（通信与信息系统专业论文）电缆接头温度数据管理与智能分析软件的研究与实现.pdf

华北电力人学硕卜学侮论文 摘要 电缆接头温度监测系统中的p c 机上的温度数据分析软件是该系统中非常重要 的一个环节，数据分析软件的有效性和可靠性直接影响到该监测系统所能发挥的重 要作用，因为，该分析软件能够提供给我们大量的通过对温度数据进行分析所得到 的信息。 本课题使用的是s y b a s e 公司的p o w e r b u i l d e r 9 软件开发平台，并结合了m i c r o s o f t 公司的数据管理工具一s q l s e r v e r 2 0 0 0 ，按照软件工程的软件丌发流程来实现本电缆 接头温度数据管理和分析软件，对采集到的电缆接头温度数据进行高效的、智能化 的分析与管理。而且，本课题创新逾把现在广为使用地理信息系统( g i s ) 技术应 用到分析软件中来，从而更加丰富了该分析软件所具有的功能。 本电缆接头温度数据管理和分析软件的成功实现，将使电缆接头温度监测系统 的数据分析能力得到显著的提高，对于电缆接头温度监测系统的推广和应用将起到 至关重要的作用。 关键词：电缆接头温度监测系统，数据管理与分析软件，地理信息系统 a b s t r a c t t h ea n a l y s i ss o f t w a r eo ft e m p e r a t u r ed a t ap l a y sa v e r yi m p o r t a n tr o l e i nt h e t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o n ，w h o s ev a l i d i t ya n d r e l i a b i l i t ya f f e c tt h ef u n c t i o no ft h ea n a l y s i ss o f t w a r e b e c a u s e ，t h i sa n a l y s i ss o f t w a r e c o u l dp r o v i d eu sw i t hm u c hi n f o r m a t i o nf r o ma n a l y z i n gt h et e m p e r a t u r ed a t aw h i c hw e r e c e l v m g la c h i e v et h i sa n a l y s i ss o f t w a r eu s i n gp o w e r b u i l d e r 9o fs y b a s ec o m p a n ya n ds q l s e r v e r 2 0 0 0o fm i c r o s o f tc o m p a n y ，a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s so fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g u s i n gt h es o f t w a r e w ec a nm a k em o s te f f i c i e n ta n di n t e l l i g e n ta n a l y s i sf o r t h e t e m p e r a t u r ed a t aw h i c hw er e c e i v i n g a n d ，t h et e c h n o l o g yo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ( g 1 s ) j sa l s ou s e di nt h es o f t w a r e w i t ht h eh e l po ft h ea n a l y s i sa n dm a n a g e m e n ts o f t w a r eo fu n d e r g r o u n dc a b l e j u n c t i o n st e m p e r a t u r ed a t a ，t h ef u n c t i o no fd a t aa n a l y s i so ft h et e m p e r a t u r em o n i t o r i n g s y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o nw i l lm a k ev e r ym a r k e dp r o c e s s a n d ，t h e s o f t w a r ea l s op e r f o r ma ni m p o r t a n tf u n c t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h e t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o n l o uh a i m i n ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gm i n g k e yw o r d s ：t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e mf o r u n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o n a n a l y s i sa n dm a n a g e m e n ts o f t w a r eo fd a t a ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 华北电力人学硕卜学侮论文 摘要 电缆接头温度监测系统中的p c 机上的温度数据分析软件是该系统中非常重要 的一个环节，数据分析软件的有效性和可靠性直接影响到该监测系统所能发挥的重 要作用，因为，该分析软件能够提供给我们大量的通过对温度数据进行分析所得到 的信息。 本课题使用的是s y b a s e 公司的p o w e r b u i l d e r 9 软件开发平台，并结合了m i c r o s o f t 公司的数据管理工具一s q l s e r v e r 2 0 0 0 ，按照软件工程的软件丌发流程来实现本电缆 接头温度数据管理和分析软件，对采集到的电缆接头温度数据进行高效的、智能化 的分析与管理。而且，本课题创新逾把现在广为使用地理信息系统( g i s ) 技术应 用到分析软件中来，从而更加丰富了该分析软件所具有的功能。 本电缆接头温度数据管理和分析软件的成功实现，将使电缆接头温度监测系统 的数据分析能力得到显著的提高，对于电缆接头温度监测系统的推广和应用将起到 至关重要的作用。 关键词：电缆接头温度监测系统，数据管理与分析软件，地理信息系统 a b s t r a c t t h ea n a l y s i ss o f t w a r eo ft e m p e r a t u r ed a t ap l a y sa v e r yi m p o r t a n tr o l e i nt h e t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o n ，w h o s ev a l i d i t ya n d r e l i a b i l i t ya f f e c tt h ef u n c t i o no ft h ea n a l y s i ss o f t w a r e b e c a u s e ，t h i sa n a l y s i ss o f t w a r e c o u l dp r o v i d eu sw i t hm u c hi n f o r m a t i o nf r o ma n a l y z i n gt h et e m p e r a t u r ed a t aw h i c hw e r e c e l v m g la c h i e v et h i sa n a l y s i ss o f t w a r eu s i n gp o w e r b u i l d e r 9o fs y b a s ec o m p a n ya n ds q l s e r v e r 2 0 0 0o fm i c r o s o f tc o m p a n y ，a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s so fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g u s i n gt h es o f t w a r e w ec a nm a k em o s te f f i c i e n ta n di n t e l l i g e n ta n a l y s i sf o r t h e t e m p e r a t u r ed a t aw h i c hw er e c e i v i n g a n d ，t h et e c h n o l o g yo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ( g 1 s ) j sa l s ou s e di nt h es o f t w a r e w i t ht h eh e l po ft h ea n a l y s i sa n dm a n a g e m e n ts o f t w a r eo fu n d e r g r o u n dc a b l e j u n c t i o n st e m p e r a t u r ed a t a ，t h ef u n c t i o no fd a t aa n a l y s i so ft h et e m p e r a t u r em o n i t o r i n g s y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o nw i l lm a k ev e r ym a r k e dp r o c e s s a n d ，t h e s o f t w a r ea l s op e r f o r ma ni m p o r t a n tf u n c t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h e t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o n l o uh a i m i n ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gm i n g k e yw o r d s ：t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e mf o r u n d e r g r o u n dc a b l ej u n c t i o n a n a l y s i sa n dm a n a g e m e n ts o f t w a r eo fd a t a ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 华北电力人学硕 ：学何论文 8 6 7 7 9 7 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电缆接头温度检测系统的研究与开 发，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 靴敝储签罐渗矽日飙 弘? 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名谚询眇 日期：矿吸 i 7 。 导师签名： 日 第ln 期。妒t7 华匕电力人学硕七学位论文 第一章绪论 1 1 课题的学术背景与实际意义 随着城市建设的发展，电力电缆在城网供电中所占的比例越来越大，在一蝗城市 的市区已逐步取代架空输电线路。随着电缆数量的增多及运行时问的延长，电缆的故 障也越来越频繁f 1 1 。由于电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及 测试设备的局限性等原因【2 1 ，使电缆故障的查找非常困难。因此，如何合理地选择故 障测试设备，准确、快速地查找电缆故障，缩短故障停电时间，成为电缆运行人员非常 关心的问题。 当前，当供电距离较长时通常在线路上要出现电缆接头，多年的运行经验显示 9 0 以上的电缆运行故障是由接头故障引发的。实际运行经验和理论分析均表明， 电缆接头处发生的各类故障并不是一个突发的过程，而是因为接头处温度不断升 高，使绝缘逐步老化、泄漏电流逐渐增加，到达一定程度后再发生击穿，是一个由 量变到质变的过程【3 】【4 1 。因此，连续地监视电缆接头温度的变化，就可以全面准确 地了解其工作状况，根据情况适时进行停电检修。特别是当发现某个接头处的温度 过高( 超过一个预先设定的值) 或变化过快时，说明此处的绝缘已比较薄弱，继 续运行很可能会引发严重故障。此时及时发出报警信号，使值班人员及时处理，可 以有效地避免严重故障的发生，确保系统安全、可靠地工作。 目前的电力电缆接头故障监测系统还存在一些不足：技术手段过于复杂：有 的方案采用计算机局域网技术，虽然传输数据及时可靠，但是系统却较为复杂，维 护工作量大，成本高：数据传输手段单一，一般采用有线传输途径而导致设备安 装复杂、维护工作量大，设备成本较高：设备配置的灵活性差，一般只能用于电 厂等一些局部环境。难以适应线路变换或扩建，往往需要较大的投入才能适应新的 变化；对分布式光纤测量系统而言，虽然测量数据准确，判断故障点较为精确， 能进行实时监测，但由于采用光纤作为温度传感器，设备成本太高，适应性差，不 适应迅速增长的电力电缆的扩建，只能局部应用于一些重要场所【5 】。 综上所述，由于电力电缆的长度迅速增加，电缆在电力输送中变得更具重要性， 考虑到电缆接头故障次数占电缆运行故障总次数的比例，防止电缆接头故障就具有 重要意义，现有的电缆接头温度检测系统在测量方式上较为丰富，对所测量到的数 据分析处理也较为成熟，但是f 多是采用有线传输方式柬传输数据，导致系统较 旃t 虹 华j 匕电力人学硕仁学位论文 为复杂，设备成本也较大，适应性不高，应用范围有限。因此，就需要一种可靠经 济的电力电缆检测系统，能为电力电缆及其附件绝缘的老化状态和预期寿命的判断 提供一种参考数值依据，能发现电缆接头的热故障隐患，最终提高电力电缆运行可 靠性。 1 2 本课题研究内容的现状 随着电力系统自动化程度的日益提高，电力电缆设备已经越来越多的被人们使 用。特别是火力发电厂、变电站和安装有大型电力设备的企业。由于电力电缆长期 承受高电压、大电流、连续运行，所以特别容易引起温度上升，近些年来，国内外 有关专家对此给予以高度重视，正在想方设法避免电力电缆火灾事故的发生。但是， 由于大部分电力电缆接头安装在电缆沟内，运行人员出入非常不方便，给运行人员 的巡检工作带来了困难。为此，我们提出采用无线数据传输方式来采集电缆接头的 温度。由于电力电缆所处环境比较复杂，对其检测必须多方面的考虑，从已经得到 的测量某些设备的温度方法中我们可以得到某些启发，再针对电力电缆本身一些特 点就可以达到提前预报的效果。但是，本课题的目的是实现对电缆的故障预报功能， 避免电力电缆火灾的发生。因此，本文对发生火灾前电力电缆的一些物理特性进行 了探讨，再结合先进测试手段来达到预期效果。国内外有关专家认为，在开发一个 项目的过程中，一次元件的选择是十分关键的，在这里也就是传感器的选择，它不 但需要与测量系统的其他设备密切配合，而且本身也要适应测试环境，满足测试要 求，这是一个需要综合考虑的问题1 6 1 。 有了从传感器来的信号，如何准确及时地反馈到指定的地方，也是十分关键的 问题。目前，国内外研究的办法很多，其中比较先进的是主从式测试系统，即p c 机与m c s 系列单片机组成的主从式控制系统，它由于具有结构简单、成本低、模 块化强、开发容易等优点而得到广泛应用 7 】。而且，随着计算技术的飞速发展，数 据通信和信息管理等系统性能的巨大变革，尤其是计算机硬件及软件部分的输入， 改变了传统的测量理论、测量技术和测量方法。例如：不断提高计算速度、图形化用 户界面、分布式多任务处理方法、网络功能等，都很快应用到仪器和测试系统中束， 使研究丌发、生产制造、质量控制维修计量等各环节的测试、测量标准化和系统化。 我国从七十年代后期开始研制带有微处理器的仪器仪表，取得了一批成果，积累了 宝贵经验。随着单片机功能的扩大，价格的降低及国民经济发展的需要，现在已在 大规模再牛产中应用，但技术水j f ，参羞不齐。目前测试仪器向p c 机靠拢是一种必 然趋势，我旧在这方面的研究才刚刚起步很不成熟。在国际方面，美国和f | 本些 ；f ；2 虹 华北电力人学硕士学俯论文 大公司e 逐渐改变其传统的思维，“分佰式”概念己经不再陌生而且币逐步向合理、 简单、精度三项合一方向发展i 引。再有国际目前流行仪器的标准化，把项目开发细 分为硬件模块、驱动程序和软件开发平台，软件、硬件开发者按标准的规定开发各 自的软件、硬件产品，并且随着计算机总线技术、网络通信技术的发展，将极大推 动仪器仪表的智能化发展。 目前国内常用的电缆温度测量方式主要有： ( 1 ) 就地监测方式，它是利用合适的传感器件，将现场的温度信号转变为电 信号，送至附近地面上的合适位置，以适当的方式显示温度，并将测量到的温度值 与一预定值相比较，超出定值时发出报警信号。这种方式的优点是接线比较简单、 造价低廉、工程量小。其缺点是监测仪器工作环境恶劣，供电不便，工作人员必须 去现场观察、记录所测温度，报警信号不易发觉，可能会造成故障隐患的漏检等。 ( 2 ) 远程测控方式( 即集散测控方式) ，就是将被测信号转变为电信号，经专 用电缆将该信号传送至下位机( 测控装置) ，由下位机对其进行模数转换、数字处 理和运算，实时显示、定时打印记录所测温度值，并将所测各个温度值与定值作逐 一比较，发现任意一个超出定值时，就发出报警信号和控制信号。此外，下位机还 可通过串行通讯( r s 2 3 2 、r s 4 8 5 ) 甚至调制解调器和电话网与位于主控室的上位机 进行通讯，传递数据和命令信息。这种方式的优点是无需工作人员的干预，能自动 地对多个被测对象的温度进行监测。其缺点是构成比较复杂，工程旌工量也比较大。 而且上述测控方式所采用的传输手段一般是采用有线传输方式。 总之，就测量监控而言，国内目前的一种趋势是在现有的测量手段基础上，改 进传输手段，多是利用无线传输手段来可靠经济地传输监测数据。但目前，国内对 电缆接头的温度检测，采用无线传输方式的较少。本文所阐述的电缆接头温度监测 系统采用的是无线数据传输技术，由于无线数据传输技术的使用，可使得减小整个 项目在工程上的实现难度，使得整个系统运行起来更加可靠、有效。 国内目前使用的大部分电缆接头温度监测系统的主站p c 机上的软件的设计和 实现上，功能都显的比较单一，现行的软件都只简单地对测量数据进行采集，并对 数掘进行如显示、打印、简单分析的功能。而如果系统一t z 位机软件结合地理信息系 统来采集和分析测量数据的话，将使得系统操作员能更加直观的了解到整个系统中 各个电缆接头所处的位置，以及它们的即时状态。 1 3 本论文的主要工作 ( 1 ) 根据目前电缆接头温度监测系统的特点和需求，“结合新的数据传输方 辅3 皿 华e 电力人学硕七学位论文 式( 即采用无线数据传输方式) 来完成一套更加实用和有效的系统，以及主站p c 机上的软件实现； ( 2 ) 完成主站p c 机软件的数据采集功能，并根据各个电缆头的温度变化情况， 有效地辨识电缆及其接头的老化、过热和火灾的发生，提前确定电缆的早期故障， 系统能够在电缆真证发生事故之前报警，为现场设备的安全运行提供有力的保证， 同时，该系统又是电缆设备故障的预知维修系统，它能在电缆设备发生故障之前报 警并提出检修建议； ( 3 ) 结合地理信息系统( g i s ) 技术的特点，将地理信息系统技术用到本套软 件的功能丌发和实现中去，使得整个软件的功能更加起强大，使用起来更加直观、 方便。 笫4 虹 华北电力人学硕七学位论文 第二章电缆接头温度监测系统概述 2 1 电缆接头温度监测的理论依据 电力电缆一般是由导体、绝缘体和热护套构成的。在萨常运行中，除了导体 通过电流要发热外，电缆的绝缘体在交流电压的作用下，也会产生一定的热量，这 部分热量就是介质损耗。电缆的介质损耗一般随着电压、电流和气温的上升丽上升。 电缆在设计中不但应保证在正常情况下电缆工作在允许温度范围内，还应保证在短 路故障、过电压条件下电缆的热稳定。而在运行中，各类电缆的温度不能超过一定 值，具体的运行温度要求见表2 1 ： 电压等级1k v 及以下 1 0 k v3 5k v 绝缘品种p v cp ex l p e x l p eh d p ex l p e 长期工作 7 07 09 09 07 59 0 温度 ( 附注：x l p e ：交联聚乙烯h d p e ：高密度聚乙烯p e ：聚乙烯) 表2 - 1 绝缘电缆的长期工作温度表 电力电缆中间接头的结构设计、材料选择、制作工艺和操作工人的安装水平， 都会影响到将来电缆的安全运行。电缆中间接头温度的变化，除了与电缆本体运行 温度变化相同外，还有几个特殊影响1 9 j ：( 1 ) 电缆切断处电场应力非常集中，因此 电缆接头结构设计不论多么合理，还是选择的材料多么先进，在电缆接头应力集中 处都会有介质损耗，就会发热；( 2 ) 电缆接头的接触电阻，无论采用什么样的压接 方式，每条电缆芯线通过连接管对接时，都会使连接电阻比电缆本体的同长度芯线 大( 规程上规定连接电阻不超过本体电阻的1 2 倍) ，因此在电流通过时，电缆接头 的发热量肯定比同一电缆本体的要大；( 3 ) 电缆接头的密封问题，无论操作工人的 水平多高，制作的电缆接头多么完美，也比不上生产线上制作的电缆，由于电缆接 头密封不严，在运行中发热而产生呼吸作用，外部的空气和水分进入后，在电场的 作用下，芯线的接触电阻会增大，绝缘材料的绝缘水平会降低，从而散发的热量也 会增加。 综上所述，测量运行中电缆和电缆中间接头的温度，分析温度的变化，会帮助 我们提前发现电缆运行中潜在的故障隐患，及时排除隐患，避免酿成大祸。 2 2 监测系统结构组成 鸪5 虹 华j 匕电力人学硕十学位论文 “城市地下电缆接头温度监测系统”由电缆接头温度数据采集与无线传输终端 装置、便携式电缆接头温度巡检与故障分析仪以及工作站( 主站p c 机) 上的电缆 接头温度数据管理与智能数据分析软件三个部分组成，它的工作原理如图2 - 1 所示。 便携式巡检仪 7 面 且童晨 无线数掘传输 i 一作站p c 地面 天线天线 一。二一m ：i 。f ： ， 辔绔 r 熏苎 一电缆、7 蔽、，屯缆 图2 1 城市地下电缆接头温度监测系统组成圈 2 2 1 温度数据采集与无线传输终端 温度数据采集与无线传输终端的主要功能是通过温度传感器测量电缆接头温 度，然后再通过无线传输模块把采集到的数据经由天线发送出去，完成数据采集和 传输的功能。它由c p u 、数字温度传感器、系统时钟模块、数据存储模块以及无线 通信模块五个部分组成。它的组成结构如图2 2 所示： 泓膛 伯媾：模教 器 一i 存储器 j ”：一 1 1 一 c p u正线通价按 r i 块 i f - i 钟苎j 濉膻传辅忡允 数* ：址雕坼，l 图2 - 2 温度数据采集与无线传输终端内部构造削 2 2 2 便携式电缆接头温度巡检与故障分析仪 华j t 电力人学项十学位论文 巡检与故障分析仪用于巡检人员到现场收集各个电缆接头某段时问内的温度 数据，并通过串口接口将收集到的数据传送到p c 机上进行进一步的处理和分析。 它具有无线数据采集和串口数据通信的功能。 2 2 3 电缆接头温度数据分析软件 为了能够准确地接收从电缆接头温度数据采集终端传回来的温度监测数据，并 且能够对得到的温度数据进行准确的分析以提供准确的分析结果给工作人员以及 对对应温度数据的各个电缆接头的实时状态有很好的了解，并在整个电缆分布的地 理区域内对系统所有的电缆接头可以得到更加直观地了解，设计一套温度数据采集 准确性高、数据处理分析能力强、工作速度高以及能够结合地理信息系统的先进软 件在整个电缆接头温度监测系统中有着非常重要的地位。 随着w i n d o w s 操作系统的普及，w i n d o w s 的使用逐渐深入人心。本系统选择了 w i n d o w s 环境下的p o w e r b u i l d e r 9 编程软件，采用可视化的编程方法，使软件的可操 作性得以充分地体现。界面以图形、窗口形象地对大量实时数据进行处理，使运行 人员可以对整个系统一目了然，而且使用简单易于操作。p o w e r b u i l d e r 9 是美国 s y b a s e 公司推出非常优秀的可视化开发环境，它采用一种非常巧妙的方法将 w i n d o w s 编程的复杂性封装起来，减少了编程人员编写w i n d o w s 应用程序的难度， 并且它拥有获得专利的数据窗口( d a t a w i n d o w ) 技术，可以轻松地得到数十种不同 类型和表现风格的数据显示窗口。p o w e r b u i l d e r 9 的开放式数据库连接系统，可以访 问任何一种常用的数据库管理系统( d m b s ) ，它除了可以通过o d b c 连接各种数 据库外，还可以通过专用接口与常用的数据库连接，从而大大提高了连接数度和效 率。 本分析软件的地理信息系统( g i s ) 技术的实现，采用了美国m a p i n f o 公司的 m a p i n f 0 7 0 软件。m a p i n f o 吸取了传统g i s 系统的精华，并借助于计算机技术的发 展，及时地将g i s 的概念从大中型计算机的专用工作站引入到普通p c 机上，丌创 了桌面地理信息系统。而且，系统还采用了基于m a p i n f o 系统上的二次g i s 系统，f 发工具一m a p x ，它使m a p i n f o 公司推出的一个功能较强的o c x 控件。在标准的可 视化开发环境下，通过m a p x 可以将地图对象方便地嵌入到实际应用中。 上述内容的叙述就是对温度数据监测系统的一个整体结构的介绍，下面我们就 对系统分析软件的实现进行详细的介绍。 捣7 艇 毕j 匕电力人学硕t 学俯论文 第三章系统软件需求分析及结构与数据库设计 3 1 系统软件需求分析 目前各种监测系统已经广泛地应用于各行各业，这些系统使用的开发工具和数 据库管理系统( d b m s ) 虽各不相同，但其丌发过程与步骤均大同小异。主要步骤包括： 可行性研究、数据库分析与设计、创建数据库、模块分析与设汁、分配规划丌发计 划、脚本编写、组装测试、提交用户与使用和维护等。 3 1 1 电缆接头温度分析软件的可行性分析 可行性研究与需求分析是应用程序开发的第一步。进行可行性研究可以对开发 前景进行预测，得出应用程序开发从技术、经济等方面来考察是否可行的结论。可 行性研究通常需要确切地了解和定义客户的需求，并编写客户需求报告。其后，研 究软件目前和将来的软硬件环境，以确定其对应用程序的限制和约束。设计出初步 的流程图与数据字典，并与客户进行研讨确定，最后得出供选择的方案以及是否可 行的结论。 根据目前电力电缆广泛应用的状况，建立一套电缆接头温度监测系统将极大地 增强电力企业对电力电缆运行安全性的监测能力，能够及时的获得电缆接头超温预 警信息，从而延长电缆的使用寿命。另外，在目前的电力企业中，都己配备了计算 机及其他硬件设备，基本具备了进行有效监测的基础。因此，本系统的开发从经济 与技术方面都是可行的。 3 1 2 电缆接头温度分析软件需求分析 从目前电力电缆的运行情况来看，电缆接头温度分析软件是一个庞大和复杂的 系统，它应包括以下基本功能：系统数据管理、故障信息管理、预警信息管理、报 表管理以及电缆接头分布地图管理等。 具体内容包括： ( 1 ) 软件通过串1 2 通信接口r s 2 3 2 与巡检仪相连，把数据采集终端测得的温度 数据采集回来； ( 2 ) 软件应具有监测、分析现场温度的功能，如超温分析、温升趋辨分析、温 度梯度分析和自动环境温度补偿等； 箝8 毕j 电力人学硕十学位论文 ( 3 ) 软件将充分发挥温度监测与地理信息系统相结合的优势，在软件界面上直 观显示出电缆走向及电缆接头分布位置，并可实时显示出各个处于不同地理位置的 电缆接头的温度状态： ( 4 ) 软件具有强大的报警功能，提供了报警测点的准确位置、测点名称以及这 次报警的详细时问，同时在电缆接头平面图上对所测的报警接头进行闪烁显示。报 警功能包括超温报警、温升趋势报警等，报警信息可以在数据库中永久记录。 ( 5 ) 软件可以根据数据库中所保存的历史温度数据，对各个电缆接头的历史温 度值进行不同条件下的查询，并把查询结果以报表显示、打印，绘出各个电缆接头 的温度变化曲线图，以及所有测点的温度对比图： ( 6 ) 软件具有灵活的参数设置功能，如串口通讯属性设置、温度数据采集时问 间隔设置、温度报警值设置以及温度趋势报警值设置等； ( 7 ) 软件有专有的界面组态软件，可提供系统界面的在线组态，可实现电缆接 头的增加、修改、删除及图形界面的绘制、修改等强大的功能。 3 2 软件结构分析 我们将本电力电缆监测系统定位于单机版软件，但为了适应计算机网络化的需 要，我们也为本软件今后的网络化预留了相应的数据接1 3 ，使本软件在必要的时候 可轻松改写为网络化的软件。 本系统采用了目前软件设计中较为通行的三层模式作为基本结构，即表示层、 功能层和数据层。本监测软件的三层结构如图3 - 1 所示： 表示j 昙 n 功能层 幽3 - 1软件三层结构图 ( 1 ) 表示层，它足软件的用户接口部分，它担负着用，、与软件问的对话功能。 岜用j 二检杏j t j 广t 从键盥等输入的数据，显示应用输的数据。为使用，、能直删地进 第9 虹 华北电力人学硕十学位论文 行操作，一般要求图形用户接口( g u d 操作简单、易学易用。在变更用户接口时，只 需改写显示控制和数据检查程序，而不影响其他两层。检查的内容也只限于数据的 形式和值的范围，不包括有关业务本身的处理逻辑。 ( 2 ) 功能层，它相当于软件的本体，它是将具体的业务处理逻辑地编入程序 中。 ( 3 ) 数据层，它就是d b m s ( 数据库管理系统) ，负责管理对数据库数据的读写。 d b m s 必须能迅速执行大量数据的更新和检索。现在的主流是关系数据库管理系统 ( r d b m s ) 。因此，一般从功能层传送到数据层的要求大都使用s q l 语言+ 。 3 3 应用程序框架设计 这里要讨论的主要工作是建立项目的总体结构关系，定义各功麓模块，并设计 模块的内部细节。模块化是对应用程序的一种功能划分，每个模块都完成一个特定 的功能，这些模块合成一个应用程序。采用模块化原理可以使软件的结构更清晰， 开发工作更为有序、容易分工，而且使德调试和测试更为容易，还可以增强软件的 可扩充性、可维护性和可靠性。 本系统在模块划分上特别做到了模块的独立性，使得各模块能独立。完成一个 特定功能，而且与其它模块的接口比较简单。 通过对系统各项需求的详细分析，我们确定本应用软件程序应具有的功能模块 大体上主要有五个：即界面显示模块、报警信息模块、数据通讯模块、历史数据备 份模块以及地图信息模块。各个模块之间的关系如图3 2 所示： 图3 - 2 系统软件箨个模块之间的关系蹦 ( 1 ) 界面显示模块主要用来显示提供给用户的各种数据、曲线、图形等信息。 占的主要窗【_ 1 _ 钉j 监测数据显示窗口、历史i f | 线窗e l 等数据最承窗| l 。界i ：f i i 懿示模块 华北电力人学硕十学位论文 从数据通信模块得到温度数据，如果报警模块没有报警信息，则在j 监测数据显示窗 口萨常显示出来。如果有报警信息，则报警输出，提示相应的报警信息。 ( 2 ) 报警模块从数据通信模块得到温度数据，首先进行校验如有错误，则要求 数据通信模块重新发送。如仍不成功，则通知界面显示模块报警输出。校验结束后， 进行越限检查，如有越限则通知显示模块报警输出。 ( 3 ) 数据通信模块是通过r s 2 3 2 接口把巡检仪中保存的温度数据采集回来，并 将数据传送到其他几个模块，然后检查报警模块的出错信息。 ( 4 ) 地理信息模块显示电力接头的分布地图信息，并在地图上显示超温接头的 报警信息。 ( 5 ) 历史数据备份模块将数据库中的历史数据定期的进行备份。 3 4 数据库技术 数据库技术所研究的问题就是如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和 处理数据。数据库技术萌芽于6 0 年代中期，经过3 0 多年的发展和完善，是信息存 储更安全可靠，获得更快捷方便。当前，数据库正得到日益广泛的应用，针对不同 的应用环境和用户要求，出现了多种多样的数据库，全球广大数据库厂商( c a ，i b m ， i n f o r m i x ，m i o r o s o f t ，o r a c l e 和s y b a s e ) 都争先恐后地推出了一些相关技术和各自的 数据库系统。 3 4 1 关系型数据库定义 e e c o d d 在1 9 7 6 年6 月发表了“关于大型共享数据库数据的关系模型”论文，首 先概述了关系数据模型及其原理，并把它用于数据库系统中。他指出，关系型数据 库是指一些相关的表和其他数据库对象的集合。这个定义表达了三部分含义。第一， 在关系数据库中，信息被存放在二维表格结构的表( t a b l e ) q a ，一个关系数据库包含 多个数据表，每一个表又包含行( 记录) 和列( 字段) 。可以将表想象为一个电子表格， 其中和行对应的是记录，和列对应的是字段。大多数数据库都有多个表。第二，这 些表之间是相互关联的。表之问的这种关联性是由主键和外键所体现的参照关系实 现的。第三，数据库不仅仅包含表，而且包含了其他数据库对象如：视图、存储过 程、索引等等。 e e c o d d 把数学法则用于数掘库领域，使关系模型成为数学化模 型。关系是表的数学术语，表是一个集合，因此，集合沦、数理逻辑等知识r 叮以引 毕北i 乜力人学硕h 学忙论文 入到关系模型中来。e e c o d d 指出，关系模型与当时流行的网状模型和层次模型的 最大差别是：关系模型用表格而不是通过指针链来表示和实现实体间的联系。另外， 关系模型的数据结构简单灵活，易学易用，便于掌握和使用。因此，关系数据模型 很快就流行起来，各个数据库厂商纷纷研制出自己的关系数据库管理系统及与之配 套的应用丌发工具，为关系数据库的应用提供了种完整的解决方案。 在计算机中的关系数据库元素的术语，同数学领域和日常数据处理领域中的术 语之间，有一些区别。下表列出了关系数据库元素的3 个术语集，及用于其它领域 的相似术语。 数据库数学日常数据处理 表( t a b l e l 行( r o w ) 歹l j ( c o l u m n ) 关系( r e l a t i o n ) 元组( t u p l e ) 属性( a t t r i b u t e l 文件( f i l e ) 记录( r e c o r d ) 字段( f i e l d ) 表3 - 1 关系型数据库术语与其他术语的比较 考虑到实际的需求和应用，本系统采用的是关系型数据库管理系统s q l s e r v e r 2 0 0 0 。 3 4 2s q ls e r v e r 2 0 0 0 介绍 s q l s e r v e r 2 0 0 0 是一个功能强大的关系型数据库管理系统，它可以帮助各种规模 的企业柬管理数据。微软大力地改进了s o l s e r v e r 2 0 0 0 ，因此，现在它具有很多新 颖和有创造性的特点。s q ls e r v e r 2 0 0 0 以其可伸缩性的商业解决方案、强大的数据 仓库以及与m i c r o s o f to f f i c e 及m i c r o s o f tb a c k o f f i c e 的紧密集成为企业提供了额外 的商业便利。在组织内部不同层次的决策上，s o l s e r v e r 2 0 0 0 都可以起到推动作用。 s o l s e r v e r 2 0 0 0 已经成为业界领先的数据库管理系统。 s q ls e r v e r 2 0 0 0 是与a n s i 9 2s q l 兼容的。由于a n s i 9 2s q l 的功能有限， 所以s q l 一s e r v e r 2 0 0 0 对其进行了很多扩展，形成的语言集称作事务型s o l 。大多数 s q l s e r v e r 2 0 0 0 的管理任务都可以通过叫作s o l e n t e r p r i s em a n a g e r ( 企业管理器1 的 图形化用户界面来完成。s q ls e r v e r 2 0 0 0 还具有任务调度功能，可以自动地执行许 多任务，例如，无人值守备份。 在客户机服务器软件的概念中，s q l s e r v e r 2 0 0 0 是后端部分，而客，、端是前端 郑分。s q ls e r v e r 2 0 0 0 支持多种客户端( 如：p o w e r b u i l d e r 、v b 、d e l p h i 、v c 等丌发 芎f ；1 2 “ 华北电力人学硕十学位论文 的应用程序1 。通过这些客户端，用户可以插入、更新、删除和查询存储在s o l s e r v e r 2 0 0 0 数据库中的数据。s q l s e r v e r 2 0 0 0 本身包含许多客户端工具，例如，m s q u e r y 、q u e r ya n a l y z e r 和o s q l 。s q ls e r v e r 2 0 0 0 还可以和微软的e x c e l 、a c c e s s 和c r y s t a lr e p o r t s 协作运行，他们都是可以访问o d b c 兼容的数据库中的数据的应 用程序。 3 5 数据库设计 数据库设计的好坏直接决定了信息管理系统的成败。如果因为数据库设计得不 好而在程序开发中进行修改造成程序返工，将是一件非常麻烦的事情。如何构建一 个好数据库并没有公认的切实可行的公式可供套用，必须还要根据系统的具体情况 进行具体分析，而且即使对于一个已经设计好的数据库，虽然我们可以用关系数据 库的规范化理论对其进行评判，但有些时候，只有在真正使用之后才会发现怎样设 计才更好。例如，关系的规范化理论认为应该尽量避免冗余，但对于一个频繁被操 作的关系，合法的冗余是合理的，有效率的。所以，我们只能尽量做到最好，而不 能保证万无一失。 3 5 1 数据库设计方法 本文在系统建设的实践中也做了一些简单的总结，目的是在设计数据库时少走 弯路，更有效率。 1 、数据字典 数据字典最重要的用途是用作分析阶段的工具。在数据字典中建立一组严密。致 的定义有助于改进分析员和用户之间的通信。因此将消除许多可能的误解。对数据 的这一系列严密一致的定义也有助于改进在不同的开发人员或不同的开发小组之 问的通信。如果要求所有开发人员都根据公共的数据字典描述数据和设计模块，可 以避免许多麻烦。数据字典是开发数据库的第一步，而且是很有价值的一步。 2 、数据库必须是f 确合理的 在关系数据模型中，完整性约束是保证一致性和t f 确性的重要手段所以我们在设 计数据库时必须要十分重视约束的设计。下面是关系数据模型的三种类型的完整性 约束： 实体完整性约束：指每个关系都应哦有。个t 关键字其值唯标u 关系t f - 华北【乜力人学硕十。学位沦文 的一个元组，主关键字的值不能重复，不能为空。 参照完整性约束：统一属性在不同关系中要有值的对应关系，即若关系仅育 一个外关键字f 对应关系s ，则f 要么取空值，要么取s 中存在的值。 域完整性约束：关系模式中属性值应是域中的值，一个属性能否为空是由语 义决定的，数掘定义必须满足一定的语义要求，这是最简单、最基本的约束，比如 电话号码应该是数值串。 3 、高度重视主要的表单 正如8 0 2 0 现象所显示的那样，在一个数掘库应用系统中，8 0 的程序代码是围绕 2 0 的表写出的。所以对于这2 0 的至关重要的表，我们应该拖入更多的精力