12kV开关柜在线监测用上位机软件的开发毕业论文

毕业设计（论文）任务书I系（所）系所主任批准日期毕业设计论文任务书电气院电机与电器系电气班学生毕业设计论文课题12KV开关柜在线监测用上位机软件的开发毕业设计论文工作自2011年3月01日起至2011年6月30日止毕业设计论文进行地点本校电器教研室课题的背景、意义及培养目标12KV开关柜是中压配电系统的关键控制与保护设备，目前我国12KV开关柜因机械、温度、绝缘等问题导致开关柜烧毁现象时有发生。本题目针对12KV开关柜在线监测用上位机软件进行研究，实现开关柜在线监测用上位机软件的开发，并实现在线监测数据的实时上传和数据存储，是实现开关柜在线监测的软件基础，具有重要的实用价值和现实意义。通过本课题的研究，可培养学生对中压开关柜的熟悉程度，对在线监测的理解和在线监测上位机软件的开发技能。设计论文的原始数据与资料1、课题组历年在线检测系统的设计资料。2、许玉玉，开关设备温度及开关量在线监测系统的研制，西安交通大学硕士学位论文，2005年。3、王巨玮，12KV开关柜在线监测系统及其电磁兼容性能研究，西安交通大学硕士学位论文，2007年。课题的主要任务1、上位机软件框架构建与软件界面开发；2、上位机通信软件的开发；3、上位机数据库的设计与开发。西安交通大学西安交通大学本科毕业设计（论文）II课题的基本要求工程设计类题应有技术经济分析要求完成12KV开关柜在线监测用上位机软件的开发与调试工作。完成任务后提交的书面材料要求图纸规格、数量，论文字数，外文翻译字数等1、递交不少于3000字的外文翻译；2、不少于10000字的毕业设计论文；主要参考文献1、许玉玉，开关设备温度及开关量在线监测系统的研制，西安交通大学硕士学位论文，2005年。2、郑义、许玉玉，王小华，荣命哲成套开关设备GIS在线监测信号传输方式的开发和比较。高压电器J2004，403170171。3、王建华，荣命哲，耿英三等数字化电力设备的概念与内涵J电工技术学报，2009，246138145。指导教师接受设计论文任务日期（注由指导教师填写）学生签名毕业设计（论文）考核评议书III西安交通大学毕业设计论文考核评议书院系专业班级指导教师对学生所完成的课题为的毕业设计论文进行的情况，完成的质量及评分的意见指导教师年月日毕业设计论文评审意见书评审意见评阅人职称年月日西安交通大学本科毕业设计（论文）IV毕业设计论文答辩结果院系专业毕业设计论文答辩组对学生所完成的课题为的毕业设计论文经过答辩,其意见为并确定成绩为毕业设计论文答辩组负责人答辩组成员年月日摘要V论文题目12KV开关柜在线监测用上位机软件的开发学生姓名张杰指导教师荣命哲教授摘要随着12KV开关柜在工厂配变电系统以及电力系统中使用量的增加，开关柜运行状态对工厂以及电力系统安全运行的意义越来越大。为了能够实时监测12KV开关柜的运行状态并存储状态数据，亟待研制一套合理可行的12KV开关柜在线监测用上位机软件系统。本文在已存在的开关柜在线监测下位机硬件系统的基础上开发的一套集开关柜状态显示、数据存储、历史状态查询的在线监测用上位机软件系统。该上位机软件主要功能对下位机上传的状态数据进行处理、显示、存储。软件除了实现对开关柜的温度、绝缘、机械状态信息的监测功能外，还预设了很多其它功能的程序接口，使系统功能的扩展成为可能，为12KV以及其它电压等级的开关柜在线监测用上位机软件系统的开发奠定了非常好的基础。本文的数据存储采用MICROSOFTOFFICE2003ACCESS数据库，MICROSOFTOFFICEACCESS是由微软发布的关联式数据库管理系统，完全满足数据存储要求。本文采用RS485总线作为通信总线。上位机和下位机装置通过总线实现数据互换，实现了人机交互功能和与下位机装置的通信功能。根据IEC608705103规约制订的RS485通信协议具有很高的可靠性和可操作性，对保证系统的正常通信具有重要意义。温度状态数据和绝缘状态数据采用上位机软件自动实时召唤下位机应答的方式来进行通信。机械数据采用手动召唤的方式，只有在机械状态故障的情况下上位机自动召唤下位机应答的方式来进行数据通信。这样的通信方式既保证了开关柜状态的实时监测也给下位机硬件设备减少了很多压力。本文开发的开关柜在线监测用上位机软件在临安恒信电气公司和下位机在线监测装置联合调试成功，说明该软件具有很强的实际应用价值。关键词12KV开关柜；在线监测；上位机软件；RS485；IEC608705103西安交通大学本科毕业设计（论文）VITITLEDEVELOPMENTOFTHEPCSOFTWAREFOR12KVSWITCHGEARONLINEMONITORINGNAMEJIEZHANGSUPERVISORPROFMINGZHERONGABSTRACTBECAUSE12KVSWITCHGEARISWIDELYUSEDINFACTORYPOWERDISTRIBUTIONANDTRANSFORMATIONANDPOWERSYSTEM,THEIRCONDITIONISMOREIMPORTANTFORTHESAFETYOFOPERATIONOFFACTORYANDPOWERSYSTEMINORDERTOMONITORTHECONDITIONOF12KVSWITCHGEARANDSTORAGETHEDATAOFSWITCHGEARCONDITION,ITSIMPERATIVETODEVELOPAPCSOFTWAREFOR12KVSWITCHGEARONTHEBASISOFHARDWAREPLATFORMFOR12KVSWITCHGEARONLINEMONITORINGSYSTEM,ACOMPREHENSIVEPCSOFTWAREINTEGRATESWITCHGEARSTATUSDISPLAY,DATASTORAGE,HISTORYSTATUSQUERYISSTUDIEDANDDEVELOPEDTHEPCSOFTWARESMAINFUNCTIONISTOPROCESSING,DISPLAY,ANDMEMORYTHESTATEDATATHATHARDWAREPLATFORMUPLOADSUSINGTHEPCSOFTWARE,USERSCANGETVALUESOFTEMPERATURECONDITION,INSULATIONCONDITIONANDMECHANICALCONDITIONINTIMEMOREOVER,OTHERPROGRAMINTERFACESFORFUNCTIONEXTENSIONARESETASIDEITISAGOODBASISFORPCSOFTWAREFORCOMPREHENSIVE12KVSWITCHGEARONLINEMONITORINGSYSTEMONTHISPAPER,WEUSEMICROSOFTOFFICE2003ACCESSDATABASEFORDATASTORAGEMICROSOFTOFFICEACCESSISARELATIONALDATABASEMANAGEMENTSYSTEM,WHICHFULLYMEETTHEDATASTORAGEREQUIREMENTSONTHISPAPER,WEADOPTRS485BUSASTHECOMMUNICATIONSDATABUSTHEPCSOFTWAREANDTHEHARDWAREPLATFORMEXCHANGEDATABYUSINGRS485BUS,WHICHMAKESTHEFUNCTIONOFHUMANCOMPUTERINTERACTIONBEREALIZEDRS485PROTOCOLISDESIGNEDACCORDINGTOIEC608705105THATCANASSURERELIABILITYANDOPERATIONOFTHESYSTEMCOMMUNICATIONVALUESOFTEMPERATURECONDITION,INSULATIONCONDITIONISCALLEDBYPCSOFTWAREAUTOMATICLYANDHARDWAREPLATFORMRETURNSVLUESOFMECHANICALCONDITIONISCALLEDBYPCSOFTWAREMANUALLYANDHARDWAREPLATFORMRETURNSWHENTHEREISSOMETHINGWRONGWITHTHEMECHANICALCONDITION,VALUESOFTRIPPINGCURRENTANDVALUESOFMECHANICALDISPLACEMENTWILLBECALLEDBYPCSOFTWAREINTHISWAY,NOTONLYENSURETHESWITCHGEARSTATEOFREALTIMEMONITORINGANDREDUCEALOTOFPRESSUREOFHARDWAREPLATFORMTHEPCSOFTWARERUNSWELLWITHTHEHARDWAREPLATFORMFOR12KVSWITCHGEARONLINEMONITORINGINHANDSINCOMPANY,WHICHDECLARESTHATTHEPCSOFTWAREHASMUCHPRACTICALVALUEKEYWORDS12KVSWITCHGEARONLINEMONITORINGPCSOFTWARERS485IEC608705103目录VII目录1绪论111选题背景111112KV开关柜状态在线监测必要性1112电器设备检修的发展1113在线监测的意义212软件开发环境2121软件开发语言简介2122ADONET数据库访问技术3123SERIALPORT实现串口通信413本课题的来源和本文研究内容4131课题来源4132本文的研究内容42软件系统分析521软件系统目标需求522软件开发的可行性分析5221管理上的可行性5222技术上的可行性523系统流程分析524数据流图725数据字典726本章小结93系统设计1031平台设计1032软件总体结构设计10321功能结构图10322模块说明书1033数据库设计12331数据库ER图12332数据表设计1235主要模块程序流图1534界面设计16西安交通大学本科毕业设计（论文）VIII341系统登录界面设计16342系统主界面设计17343报表显示界面设计1935通信协议的实现23351在线监测系统的数据2336RS485总线通信协议的实现24361IEC608705103规约24362RS485总线通信协议的制定26363链路层的一些规定3037具体的通信流程和详细帧30371定时请求相关的通信内容30372手动请求相关的通信内容32373通信程序设计3538本章小结394系统调试4041调试4042本章小结435结论与展望44参考文献45附录146附录249致谢531绪论11绪论11选题背景11112KV开关柜状态在线监测必要性随着我国经济建设的发展，电力系统的容量日益增长，覆盖范围越来越广，电力一桶的安全可靠运行越来越显著地影响国民经济的发展和社会的安定团结。2005年我国累计装机容量达到508GW，预计到2020年，我国的累计装机容量达到1000GW，成为世界上最大规模的联合电力系统。以高压电器设备为例，近十年来的统计数字表明，每次高压开关设备事故平均损失的电量达到数百万千瓦时，它所导致的损失为其本身价格的数千倍甚至数万倍。因此，从运行上来说，电力系统要求安全第一，为了避免事故的发生，做好对开关设备的监测并及时维修是必要的。12KV开关柜在工厂配变电系统及电力系统中应用十分广泛，担任着非常重要的作用1）关合及开断12KV及以下正常电力线路，以输送和倒换电力负荷；2）从电力系统中退出故障设备及故障线段，以保证电力系统安全，正常运行；3）将两段电力线路以至电力系统的两部分隔开；4）将已退出运行的设备或线路进行可靠接地，以保证电力线路、设备和运行维修人员的安全；5）用于测量12KV系统电压电流参数及故障报警等。鉴于12KV开关柜是是非常重要的受配电设备，一旦发生事故，将引起局部或较大地区的停电，会造成巨大的经济损失和社会影响，因此这些设备运行一段时间后或在运行中，必须进行必要的检查和维护。112电器设备检修的发展电器设备的检修过程经历了3个发展历程第一阶段，是运行中的设备出现了故障才推出运行，进行维修，是一种坏了才修，不坏不修的检修方式，人们称之位“事故检修”。这种检修方式纯粹是为了是发生故障的电器设备能够重新投入到运行而实施，不能改善电力系统运行的安全性和可靠性。第二阶段，发展为“定期检修”，就是为了减少设备损坏，预防设备故障，事先拟出定期检修计划，到了计划规定的检修周期，必须对设备进行检修。这种方式可以通过定期检修检验发现电气设备存在的潜在，有助于提高电器设备运行的可靠性。在我国电力行业中，目前电器设备的维护基本是采用定期检修制度，这种制度为保证高压电器设备正常工作确实起到了预防或延迟的作用。但是定期检修存在较大的缺陷一是可能电器设备还未达到规定的检修周期就西安交通大学本科毕业设计（论文）2发生了故障，造成不足维修；二是党定期检修周期到时，电器设备仍然处于稳定运行状态，此时对其检修，不但造成不必要的停电损失和人力、物力、财力的浪费，而且由于检修人员素质参差不齐，反而会降低电器设备的运行可靠性。第三阶段，即20世纪50年代美国GE公司提出所谓的“预期检修”的思想，它强调以设备状态为基准进行检修，后来这种思想被称为“状态检修”。它是在电器设备运行过程中或在基本不拆卸的情况，采用各种测量、分析和判断的方法，结合电器设备的历史状况和运行条件，曾端电器设备当前的运行状态，然后根据诊断结果有针对的进行检修。相对于定期检修，状态检修方式具有如下优点1）避免电力系统不必要的停电；2）减少设备因维修造成的损害；3）减少因设备维修不当所造成的事故；4）减少因设备维修所需的人力、物力、财力。采用在线监测技术能够根据电器设备的实际运行状态及时进行维修，有效地扩大维修周期，节省维修费用。113在线监测的意义状态检修是一种更科学合理的检修模式，它克服了定期检修的盲目性，避免不必要的浪费，使劳动生产率、供电可靠性得到了很大的提高，能够使电力部门制定合理的检修计划，节省了大量的维护费用，因此状态监测得到了社会的普遍关注，在我国召开的电机工程学会高压电器分专委会97学术会议上，与会专家认为，由于供电连续性和可靠性的要求，定期检修是不合适的，状态检修是高压电器设备检修的发展方向，目前的状态检修多依靠经验和感觉，科学性不够，应该对主要性能参数开展有效的在线监测技术的研究，制定控制指标，以提高状态检修的科学性。1997年在柏林召开的IEEE/PES会议上，有关专家指出高压电器设备在线监测已经成为电力工业急需发展的一项新技术。开关柜作为发电和用电的中间环节，其重要性不言而喻，并且随着电力系统容量的日益增大，供电的可靠性、安全性和经济性，都对开关柜的稳定运行提出了更高的要求10。12软件开发环境121软件开发语言简介C是微软推出的一种基于NET框架的、面向对象的高级编程语言。C由C语言和C派生而来，继承了其强大的性能，同时又以NET框架类库作为基础，拥有类似VISUALBASIC的快速开发能力。C的发音为CSHARP，其中“”的创意来源于音乐中的升调符号“”，读作“SHARP”（国际音标/P/），表示技术进一步提升之意。微软希望借助这种语言来取代JAVA。C已经成为ECMA国际和国际标准组织的标准规范。C旨在设计成为一种“简单、现代、通用”，以及面向对象的程序设计语言。C的1绪论3主要特点如下1）简单（1）不安全的操作,比方说直接内存操作不被允许了；（2）C中“或“操作符是没用的；（3）因为它是基于NET平台的,它继承了自动内存管理和垃圾回收的特点；（4）原始数据类型可变的数据范围象INTEGER,FLOATS等；（5）整形数值0和1不再作为布尔值出现C中的布尔值是纯粹的TRUE和FALSE值而且没有更多的“操作符和“操作符错误“被用于进行比较操作而“被用做赋值操作。（6）C中指针已经消失。2）现代（1）C建立在当前的潮流上,对于创建相互兼容的,可伸缩的,健壮的应用程序来说是非常强大和简单的；（2）C拥有内建的支持来将任何组件转换成一个WEBSERVICE,运行在任何平台上的任何应用程序都可以通过互联网来使用这个服务。3）面向对象的（1）C支持数据封装,继承,多态和对象界面即JAVA中的INTERFACE关键字；（2）INT,FLOAT,DOUBLE在JAVA中都不是对象,但是C引入和结构体STRUCTS来使原始数据类型变成对象INTI1STRINGAITOSTRING。4）类型安全（1）在C中我们不能进行不安全的类型转换象将DOUBLE转换成BOOLEAN；（2）值类型常量类型被初始化为零值而引用类型对象和类被编译器自动初始化为零值；（3）数组类型下标从零开始而且进行越界检查。122ADONET数据库访问技术ADONET的名称起源于ADOACTIVEXDATAOBJECTS,这是一个广泛的类组,用于在以往的MICROSOFT技术中访问数据之所以使用ADONET名称,是因为MICROSOFT希望表明,这是在NET编程环境中优先使用的数据访问接口ADONET提供了平台互用性和可伸缩的数据访问。ADONET增强了对非连接编程模式的支持，并支持RICHXML。由于传送的数据都是XML格式的，因此任何能够读取XML格式的应用程序都可以进行数据处理。事实上，接受数据的组件不一定要是ADONET组件，它可以是基于一个MICROSOFTVISUALSTUDIO的解决方案，也可以是任何运行在其它平台上的任何应用程序。ADONET是一组用于和数据源进行交互的面向对象类库。通常情况下,数据源是数据库，但它同样也能够是文本文件、EXCEL表格或者XML文件。ADONET允许和不同类型的数据源以及数据库进行交互。然而并没有与此相关的一系列类来完成这样的工作。因为不同的数据源采用不同的协议，所以对于不同的数据源必须采用相应的协议。一些老式的数据源使用ODBC协议，许多新的数据源使用OLEDB协议，并且现在还不断出现更多的数据源，这些数据源都可以通过NET的ADONET类库来进行连接。西安交通大学本科毕业设计（论文）4ADONET提供与数据源进行交互的相关的公共方法，但是对于不同的数据源采用一组不同的类库。这些类库称为DATAPROVIDERS，并且通常是以与之交互的协议和数据源的类型来命名的。123SERIALPORT实现串口通信上位机软件和下位机之间通信采用RS485总线，接口则上位机采用RS232接口，下位机采用RS485接口，中间通过RS232接口转RS485转换器来进行转换。上位机只需要对RS232串口进行设置即可实现和下位机的正常通信。C中提供了SERIALPORT类来实现串口通信，该类位于SYSTEMIOPORT命名空间下，主要用于控制串行端口文件资源，它提供同步I/O和事件驱动的I/O，对管脚和中断状态的访问以及对串行驱动程序属性的访问。另外，此类还包装在内部的STREAM对象中，可以通过BASESTREAM属性访问，并且可以传递给包装或使用流的类。13本课题的来源和本文研究内容131课题来源本课题是与杭州恒信电气有限公司合作开发的项目。主要针对12KV开关柜研制一套在线监测用上位机软件系统，用来显示并存储开关柜在线监测下位机上传的温度、绝缘、机械状态数据，当遇到开关柜故障时可以及时准确的告知管理人员。同时上位机存储的历史状态数据可以用来判断开关柜的状态，以便状态检修之用。132本文的研究内容本论文针对12KV开关柜在线监测用上位机软件进行研究，实现开关柜在线监测用上位机软件的开发，并实现在线监测数据的实时上传和数据存储。本论文的主要工作包括以下几方面1）参阅开关柜在线监测的相关文献，了解开关柜在线监测的相关内容确定软件开发的总体方案，绘制系统流程图和系统结构图；2）设计数据库；3）编写软件程序；4）完成上位机软件和下位机之间的联合调试。2软件系统分析52软件系统分析21软件系统目标需求12KV开关柜在线监测用上位机软件是在MICROSOFTVISUALSTUDIO2008平台上，采用C语言，通过对一些典型的监测软件进行考擦、分析、并结合实际要求而开发出的一套上位机软件系统。需要满足一下要求1）友好的操作界面，保证系统的易用性；2）参数监测分类详尽，可按不同的类别查看参数实时状态；3）根据IEC6087051103规约制定RS485通信协议来实现上位机与下位机之间通讯的高效性、可行性；4）提供监测参数自动存储功能，及时准确地将监测到的数据存放在数据库中；5）提供历史状态查询功能，可以查看开关柜以往的各种状态，并提供历史数据打印功能，以供日后查看分析之用。22软件开发的可行性分析221管理上的可行性把下位机上监测到的数据上传到电脑终端上，建立在线监测上位机软件，可以把监测到数据及时准确地显示并且存储在数据库中以供以后调用。222技术上的可行性根据系统目标需求分析得结果来看，不需要通过购买专业软件，仅采用VSNET2008为开发工具，选择C语言就可以解决相关的问题，从而保证系统功能的实现。23系统流程分析12KV开关柜在线监测用上位机软件使用者必须取得管理员的账号和密码，用来登陆上位机软件系统。用户在登陆软件系统后首先需要连接在线监测下位机，然后配置通讯参数，设置监测参数阈值。配置完毕以后，上位机会自动监测通讯连接是否成功。当通讯连接成功以后，上位机软件会主动发送数据请求帧给下位机请求下位机上传所需数据，当下位机上传数据给上位机软件后，上位机软件会处理收到的数据帧并将这些数据帧中包含的监测数据通过友好的形式显示出来。在后台，监测到的数据会主动存储到数据库中，以供后续打印或是查看之用。主要业务流程如图21所示。西安交通大学本科毕业设计（论文）6图21系统业务流程图用户系统主界面显示查询温度状态绝缘状态机械状态绝缘数据温度数据机械数据下位机上传2软件系统分析724数据流图数据流图从数据传递和加工角度，以图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程，是结构化系统分析方法的主要表达工具及用于表示软件模型的一种图示方法。本软件系统数据流图如图22所示。图22系统数据流程图25数据字典数据字典（DATADICTIONARY）是一种用户可以访问的记录数据库和应用程序源数据的目录。本软件系统设计的数据字典包括数据元素描述、数据流描述、数据存储描述、数据逻辑描述。本系统软件系统数据字典设计如下列表格所示。D2D3D4温度数据列表绝缘数据列表机械数据列表电流数据列表D5位移数据列表阈值列表问题列表D6D7D8用户列表D1用户登录下位机请求上传上传管理员XG_1用户管理口令密码XG_2XG_6数据显示/查询图形、数据形式显示用户XG_7阈值设置XG_8问题列表查询用户西安交通大学本科毕业设计（论文）8表21数据元素描述（部分）编号标识符含义数据格式特殊说明YS01标识符用户名文本登录用户名YS02INSULATIONID泄漏电流编号自动编号编号YS03AVERAGESPEED平均速度数字关合闸YS04REMOTEADD下位机编号数字编号表22数据流描述（部分）编号名称来源去向组成高峰流量平均流量最低流量L01用户信息添加登录（用户编号）、用户名、密码手动添加手动添加手动添加L02绝缘数据下位机显示、存储（数据编号）、六相电流数据、时间1条/S1条/S1条/SL03温度数据下位机显示、存储（数据编号）、六相温度数据、时间1条/S1条/S1条/SL04机械数据下位机显示、存储（数据编号）、测得的机械参数、时间手动请求手动请求手动请求L05位移数据下位机显示、存储（编号）、位移、时间不定不定不定表23数据存储描述（部分）编号名称组成关键字存储大小CC01用户列表（用户编号）、用户名、密码用户编号不限CC02绝缘列表（数据编号）、下位机编号、六相绝缘数据、时间数据编号1条/SCC03问题列表（问题编号）、下位机编号、绝缘故障、温度故障、机械故障、时间问题编号不定表24处理逻辑描述（部分）编号名称输入处理输出LJ01添加用户用户信息将用户输入的基本信息存入后台数据库用户列表LJ02绝缘数据绝缘数据下位机上传绝缘数据并将其存入后台数据库绝缘状态LJ03机械数据机械信息下位机上传机械数据并将其存入后台数据库机械状态LJ04问题列表问题信息上位机根据下位机上传数据判断开关柜是否故障并将此信息存入后台数据库故障类型2软件系统分析926本章小结本章制定了上位机软件的目标需求，对软件开发的可行性进行了客观分析。然后根据软件的目标需求制定了系统流程图，数据流图，编写了数据字典，为以后系统的开发制定了总体规划，奠定了基础。西安交通大学本科毕业设计（论文）103系统设计31平台设计系统平台主要包括硬件平台和软件平台，本软件系统平台设计如表31所示。表31系统平台设计硬件平台服务器PIIII及以上CPU，512M内存，硬盘20G,10/100M网络软件平台操作系统WINDOWSXP数据库MICROSOFTOFFICE2003ACCESS开发平台MICROSOFTVISUALSTUDIO200832软件总体结构设计321功能结构图功能结构图是指以模块的调用关系为线索，用自上而下的连线表示调用关系并注明参数传递的方向和内容，从宏观上反映软件层次结构的图形。本软件系统功能结构图设计如图31所示。图31系统结构图322模块说明书模块说明书主要说明软件系统所包含的重要模块的功能、调用模块、输入、输出、相关数据表以及主要内部变量。下面主要说明本软件系统的“登录”模块、“在线监测系统”模块以及“打印报表”模块。3系统设计11表32“登录”模块说明书模块标识EC01模块名称登录模块主要功能实现用户登录，管理员可以删除添加普通用户调用模块用户注册、用户登录，修改资料输入用户名，密码输出处理后的用户信息，登录到主界面相关数据表用户表主要内部变量用户名，密码算法1）在用户名和密码正确的情况下可以保存用户名和密码；2）和数据库中的用户名及密码进行比较，判断输入的用户名和密码是否能登录到主界面表33“在线监测系统”模块说明书模块标识EC02模块名称监测系统模块主要功能获取下位机上传的实时数据进行显示和存储调用模块温度监测模块，绝缘监测模块，机械状态监测模块输入上位机对下位机的数据请求输出温度、绝缘、机械状态信息相关数据表温度数据表、绝缘数据表、机械数据表、位移数据表、脱扣电流数据表、问题数据表主要内部变量问题、温度、绝缘、机械各种监测参数变量算法1）自动获取开关柜温度、绝缘状态的数据进行显示2）手动请求机械状态数据并进行显示3）对获得的正确数据进行存储以供日后查询4）上位机判断开关柜的状态是否出现故障表34“打印报表”模块说明书模块标识EC03模块名称打印报表主要功能获取数据库中存储的数据，生成数据和图形报表让用户查询打印之用调用模块温度报表模块，绝缘报表模块，机械报表模块输入生成报表请求输出问题、温度、绝缘、机械图形或数据报表相关数据表温度数据表、绝缘数据表、机械数据表、位移数据表、脱扣电流数据表、问题数据表主要内部变量无算法1）用户发送查询或打印请求，进行数据或图形报表生成或打印2）查询数据库中存储的数据进行输出西安交通大学本科毕业设计（论文）1233数据库设计331数据库ER图系统中主要涉及到的实体有“管理员”、“用户”、“开关柜各种状态数据表”。实体与实体之间的联系如图32所示。图32数据库ER图332数据表设计本系统采用MICROSOFTOFFICE2003ACCESS数据库来存储用户信息及下位机上传的数据。ACCESS是微软公司推出的基于WINDOWS的桌面关系数据库管理系统（RDBMS，即RELATIONALDATABASEMANAGEMENTSYSTEM），是OFFICE系列应用软件之一。它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7种用来建立数据库系统的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把数据存储、数据查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数据库管理系统提供了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数据管理的任务。ACCESS能够存取ACCESS/JET、MICROSOFTSQLSERVER、ORACLE甲骨文软件公司，或者任何ODBC兼容数据库内的资料。熟练的软件设计师和资料分析师利用它来开发应用软件，而一些不熟练的程序员和非程序员的“进阶用户“则能使用它来开发简单的应用软件。虽然它支援部分面向对象技术，但是未能成为一种完整的面向对象开发工具。本软件包含7个数据表，USERLOGIN表存储用户登录信息，TEMPERATURE表存储温度状态数据，INSULATION表存储绝缘状态数据，MECHANIC表存储机械状态数据，MECCURRENT表存储电流数据，MECPLACE表存储位移数据，PROBLEMSTYLE表存储故障信用户开关柜各种状态数据表查询1N3系统设计13息。本软件用到的数据表设计如下列表格所示。表35USERLOGIN用户表字段名描述类型长度是否为空ID用户编号自动编号长整型NOTNULLUSERNAME用户姓名文本50NULLPASSWORD用户密码文本50NULL表36TEMPERATURE温度数据表字段名描述类型长度是否为空TEMPARETUREID自动编号自动编号长整型NOTNULLREMOTEADD下位机编号数字整型NULLAINA相进线温度数字单精度型NULLBINB相进线温度数字单精度型NULLCINC相进线温度数字单精度型NULLAOUTA相出线温度数字单精度型NULLBOUTB相出线温度数字单精度型NULLCOUTC相出线温度数字单精度型NULLSTYLE上传方式文本50NULLTIME日期/时间日期/时间NULL表37INSULATION绝缘数据表字段名描述类型长度是否为空INSULATIONID自动编号自动编号长整型NOTNULLREMOTEADD下位机编号数字整型NULLAINA相进线电流数字单精度型NULLBINB相进线电流数字单精度型NULLCINC相进线电流数字单精度型NULLAOUTA相出线电流数字单精度型NULLBOUTB相出线电流数字单精度型NULL西安交通大学本科毕业设计（论文）14表37INSULATION绝缘数据表（续）字段名描述类型长度是否为空COUTC相出线电流数字单精度型NULLSTYLE上传方式文本50NULLTIME日期/时间日期/时间NULL表38MECHANIC机械数据表字段名描述类型长度是否为空MECHANICID自动编号自动编号长整型NOTNULLREMOTEADD下位机编号数字整型NULLAVERAGESPEED平均速度数字单精度型NULLDISTANCE行程数字单精度型NULLINHERITTIME分合闸固有时间数字单精度型NULLI1I1数字单精度型NULLT1T1数字单精度型NULLI2I2数字单精度型NULLT2T2数字单精度型NULLT3T3数字单精度型NULLTONGQIXING同期性数字单精度型NULLTANTIAOFANTAN弹跳反弹数字单精度型NULLONOFF合闸还是分闸文本50STYLE上传方式文本50NULLTIME日期/时间日期/时间NULL表39MECCURRENT电流数据表字段名描述类型长度是否为空CURRENTID自动编号自动编号长整型NOTNULLCURVEDATA下位机编号数字单精度型NULLMECHANICIDMECHANIC编号数字长整型NULL表310MECPLACE位移数据表表字段名描述类型长度是否为空PLACEID自动编号自动编号长整型NOTNULLCURVEDATA下位机编号数字单精度型NULLMECHANICIDMECHANIC编号数字长整型NULL3系统设计15表311PROBLEMSTYLE问题记录表字段名描述类型长度是否为空ID自动编号自动编号长整型NOTNULLREMOTEADD下位机编号数字整型NULLINSULATION绝缘故障数字整型NULLTEMPERATURE温度故障数字整型NULLMECHANIC机械故障数字整型NULLTIME日期/时间日期/时间NULL35主要模块程序流图程序流程图是程序分析中最基本、最重要的分析技术，它是进行流程程序分析过程中最基本的工具。流程程序图运用工序图示符号对生产现场的整个制造程序做详细的记录，以便对零部件、产品在整个制造程序中的操作、搬运、检验、储存、等待作详细的研究与分析，特别是用于分析其搬运距离和等待、储存等“隐藏成本”的浪费。由于在线监测软件系统涉及的算法不多，下面主要介绍温度监测模块和绝缘监测这两个模块的程序流程图。温度监测模块程序流程图如图33所示，绝缘监测模块程序流程图如34所示。图33温度状态监测程序流程图单相温度数据温度是否大于温度阈值YN不报警看历史数据,最近5次数据是否增加Y不报警N看A、B、C三相数据差异是否大YN报警，单相故障报警，载荷大西安交通大学本科毕业设计（论文）16图34绝缘状态监测程序流程图34界面设计系统界面风格基本一致，本着方便用户宗旨，在页面的设计上趋向于人性化，易于操作1）界面清晰明了、协调一致，同样功能用同样的图形；2）有清楚的错误提示，误操作后，系统提供有针对性的提示；3）使用用户的语言，而非技术的语言；4）方便退出，随时转移界面，很容易从一个界面跳到另外一个界面；5）界面清晰明了、协调一致，同样功能用同样的图形；6）让用户知道自己当前的位置，使其做出下一步行动的决定。341系统登录界面设计登录界面是软件系统中最简单的一个界面，一般地，只需包含两个交互元素用名和密码；但是也是很重要的一个界面，这是用户使用软件的第一个步骤，接触的第一个功能。因此，设计一个交互友好，功能简洁、方便的登录界面是一项很重要的开发工作。登录界面包括如下几个功能1）界户输入账号和密码，系统进行判断，正确则允许用户进入监测系统；2）提示输入用户名或密码为空；3）提示输入用户名和密码错误；单相绝缘数据泄露电流是否大于温度阈值YN不报警看历史数据,最近5次数据是否增加Y不报警N看A、B、C三相数据差异是否大YN报警，单相故障报警，该除湿3系统设计174）将正确的用户名和密码存入数据库中；5）记住正确的用户名和密码。系统登录界面FORM1设计如图35所示。图35登陆界面342系统主界面设计系统主界面实现开关柜状态数据的显示功能，并且附加有开关柜监测参数阈值设置和历史数据查询打印功能。主界面窗体FORM2如图36所示。图36主界面窗体西安交通大学本科毕业设计（论文）18温度和绝缘状态监测模块采用下位机实时上传数据到上位机并显示的方式，本系统用图形和数据两种方式显示所得的下位机上传的数据，设计界面如图37所示。图37温度状态监测显示界面绝缘监测显示界面和温度监测显示界面基本相同，这里不再赘述。机械状态监测显示采用上位机手动请求，下位机上传数据的方式。采用图形显示上传的脱扣电流数据和位移数据，界面设计如图38所示。图38机械状态监测显示界面参数设置界面主要是让用户设置开关柜监测的各种状态参数的阈值，上位机自动3系统设计19判断当前的开关柜状态时正常还是故障。参数设置界面如图39所示。图39参数设置界面历史数据查询和打印功能主要是让用户可以查询以往开关柜的状态数据，并通过报表的形式显示出来，这些功能都安置在菜单栏里，如下图310所示。图310生成报表选项343报表显示界面设计CRYSTALREPORTS2008是一个功能强大、动态和可操作的报表解决方案，它将帮助你通过网络设计、开发、可视化及发布报表，或嵌入到企业应用之中。有了它，最终用户将能够利用光彩夺目的可视化功能使用报表，进行ONREPORT的业务建模，并且从报表自身迅速执行决策，从而减少了对IT和开发人员的依赖性。版本号CRYSTALREPORTS2008版本名CRYSTALREPORTS2008只提供一种版本，其功能相当于以前的DEVELOPEREDITION。CRYSTALREPORTS2008VISUALADVANTAGE是CRYSTALREPORTS2008和XCELSIUSENGAGE2008的软件捆绑包。西安交通大学本科毕业设计（论文）20数据源可连接至关系数据库、OLAP、WEB服务、XML、旧版数据源和企业数据源的本机、ODBC、OLEDB和JDBC；以及新的SALESFORCE驱动程序。许可模式按指定用户提供许可语言英语、法语、德语、意大利语、西班牙语、葡萄牙语（巴西）、荷兰语、瑞典语、俄语、简体中文、繁体中文、日语和朝鲜语。本系统数据报表主要用CRYSTALREPORTS2008来设计生成，报表格式设计如图311所示。图311设计的温度报表显示格式编译后，生成的温度数据报表界面，软件可以支持预览和打印功能，如图312所示。图312生成的温度数据报表温度和绝缘数据报表显示基本一样，这里不再赘述。机械数据采用图形和数据报表两种格式，设计界面如图313所示。3系统设计21图313历史机械状态查询设计界面程序编译以后，运行生成的机械图形及数据报表如下列图形所示。图314生成的机械数据图形报表西安交通大学本科毕业设计（论文）22图315机械曲线打印预览图316生成的位移数据报表3系统设计23图317生成的电流数据报表35通信协议的实现根据监测系统大数据量和即时性的要求，本系统中采用在工业现场中广泛使用的RS485总线。该总线为串行总线，具有很高的通信可靠性。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS485串行总线标准。RS485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200MV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。本软件系统采用RS485总线来实现通信协议。351在线监测系统的数据为了保证系统传输的精度和通信时数据转换的方便性，本系统在通信时采用把每一位十进制数据转换为一个字节，且每个参数用四个字节表示的格式。其中第一个字节只用低四位表示最高位的十进制数据，该字节的高四位用来表示该参数的小数点位置。此外，系统还需要传输故障信息。每个故障信息采用两个字节表示，如果两个字节之和大于零则表示发生了相应故障，否则，系统正常。12KV开关柜在线监测系统需要传输以下数据（1）触头盒泄漏电流共6个通道；（2）位移、电流数据数据量根据采样点数确定；（3）机械数据包括触头行程、平均速度、固有分合闸时间、分合闸状态等参数。在以上数据中，泄漏电流、位移、电流参数形式比较单一，只是在其参数后面加上西安交通大学本科毕业设计（论文）24故障标识即可。机械参数和参数设置的格式比较复杂，因此单独列表说明。表31212KV开关柜在线监测系统的机械参数字节序号数据备注0保留1保留25开距/DISTANCE12字节高四位为小数点信息。数据计算为（U12低四位1000U13100U1410U15）/10小数点69固有周期/INHERITTIME同上1013平均速度/AVERAGESPEED同上1417T1同上1821T112字节高四位为小数点信息。数据计算为（U12低四位1000U13100U1410U15）/10小数点2225T2同上2629T2同上3033T3同上3437保留3841开合状态/MACONOFF计算方法同上。计算结果为0，则为合闸状态，否则为分闸状态。4243是否有故障两个字节的和大于零则存在故障，否则没有故障。36RS485总线通信协议的实现361IEC608705103规约电力设备的通信通常采用不同的规约，其中使用最广泛的是IEC608705103，许多继电保护设备的通信模块都是采用这个规约设计制造的。IEC608705103是国际电工委员会第57技术委员会（电力系统控制及其通信）指定的。90年代以来，为适应电力系统的需要，国际电工委员会制订了一系列通信规约，其中一篇规定了远动设备及系统的基本应用功能，即IEC6087055规约。后来，为了在兼容设备之间实现互换，国际电工委员会又在IEC6087055的基础上制订了一系列配套标准，其中的IEC608705103（以下简称103规约）是继电保护设备信息接口标准。该规约同时也由中国国家经济贸易委员会通过为DL/T6671999标准37。103规约适用于具有编码的位串行数据传输的继电保护设备（或间隔单元）和控制3系统设计25系统（通信链路的主站）之间的信息交换。从而使得变电站内一个控制系统的不同设备之间实现信息互换。103规约采用基于物理层、链路层、应用层三层参考模型的规约结构。物理层采用提供二进制对称和无记忆传输的光纤系统或基于铜线的系统。链路层由一系列使用明确的链路规约控制信息的传输过程组成，并且采用能保证所需的数据完整性、效率以及方便传输的帧格式的选集。应用层包含在源和目的之间传送的应用服务数据单元。103规约是问答式规约，子站任何时候都不能主动发送数据，而只能等待主站的数据召唤。103规约包括兼容范围和专用范围，兼容范围是全部制造厂都采用的数据标准，专用范围是制造厂为了应用而各自定义的范围。其中，在兼容范围中有一部分为通用服务标准。对于那些已经生产的设备，在硬件方面改动比较困难，且很难使用兼容范围中的通用服务时，可以使用专用范围来定义相关通信。对于新的设备，如果兼容范围无法满足要求，则必须采用通用服务来实现。103规约中有两种通信帧格式，即固定帧长帧和可变帧长帧两种。其中固定帧长帧实现复位、召唤、请求链路状态、确认、忙、和链路响应等功能。可变帧长实现数据响应等功能。表313是固定帧长的帧格式，表314是可变帧长的帧格式。表313固定帧长帧启动字符（10H）控制域（C）地址域（A）帧校验和（CS）结束字符（16H）表314可变帧长帧格式启动字符（68H）长度（L）长度（L，重复）启动字符（68H）控制域（C）地址域（A）链路用户数据（可变长度）帧校验和（CS）结束字符（16H）对于以上两种帧格式，有以下说明1）每个字节包括一个启动位，八个信息位，一个偶校验位和一个停止位共十一位；2）长度L指控制域、地址域、链路用户数据区的字节数之和，为二进制数据；3）帧校验和是控制域、地址域和链路用户数据区的所有字节的算术和（不考虑溢西安交通大学本科毕业设计（论文）26出位）；4）接收数据时应检验每个字节的启动、停止和偶校验位；校验启动字符，两个L值应一致，接收字符数应为L6；校验帧校验和和结束字符。如果以上有一个出错，则舍弃此帧数据。在以上两种帧格式中控制域均只有一个字节，它们的含义是一样的。控制域主要表明数据传输方向、确保数据可靠发送、表明有数据待发送、从站可以接收数据和该帧数据的功能等。表315是控制域中每一位对应的含义。表315控制域的定义位765430含义保留启动报文位PRM帧计数位FCB要求访问位ACD帧计数有效位FCV数据流控制位DFC功能码362RS485总线通信协议的制定GIS在线监测系统是一种新型产品，103规约的兼容范围无法满足GIS在线