全不同, 它可以动态地创建新的链接和其他节点相连, 且组网简单、经济、可扩展, 从而大幅降低专网用户或运营商网络部署的成本和复杂程度。

在本系统中选择Strix OWS产品系列, 它具备如下特点:保证机车视频监控双向传输所需的网络带宽;机车高速移动和无线网络快速切换;铁路沿线Mesh基站具有极强的自愈能力;企业铁路的恶劣环境要求极强的抗干扰性;网络的可管理性。

2.2 GPS的定位精度

通常GPS的定位精度为5~10m, 而在企业专用铁路的站场, 5~10M往往可以横跨3~4条铁路线路, 并且线路轨间距为1.435m, 因此, 普通GPS的定位精度是达不到机车运行监控的要求;本项目利用差分全球定位系统 (Differential Global Positioning System) , 简称DGPS或差分GPS, 是一种应用于全球定位系统中用以提高民用定位精度的一种技术, 可以提高其局部范围内用户的定位精度, 利用这一方法可以将用户的实时单点定位精度提高到亚米级。本项目使用的就是DGPS系统, 定位精度可达到0.45m (CEP) , 完全适用于企业机车运行监控。

2.3 工作原理

本系统不仅需要其各分系统间协同工作, 还需要与计算机网络系统、MESH网络有机集成。系统主要工作原理如下:DGPS基准站分系统的GPS接收天线架设在已知坐标的基准点 (在调度中心楼顶) 上, 根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标解算出差分改正数, 并实时地将差分改正数据通过MESH无线网络系统向车载分系统播发。实现GPS卫星定位子系统精确定位的基础。

车载分系统中的GPS接收机接收GPS差分改正数据和GPS卫星信号, 进行实时差分处理, 得到所测机车的精确位置。利用MESH网络, 不仅实现差分信息的播发和机车位置信息的回传, 同时还通过数据处理中心的中心处理软件实现调度指令的双向报文通信, 并由调度中心的中心处理软件实现调度指令及相关视频在各个机车、站场、调度中心间的转发和存储。

3 系统设计

系统设计为三个部分:地面设备、传输网络、机车车载终端。

地面设备包括:DGPS基站、数据库服务器、应用服务器、接口工控机、视频服务、现场网络摄像机等;

传输网络包括:企业局域网、MESH无线网络;

机车车载终端包括:GPS接收机、车载电脑、车载视频监控摄像机、MESH网络通信单元。系统拓扑图如图1所示。

4 实现功能

4.1 机车实时监控

在地面调度终端软件的GIS图 (对标志性建筑物有标识) 和控制行车指挥的线路示意图 (有信号灯和道岔的状态显示及进路情况, 道岔、信号、编号可选择显示) 上可以实时监控机车的实时位置, 运动状态, 速度大小, 牵引车辆的数量、类型及空重状态;不同的车辆有不同的图标形象标识, 一目了然;在机车进行摘挂作业后, 实时记录车辆在股道内的位置;并且可实现与机车运行状态联动, 对超速等违章作业情况实时记录及预警;在严重的紧急情况下, 可以直接通过机车工况测控系统连接的测控主机, 实现对机车的应急制动, 保证行车安全。

4.2 机车动态轨迹记录及回放

指定任意一辆机车, 选定时间段, 回放该时间段内的历史轨迹。使用控制键可以实现播放、停止、暂停、快进、快退、变速功能;同时与物流系统接口, 可实现调车作业计划同步回放。

4.3 机车车载终端功能 (信号和视频上车及安全预警)

站场信号状态信息通过数传3G通信模块传送到车载终端[4], 实时显示站场状态信息 (信号机、道岔、区段状态信息等) 。在调度终端软件的GIS图和计算机连锁模拟轨道示意图上实时显示机车所在的位置、速度、作业车书 (牵引或推送) 、车长、车列前方进路、前进信号、距离及验证车长 (通过轨道电路变化计算) 等信息。在接近道口、道岔、信号灯等位置会给出语音提示, 在超速等情况下会有预警提示, 在必要时向机车工况测控主机发送制动命令进行应急制动;预警及报警时, 必须通过副司机确认按钮进行警报解除, 否则记录违章;同时, 副司机在计划作业完成时打点确认;与物流跟踪系统的信息接口后, 可实现无线接收和打印调查作业计划单功能。

4.4 机车运用统计 (吨公里指标分析)

通过对机车任意时间段GPS历史数据的统计, 统计出机车在各站场 (或区间) 的运行时间分布图、机车的工作时间统计图及柴油机工作时间统计图。自动生成机车运行作业图、机车运行速度图、机车运行统计图、机车里程统计图。

给定机车车号和时间段, 统计机车的运行距离、运量和相关指标, 生成报表并打印。

4.5 机车油耗管理

对每次加油进行记录, 利用走行公里数, 对车辆油耗进行核算, 及时发现并警示异常行为, 为企业管理部门机车运行管理提供有力的数据依据和佐证。

4.6 自动采集机车装卸作业的时间

利用GPS车载终端, 实时采集卸车对位, 卸后取车时间, 装车对位时间及装后取车时间, 为与相关单位分摊铁路停时费, 提供核算依据;通过GPS技术对运输生产相关关键点停时的自动采集。

4.7 机车运行参数记录

实时将柴油机转速、列车管压力、制动缸压力、润滑油压力变化曲线 (润滑油压力低于设定值时在机车车载终端显示屏上报警等信息) 等机车运行参数发回到后台服务器, 供机车调度管理人员参考决策, 并为相关事故分析提供数据依据。

5 应用效果

2012年10月, 马钢集团铁路运输公司对企业内53台机车陆续安装了机车运行实时监控系统, 实现了对机车运行及司乘人员的安全作业监控;机车动态轨迹记录及回放;机车运行安全预警 (信号和DGPS双控模式) ;机车运用统计 (吨公里指标分析) ;机车油耗管理等功能。达到了为企业铁路运输生产保驾护航的目的。

6 结论

企业铁路可视化机车运行实时监控系统是应用无线网络、差分GPS、铁路信号、视频监控、智能控制等成熟稳定的信息技术开发的。该系统的开发应用为企业铁路机车实时监控带来全新的管理理念。其中部分成果已成功运用于马钢集团、河北钢铁唐山分公司、山西焦煤西山煤电集团等大型企业, 并收到了良好的应用效果。

参考文献

可视监控论文 篇4

随着经济的发展,电在人们生活和工作中所起的作用越来越重要,由此也推动了电力企业的快速发展,并促进了电力系统规模的扩大。这样一来,传统的管理方式必然不能适应现在的发展需求,因此,就要探索出一个新的管理模式,来实现电力企业的现代化管理。随着电力企业的发展,信息化管理软件在严谨性等方面也不能符合发展的需求,因此为了满足发展的需求和生产管理的需要,实行了电力运营监控的可视化管理。

1 当前电力企业运营监控管理的现状

在电力企业长期的经营发展过程中,逐渐的形成了发电和输配电不完全的市场格局,而且在经济和社会效益方面,取得了比较好的成绩。随着改革开放的发展和深入,在电力企业经营的过程中,出现了新的要求和挑战,并衍生出了新的运营管理模式,为了更好的推进新的管理模式的发展,促进电力企业长足的发展,就必须要对当前电力运营监控管理的现状有一个充分的认识。

首先,电力企业的电力营销战略定位存在着的缺陷。在我国的电力企业中,电力营销的战略定位主要是实现基本需求和价值,价值的实现包括两方面 :电力供应价值、电力输出价值。然而,电能属于清洁能源,在制定营销定位时忽略了清洁、节能、环保等新兴市场需求,导致电力营销战略定位在很大程度上存在缺陷,阻碍了电力营销向更好的方向发展。

其次,电力运营过程中管理战略落实情况差。电力企业在实行电力运营的过程中,会涉及到很多方面的因素,多方面因素的共同作用保证电力运营的正常进行,这些因素主要有社会责任、经济效益、管理基础、现行体制。由于我国的电力企业属于国有企业,所在发展过程中会受到国家的宏观管理,这样的发展状态导致电力企业的管理存在一定的缺陷,而且在管理过程中更加注重形式化,这样一来,电力企业制定好的电力运营管理战略在实施的过程中就会受到限制,不能发挥其应有的作用。

最后,企业缺乏对内外部业务信息的有效整合。电力企业在运营发展的过程中,会积累越来越多的数据信息,数据信息的有效管理会涉及到多个电力企业部门,能否对相关的数据信息进行有效的整合,关系着电力企业未来的发展。当前,电力企业没有对内外部的业务信息实现有效的整合,使得数据信息纷繁复杂,不利于电力运营监控的开展。

2 基于电力运营监控的可视化管理

可视化技术中包括很多方面的内容,比如科学计算可视化、信息可视化、数据可视化等等,在人们的日常生活中,可视化技术应用的范围越来越广泛,而且人们也越来越信赖可视化技术,相信自身的所见即所得。可视化技术除了可以让人直接感知之外,还可以利用技术手段采用图像的方式将信息表达出来,帮助人们理解数据中蕴含的深层含义,进而实现数据的科学化分析。在电力企业中,构建电力运营监控的可视化管理体系,有利于加强对电力企业的整体管理,促进电力企业的可持续发展。从架构出发,电力运营监控的可视化管理包括四个层面 :展示层、应用层、数据层、源系统层。

在电力企业中,为了更好的实行电力运营监控的可视化管理,就需要建立科学的管理模式。将工作流作为管理模式的核心,在对省市实体管理的基础上,对整个电力企业进行全面监测、分析、协调控制以及全景展示,以保证管理活动的正常进行。建立以工作流为中心的电力运营监控可视化管理模式,有三个比较突出的优点 :

第一,扩展了可视化管理的应用层面。在可视化管理中,对应用对象进行扩展,扩展到业务层,这样的做法有利于更好的把握主营业务活动和核心资源的使用情况,还有利于明确工作任务要求。工作任务要求明确之后,就能够开展有效地电力运营工作。应用对象扩展到业务层之后,就能一目了然的了解工作的完成情况。

第二,建立以事例推理为指导的业务统计和分析管理指导体系。与其他的企业相比,电力企业具有极大的特殊性,这种特殊性使得电力企业在进行生产和管理时都要遵循一定的规律,为此,为实现规范的、常例化的业务管理提供了基础。事例推理指导体系的建立,实质上就是规范定义电力企业各项业务活动,并对各项业务操作进行统计、分析、比较,之后建立相关的方案。

第三,建立业务活动经验数据的分析和总结工作机制。在建立电力运营监控的可视化管理模式中,不能忽略人的因素,为了更好的实现可视化管理,就需要提高相关工作人员的素质。当前,电力企业中工作人员的总体素质还不能满足要求,因此要不断地加强工作人员的素质,以能更好的实现可视化管理。同时,可视化管理的实现还需要各个部门之间的配合与协作,建立以工作流为中心的可视化管理模式,有利于各个部门之间加强交流与合作,并能够实现控制和分析整个电力企业的经营状况。为了实现将管理与运行链接,就需要对以前的业务活动经验数据进行分析,挖掘出其中可借鉴的经验,提供必要的帮助。

3 结论

可视监控论文 篇5

随着我国经济的发展, 城市进展化的加速, 城市地下空间的开发和利用越来越受到人们的关注。然而, 由于受到空间、地层等多种因素的影响, 地下工程的施工建设往往复杂缓慢, 且对于安全施工、变形预测等要求更高。如果将三维建模技术引入地下工程, 实现施工过程的三维可视化, 就可实时展现地下施工进程, 再结合相关实测数据, 就可以对现场的施工状况进行监控预测和指导, 将有力促进地下工程的建设发展。

2. Open GL三维建模技术

三维建模指通过三维图形可视化技术、数据处理等建立可用的三维模型, 使人们可以在三维图形世界里直接去具有形体的信息进行交互式操作。三维模型是具有三维特性的边和面所构成的三维图形对象。目前三维建模主要有三种技术方式, 一是直接使用3DMAX等三维模型制作软件建立模型, 二是直接利用GIS的二维线划数据及其高度属性建立三维模型, 三是利用数字摄影测量技术、激光扫描技术建立三维模型[1]。

Open GL技术是目前最主要的2D/3D图形API, 是独立于视窗操作系统或其它操作系统的、与硬件无关的软件接口, 可以在不同的平台间进行移植。作为图形的底层图形库, Open GL没有提供几何实体图元, 不能直接用以描述场景, 但通过一些转换程序, 可以将Auto CAD、3DS/3DSMAX等3D图形设计软件制作的DXF和3DS模型文件转换成Open GL的顶点数组。Open GL图形库除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外, 还提供了复杂的三维物体 (球、锥、多面体、茶壶等) 以及复杂曲线和曲面绘制函数[2]。在虚拟现实领域有很广泛的应用空间。

3. 顶管施工监控可视化

顶管施工技术是一种非开挖敷设管线的施工技术, 目前国内常采用大推力的千斤顶直接将预制套管压入土层后, 再在管内采用人工或机械掏挖土、清除余土来安装管道[3]。这种不开挖的地下施工方式, 受不可预见因素影响较多, 管道中心线、高程常产生偏差, 影响工程质量和工期, 甚至造成事故。因此, 正常情况下, 管子每顶进一段就要进行测量高程和中线一次, 当高程和中线方向发生误差时, 需要及时校正。考虑使用Open GL三维建模技术对顶管顶进过程实现三维可视化。

3.1 建立顶管三维模型

首先建立顶管三维模型。本文以圆柱体管道为例描述顶管三维模型的建模算法。如图1-1所示, 给出圆柱体管道中心线的观测点形成的二维曲线图, 其中的观测节点已按顺序标出。

对于直管, 根据过第一个节点 (如图1所示, P1点) 的横切圆的圆心和圆柱的半径, 可求得该横切圆上的n个点 (如图2所示, 点P11, P12, P13, …, P1n) 坐标, 如果能求出过下一节点横切圆上的n个点坐标, 再依次连接四点绘制四边形, 则可绘制出圆柱的表面, 而过下一节点 (点P2) 的横切圆的边缘点坐标的求法如下:如图2所示, 四边形P1, P2, P21, P11中, 已知P1, P11, P12三点的坐标, 那么P21点的坐标很容易求出, 如式 (1) 所示。

对于弯管, 弯管道后一节点圆边缘上的点坐标, 可以依据已知等腰梯形三个顶点坐标, 利用第四个点坐标的来求解:已知点P2, P3, P21的坐标, 要求得点P31的坐标, 可由向量P2P3和P2P21根据向量积公式求得角的值, 因此可以求得等腰梯形的顶边长L21—31, 因为等腰梯形上下边平行, 由向量P2P3可求向量P21P31, 又已知点P21坐标和P21及P31的距离L21—31, 即可求得点P31坐标, 依次类推可求得过节点圆切面边缘上的点坐标。

为了获取顶管状态, 必须建立隧道中线、底板高程偏差的函数模型并按照一定的技术措施, 使隧道管道中线、底板高程偏差在规范规定的限差范围内。

如图3所示, 假设弧AB为隧道顶管设计的中线, 可看成中线的理论值;P为实测隧道顶管中线的中桩点, 由于测量及施工误差, P点不可能正好位于设计中线上, 它距中线的垂距为dp;lp为横断方向垂足点距线路单元起点A的弧长 (桩号) 。

显然, 在给定顶管中线形状参数和坐标系参数后, 只要给出一组dp和lp, 即可惟一确定中线附近的一个坐标点P;反之, 若给出一个坐标点P的一组坐标 (Xp, Yp) , 则必然惟一对应一组 (dp, lp) 。dp求解可以采用统一法。以下给出统一法[4]的数学模型。

由于通过坐标点P的法线只有一条, 这实质阐明了点P的法线与曲线元的交点是惟一确定的。因为曲线元上点的坐标与法线方位都仅与该点至起点A的弧长有关, 因此用趋近原理必然能求得lp值, 从而最终确定点。具体计算过程如下:

由式 (2) 求得弧长lp的初值

式 (2) 中, 表示起点A的方位角

以d1代替下式中的l, 可求得曲线元上一点P1的坐标 (Xp1, Yp1) , 即可得到P1在曲线元上的位置

式 (3) 中, 表示起点A的方位角, 表示终点B的方位角; , 表示终点B的曲率KB与起点A的曲率KA之差;lS为曲线元长度; 表示曲线元的左偏和右偏; 表示第i个节点的方位角;m为积分区间等分数n的半数, 。

由上一步得到P1的坐标, 再由下式求得P点到P1点法线的垂距d2

以 ( ) 作为l的新值, 即由式 (3) 又可求得线元上更接近点的新点P2的坐标 (Xp2, Yp2) , 用Xp2, Yp2及 ( ) 分别代替式 (2-14) 中的Xp1, Yp1及d1, 又可求得P点至P2点法线的垂距d3。如果 mm, 则 ;否则重复上述过程直至mm, 则有。

由l P依式 (3) 可算得 , 则P与间的距离, 即垂距d P由式 (4) 算得:

由此可求得实际施工中线与设计好的中线的偏差值的大小, 将此值与规范允许值进行比较, 可得出管道中线偏差情况, 为进一步的预报和进行相应的修正提供了数据支持。

根据设计中线的点的高程, 并与实测相应点的高程值进行对比分析, 确定底板高程的偏差量。通过测量, 我们可以得知P点的坐标和高程值, 依据上述求中线偏差计算模型, 我们可求得P点对应于中线上的点的坐标, 进而依据设计中线的函数模型, 求得的高程值, 将两点的高程值进行比较, 即可知道底板高程是否有偏差和偏差值。

3.2 建立Geodatabase数据库

需要建立数据库对顶管顶点的观测坐标进行实时的存储与读取。Geodatabase数据库本质上是一种空间数据和属性数据的存储机制, 其中有许多专门的存储结构, 用来存储要素-要素集, 属性-属性间的关联以及要素间的关联[5, 6]。由于其具有内置的属性有效性规则、高级的数据存储选项以及为灵活地赋予GIS数据集要素以自然行为的能力, 所以我们就可以选择这种数据模型。

Geodatabase数据库模型如图3所示。该模型将数据库分成基础地理要素集、栅格数据集和属性数据三部分。其中基础地理要素集中包含有控制点、建筑物、道路、水系等矢量基础地理数据要素类。数字高程模型 (DEM) 和遥感影像等栅格数据以栅格数据集形式存在。属性数据则设计成表格 (Table) 的形式。

3.3 建立Open GL可视化模块

使用Open GL工具[7, 8]建立顶进分析模块, 将实地测得的顶管数据存储进数据库并实时更新, 通过可视化显示, 可以看到施工的进度情况。使用以上方法对某地下工程顶管顶进贯通过程进行可视化显示, 效果如图4, 5, 6, 7所示。其中左侧上部分为贯通过程中实际贯通中心线的一端与设计中心线的偏差值, 左侧下部分是另一端的偏差值显示, 右侧为贯通三维动态显示窗口, 该三维图形随着贯通过程数据的载入而动态变化。

4. 结语

由图4至图7可见, 使用Open GL建模可以较好地显示顶管顶进贯通过程, 将其与原先设计好的轨迹进行比较, 即可得知施工过程中的管道是否有偏差以及偏差的大小, 从而预测并指导下一步的施工工作, 控制减小偏差。

参考文献

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[7]王育红, 陈军.基于实例的GIS数据库模式匹配方[J].武汉大学学报 (信息科学版) , 2008, 33 (1) :46-50.

可视监控论文 篇6

21世纪以来,经济全球化的深入以及科学技术的发展,使得人类的生活方式发生了日新月异的变化,汽车已经逐渐成为一种日常消费品,走进千家万户。作为汽车核心部件之一的发动机,其质量和性能直接影响着整车的质量。然而,由于发动机装配过程资源繁多、工艺复杂等因素,装配过程数据呈现多源、异构、海量等特点,进而导致装配实时信息获取困难、生产过程不透明度增高、车间管理水平低等问题。因此,如何实现上层管理与车间底层作业之间的信息流通,进而增强对发动机装配过程的实时监控与管理,提高车间管理的透明化程度,已经成为发动机制造企业亟需解决的关键问题之一。

基于可视化的管理模式的出现,提供一种解决方法,并且受到越来越多的重视[1,2]。尹超等[3]研究了基于Flexsim的生产车间可视化动态监控系统,并详细地阐述了其体系结构、运行模式以及功能结构。孙伟等[4]开发了可视化仿真系统,验证了可视化技术对于管理制造系统的有效性。Senkuvien等[5]为了生产车间的管理更加透明化、实时化,提出了一种能实时监测和控制生产进度的可视化方法,提高了车间的管理水平。高扬等[6]提出了基于多维向量点的可视化监控技术,解决了车间实时监控能力差的问题。

在上述研究的基础上,本文分析了发动机装配过程的特点,构建了装配过程可视化监测与控制系统,并详细阐述了系统的体系架构、硬件架构、运行流程,最后通过应用实例,验证了系统的可行性和有效性。

1 发动机装配过程分析

装配作为发动机生产的最后一个环节,具有工艺复杂、装配资源种类繁多等特点,且装配过程会产生大量的过程质量数据,这些未经增值的多源异构生产数据以及复杂的装配环境使得企业在发动机装配过程管理方面存在诸多问题:

1)信息采集效率低。发动机装配线涵盖近百道工序,装配过程会产生大量繁杂、冗余的信息,而人工化、低自动化的采集方式大大降低了信息采集的时效性、准确性和全面性。

2)信息集成与共享程度低。装配过程数据和信息是离线的,造成了车间信息封闭而延迟,信息利用率很低。

3)装配过程透明度低。信息采集效率低、信息集成与共享程度低又增加了装配过程的不透明度,使得企业管理层不能够实时了解车间装配状态,提升了对装配过程的控制难度。

2 VMSE建模

结合发动机装配车间现状,本节对VMSE系统的体系架构、硬件架构和运行流程进行阐述。

1)VMSE体系架构。依据发动机装配过程需求,结合模块化设计思想,构建如图1所示的系统体系架构。其中,物理感知层主要由各类软件资源、硬件资源组成,数据采集层则是通过客户端或自动化设备实现对装配过程的实时感知,数据融合层则是对实时数据进行解析、处理以获取特定目标的数据,可视应用层将装配车间信息以直观、形象、可视的形式展示给管理层。

2)VMSE硬件架构。结合发动机装配车间布局以及功能需求,构建如图2所示的网络硬件架构。主要由执行层、管理层和应用层组成。执行层由装配过程的物理资源以及通讯网络构成。包括各类PLC、工控机、扫描枪等元器件以及基于工业以太网、DP总线的通讯网络。管理层主要包含信息发布终端、网络监控终端、数据检索终端、可视化控制终端等,对感知上传的实时信息监控、分析、处理,实时下发装配指令,指导装配过程。应用层主要实现各类数据存储与集成共享,通过构建不同的接口实现与ERP、MES等企业管理系统间的无缝对接,为不同类别的用户提供相对应的数据与功能服务,实现对装配过程的远程监控。

3)VMSE运行流程。平台的运行流程如图3所示。装配过程的数据变化通过采集终端实时采集并经以太网、互联网等通讯网络上传。数据融合模块通过特征提取、数据清洗、信息汇聚等手段对数据进行增值,增值后的数据以及实时采集的数据驱动平台更新资源状态,执行相对应的操作,并及时更新生产计划、物料消耗状况等数据。所有装配资源的状态变化以及装配过程的匹配策略通过可视化平台实时在车间LED、工位工控机、办公室电脑等终端形象化的展示,实现对装配过程的实时监控与指导。

3 VMCS应用实例

在上述研究的基础上,结合某企业发动机企业现状和功能需求,采用C/S(Client/Server)开发模式,应用Visual Studio 2010以及C#.NET可视化编程语言开发了系统原型。通过系统的实施和应用,实现了生产系统运行信息的动态采集,进而实现了对生产过程的实时、全方位监控,有效地提高了车间的生产效率和产品质量。此外,由于生产过程不透明造成的企业管理问题和部门间协作问题也得到了有效的改善。图4是系统部分运行界面。

4 结语

针对发动机装配过程透明度低、管理水平低等问题,本文构建了面向装配过程的可视化监控系统,并详细阐述系统的体系架构、硬件架构以及运行流程。通过实例应用,实现了对装配过程的实时、精确、全方位监控,提高了装配过程透明度与管理水平,进而验证了系统的有效性和可行性。

参考文献

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[3]尹超,张飞,李孝斌,等.多品种小批量机加车间生产任务执行情况可视化动态监控系统[J].计算机集成制造系统,2013(1):46-54.

[4]孙伟,马辉,李小彭.面向制造系统的可视化仿真技术研究[J].组合机床与自动化加工技术,2008(9):92-96.

[5]SENKUVIENE I,JANKAUSKAS K,KVIETKAUSKAS H.Using manufacturing measurement visualization to improve performance[J].Mechanika,2014,20(1):99-107.

可视监控论文 篇7

超导磁储能SMES(Superconducting Magnets Energy Storage)利用超导线圈通过整流器将电网的能量以电磁能形式储存起来,一般并联于电力系统的关键节点上[1],当电网发生故障时通过逆变器将能量回馈至电力系统[2,3,4,5]。其反应速度快,功率密度高[6],适用于改善电力系统的电能质量,提高电力系统运行稳定性[7]。

变流器是电网与SMES进行能量交换的中间桥梁。国内已有SMES本体监控系统的开发[8,9],但针对变流器部分的监控系统设计尚未见诸报道。为此,设计了一种可用于SMES变流器的监控系统,该系统以C8051F020单片机为核心控制器,以液晶终端为显示输出设备,通过单片机与数字信号处理器(DSP)TMS320F2812[10,11]的实时数据传输和液晶终端的可视化显示,监测电网状况、变流器功率单元状况、SMES磁体单元状况等,从而发布不同控制命令实现对SMES变流器运行的控制。

1 监控系统及显示模块工作原理

对于电压型SMES变流器(见图1),需要监控的参数量主要有电网三相电压和电流、直流母线电压、超导磁体端电压和电流等状态量及变流器硬件电路器件故障、变流器工作温度故障、超导磁体故障等开关量。考虑到监控的参数量较多且分类不同,将状态量和开关量设计成两屏显示。监控系统采用树状分支结构设计,如图2所示。

监控系统监控的参数量全部采用数字显示。数据送入液晶终端前,单片机先将显示单元数据从十六进制数转换为十进制数,再依次从串行口送出显示。对于液晶终端界面上显示的数值需做必要的修饰,如显示的数值带小数点、数值不以虚零开头等。设计中在液晶终端上加入了触摸屏,使得监控系统的人机交互界面更加友好[12,13]。

2 监控系统及显示模块设计

2.1 硬件设计

监控的参数量由A/D采样获得,送入DSP处理后再经单片机发送至液晶终端显示,单片机同时还承担液晶触控界面功能的实现及控制液晶终端的界面切换。DSP、单片机与液晶终端三者之间的连接关系如图3所示。

控制芯片选用Cygnal的可配置成双串行口的C8051F020单片机,它是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)(1),具有与MCS-51完全兼容的指令周期,C8051F020采用流水线结构,峰值性能可达25MIPS。单片机板与液晶之间通过串行口进行通信,接口衔接采用RS-232电平,单片机电路中加入了电平转换电路(图4)。显示模块采用的液晶终端自带控制芯片,终端为640×480像素的彩色TFT-LCD屏[14,15],其控制程序存放在C8051F020的Flash中。

2.2 软件设计

软件设计主要包括变流器系统运行状态指示及单片机与DSP的数据收发程序设计,液晶终端的初始化,液晶触控界面及触控界面上、下页切换的实现等。

2.2.1 C8051F020与DSP的通信程序设计

单片机C8051F020与DSP之间的通信程序主要完成对状态监控量和故障量的实时传输,实现DSP将采集的各监控量的信息和变流器运行故障信息发送至液晶终端进行实时显示的功能。DSP程序根据采集的数据计算电网侧的有功功率和无功功率值,并对电网是否出现故障(如电压跌落和低频振荡)进行判断。

DSP需要向单片机传送的数据共有25个,包括各个监控量的数据及可能故障对应的约定信息。通信协议约定:通过串行通信口传送的数据帧以十六进制数0xAA作为数据帧帧头,以0x55作为数据帧帧尾,当单片机接收中断程序Serialinterrupt1()确认接收到的数据是以0xAA为帧头且0x55为帧尾的数据帧时,将会把接收到的数据存储在存储空间的相应位置,并做进一步的处理。

当单片机向DSP发送的数据为液晶终端界面上的“控制命令”(自动、整流、续流、逆变、停机共5种)时,单片机向DSP发送的数据帧仍以十六进制数0xAA作为帧头,以0x55作为帧尾。当DSP的接收中断程序确认接收到的数据是以0xAA为帧头且以0x55为帧尾的数据帧时,会将接收到的数据存储在DSP存储空间的相应位置,并根据收到的指令调用对应的子程序模块,完成控制命令。以下为DSP数据发送程序和单片机接收程序中的部分语句:

2.2.2 液晶显示终端程序设计

对液晶终端的操作包括液晶终端的初始化,液晶触控界面及触控界面上、下页之间的切换,变流器运行状态指示等。图5是监控系统液晶显示部分的程序流程图。

在液晶终端界面上用于显示监控量数值的函数为ShowDat(x,y,tmpdata),其中x、y分别为液晶终端界面上的横坐标和纵坐标,其具体函数如下:

液晶触控界面的实现及上、下页之间的切换函数为ChangePic(unsigned char i),相应程序如下:

3 功能实现及实验验证

用实物搭建变流器监控系统后,通过编写DSP程序模拟采样数据传送至单片机,并输入液晶显示终端,同时接收液晶终端的控制命令,从而测试监控系统的显示和运行控制效果。

液晶显示终端的监控系统主界面分为左右2个区域,左侧显示主要的参数值(三相电压和电流、直流母线电压、超导磁体端电压和电流、变流器系统输出的有功功率值和无功功率值),并且参数值实时动态刷新显示;右侧为变流器系统的运行状态指示,包括变流器本身的运行状态、超导储能磁体运行状态、变流器系统的“控制命令”按键及故障指示状态。液晶终端界面上的“控制命令”按键均设计了防误操作功能,必须连续2次按下后监控系统才会执行对应的控制命令。

为验证变流器监控系统的性能,在实验中假定变流器为“整流”工作模式,并在“整流”过程中,电网a相电压发生过压故障,在此预设故障下,检验变流器监控系统的监控效果。

在液晶触控屏按下“整流”控制命令后,变流器即运行在“整流”状态,开始对超导单元进行充电,超导单元也工作在“充电”模式,相应的状态指示灯被点亮。此时电网三相电压和电流、磁体电压和电流等参数均实时动态刷新显示。

由于电网发生a相过压故障,此时变流器监控系统检测到该故障信号,并立即发出“停机”指令,命令变流器工作在“停机”状态,同时点亮相应的状态和“故障”指示灯。变流器停止运行后,触摸液晶终端界面上的故障指示即可切换至故障显示页查看具体的故障类型,可以看到a相电压过压故障指示灯被点亮,同时,系统故障时刻的运行参数信息也被保存在液晶终端界面的左侧部分,作为排除故障的参考。触摸故障显示页的“返回”键就可以返回监控主界面。测试表明设计的变流器监控系统可以保障变流器的安全运行。

4 结语

a.设计了SMES变流器监控系统。给出了监控系统中DSP,单片机与液晶终端的软、硬件电路设计,以及液晶触控界面及切换的软件编程。

b.设计了变流器监控系统的通信协议。实现了SMES变流器中DSP控制模块与单片机和液晶终端的数据传输和控制命令代码传送。

c.实验结果表明,所设计的监控系统可以用于变流器状态量的监测和运行状态控制,可以实现对电网和超导储能磁体之间能量转换过程的监控,具有较好的实时性和较高的可靠性。

摘要：针对用于超导磁储能SMES(Superconducting Magnets Energy Storage)的变流器监控需要,设计了具有人机交互功能的可视化监控系统。该系统基于微控制器(MCU)+数字信号处理(DSP)双处理器的形式,使用C8051F020单片机作为监控系统主处理器,实现SMES变流器监控系统液晶终端的监控参数显示和人机交互界面;采用TMS320F2812芯片作为DSP控制处理器,用于实时数据采集、数据处理和变流器功率模块开关管控制。对SMES变流器监控系统的工作原理、硬件接口电路、软件程序设计进行了研究。采用该监控系统,通过传感器、DSP、单片机实时采集和处理各监控量的运行参数判断变流器的运行状态,可将各监控量在液晶终端上实时显示,同时DSP接收液晶终端的控制命令,从而控制变流器的运行状态。实验测试结果表明设计的SMES变流器监控系统可以实现对变流器系统运行状态的实时可靠监控。