柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統監控軟件設計與應用

張 丹，薛 開，黃文浩

（1.92493部隊計量測試中心，遼寧葫蘆島125001；2.哈爾濱工程大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱150001）

柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統監控軟件設計與應用

張 丹1，薛 開2，黃文浩2

（1.92493部隊計量測試中心，遼寧葫蘆島125001；2.哈爾濱工程大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱150001）

根據柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統的總體結構和功能，對監控軟件系統進行功能需求分析，提出了其監控軟件的整體設計思路。監控軟件由數據處理子系統、通信子系統、人機交互子系統和控制策略軟件構成。數據庫作為中間支撐層，支撐通信子系統、人機交互子系統和控制策略軟件的正常運行。針對柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置所設計的監控軟件具有多數據源處理、人機界面、統計分析等特色功能。通過應用案例，可以實現柴油發電機組輸出特性的集中監控，并完成現場檢定的任務。

柴油發電機組；監控系統；現場檢定

柴油發電機組作為一種常用、備用和應急發電用裝置在工業生產、船舶等領域應用廣泛，而柴油發電機組的可靠性以及連續性十分重要，因此與其配套的輸出特性的現場檢定裝置系統在其自動化過程中起著十分重要的作用。設計出準確、及時的能夠檢測柴油發電機組輸出特性檢定裝置的監測系統勢在必行。

本文根據柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統的總體結構和功能，對監控軟件系統進行功能需求分析，提出了其監控軟件的整體設計思路，并完成了開發。本監控軟件具有以下的優點：1）能自動控制被測柴油發電機組的起停、自動采集數據、自動處理數據和計算參數，以及自動繪制特性曲線，并提供事后打印測試結果報告等功能；2）被測柴油發電機組的實驗過程用計算機實現程序控制，只要按照編制好的程序執行，就可以完成被測試柴油發電機組實驗中的各個項目；3）實現自動采集數據，減少測試誤差、提高柴油發電機組輸出特性檢定準確度；4）操作方便，節省時間，節省人力，提高測試效率[1]。

1 監控軟件功能需求分析

主要有以下功能：

（1）數據采集。包括：1）三相電壓、三相電流、頻率、溫度等參數的采集；2）交流電子負載開關狀態、裝置工作狀態以及運行警告狀態等的采集。

（2）人機監控功能。包括：1）采集及計算的運行參數實時顯示；2）測量數據趨勢圖的實時顯示；3）越限報警顯示；4）操作記錄顯示。

（3）配置功能。整個系統運行前，需要輸入柴油發電機組的額定參數，隨著柴油發電機組的額定輸出功率設置交流電子負載的模擬負載，以及保護定值、越限值等信息。

（4）打印功能。監控系統在檢定過程結束后，需要打印輸出柴油發電機組的檢定結果報告。

2 監控軟件方案設計

柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統主要由被測柴油發電機組和監控軟件組成，系統組成框圖如圖1所示。監控軟件由數據采集子系統、通信子系統、數據管理子系統與人機交互子系統和控制策略軟件構成[2]。數據庫作為中間層，支撐各子系統應用軟件的運行；通信子系統完成與各個采集裝置的報文收發，并將協議統一處理成Modbus標準通信協議；人機交互子系統實現人機界面的顯示及維護等功能。監控軟件的整個架構如圖2所示。

圖1 柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統框圖

圖2 柴油發電機組輸出特性檢定裝置系統監控軟件架構

2.1 數據處理子系統

數據處理子系統是對數據進行處理、分類、存儲、檢索和維護，主要包括歷史數據庫、實時數據庫、數據處理、數據存儲和數據庫讀寫接口。

（1）歷史數據庫

早期人工管理數據存在數據無法保存、冗余度大、數據不能共享等缺點，本系統采用數據庫實現對數據的管理。數據庫管理系統具有共享度高、冗余度小，具有高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性，數據管理系統提供數據安全性、完整性、并發控制和恢復能力。歷史數據庫采用SQL Expert將所有工程數據全部入歷史庫，同時提供數據庫中的數據的導入和導出。對歷史數據庫的訪問采用開放數據庫連接（ODBC）方式，開發人員可以添加數據庫驅動程序，將應用程序與用戶所選的DBMS聯系起來[3]。

（2）實時數據庫

通過實時數據庫系統，保存了大量的歷史數據，可以幫助檢定人員分析變化規律，分析故障，防止故障重復發生。

柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置系統在工作中會產生大量的動態數據，包括：三相電壓、三相電壓、三相電流、負載輸出功率、頻率、溫度、三相負載的輸出狀態以及外部設備的工作狀態等。

（3）數據庫讀寫接口

數據庫訪問結構按動態鏈接庫（DLL）實現，提供C語言訪問形式。采用表、記錄、域（屬性）作為函數參數來訪問數據庫中的數據，實現數據庫的通用訪問接口，可以方便的開發各種應用程序。當表結構改變時，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的應用程序，而不需要修改和編譯其他的應用程序。

2.2 通信子系統

上位機監控軟件與交流電子負載模塊、電量采集模塊、溫度采集模塊之間通信，每個模塊所采用的通信協議不同，每個模塊都有一個通道。通信子系統主要由前置協議處理程序和標準協議處理程序兩個模塊組成。前置協議處理程序負責把不同的協議轉換成標準的Modbus協議，再轉發給標準協議處理程序；標準協議處理程序通過內部標準協議對報文進行解釋后，調用通信報文處理接口對數據進行處理。

2.3 人機交互子系統

人機交互子系統主要有以下幾個應用程序：

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，以反映數字量的狀態，在運行時可以準確顯示各種動態數據。

報表：采用Excel形式的電子表格顯示報表，數據來源主要包括歷史數據、實時數據、用戶自定義的數據、常數、各種數據計算的結果等。在實時數據庫中，對數據點進行累計值、平均值、最大值、最小值等統計運算。

報警：能夠對柴油發電機組輸出功率超出計劃、過壓、欠壓、過流以及通信異常等事件報警，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。

數據庫組態界面：數據庫組態界面是用戶建立數據庫模型的圖形化界面，以幫助用戶進行數據庫表的記錄生成、查詢和修改等工作。支持在線交互式數據庫維護。

2.4 控制策略算法軟件

根據柴油發電機組的額定輸出，制定相應的交流電子負載模擬量輸出，并根據選擇工作模式制定加載計劃。根據加載計劃，通過數據庫平臺提供的數據庫讀寫接口將計算出的加載計劃發給通信子系統。通過應用子系統將控制策略算法軟件的數據源、計算結果、統計分析結果以直觀的圖形界面顯示。

3 應用案例

基于上述軟件架構和設計思想，基于Windows的可視化程序開發工具，采用功能強大的C#語言，通過數據與驅動的方式調用不同的程序代碼，成功的研發出了柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置監控軟件系統。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 柴油發電機輸出檢定結果報告表

在柴油發電機組輸出特性現場檢定實驗中，實驗采用額定功率為40 kW的柴油發電機，通過控制交流電子負載三相模擬量輸出模擬柴油發電機負載。三相電壓及頻率曲線圖如圖5和圖6所示。柴油發電機組輸出檢定結果報告如表1所示。

圖5 三相電壓曲線

圖6 頻率曲線圖

4 結束語

本文通過對柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置的系統架構、控制方式，提出了監控軟件的設計方案，不僅實現了對柴油發電機組輸出特性現場檢定裝置的實時監控的功能，還提供了只能協調控制策略的運行平臺。該系統現已投入使用，大大提高了工作效率，并且方便維護，達到了預期的各項指標性能，實現了柴油發電機組輸出特性現場檢定的功能。

[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.基于組態軟件的柴油發電機組遠程監控系統設計[J].智能計算機與應用，2013，3（2），92-96.

[3]李樹彪，韓敬偉.基于多任務的智能測量儀器嵌入式軟件設計[J].儀器儀表學報，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部隊高級工程師，主要從事儀器計量測試、監測故障診斷方向的研究；薛開（1964-），男，哈爾濱人，教授，博士生導師，主要從事制造業信息化、艦船設備測控、機器視覺等方向的研究；黃文浩（1990-），男，吉林人，在讀博士生，主要從事制造業信息化、艦船設備測控等方向的研究。