创新设计论文

1、课程名称： 创新性实践报告名称： 基于LABVIEW电网络动态监控系统专业名称： 自 动 化班 级： 090443小组成员：刘斌、刘文文、卢鹏飞、万江、唐浩、唐胜指导老师: 彭元修 二O一二 年 十 月 十二 日摘 要本文以虚拟仪器和一个直升机电源系统的开发项目为基础，设计了基于直升机电源系统的电网络模型与虚拟仪器技术相融合的动态监控界面。本文设计的内容属于电网络试验监控系统的一部分，监控对象主要包括直流电源采集、交流电源和地面电源等系统的电源参数、故障和状态。本文以图形化编程软件LabVIEW为开发平台，完成监控界面的设计。为使监控人员更直观的监测到电源系统的工作状态，本文设计的监控界面运用

2、一种更生动形象的表述，以动画的方式将庞大的电网络分布显示到监测机上，而且故障状态部分也采用动态显示，故障信息会在界面下方滚动显示。确保动画效果的同时也要确保该系统能根据采集到的信号实时地控制电路的工作状态，使得该监控界面随采集到的信号的变换而不断改变。本文设计内容主要是数据采集部分，但数据通信部分也可以通信以便应用于整个电网络试验监控系统。本文是应用ADLINK-9114采集卡采集给定数据，通过labview软件程序进行显示。为了更形象的显示监控结果，设计一个点阵显示屏显示的通道使得电路始终以固定大小显示在屏幕左上角。该监控界面通过各项测试，具有良好的稳定性和安全性，实现了对电源系统的监控和保

3、护。关键词：电网络模型 动态监控 LabVIEW 动画 实时指导老师签名：目 录 1 引言11.1 课题背景11.1 .1研究目的11.1.2 研究意义21.2 主要研究内容52硬件设计62.1 开发平台LabVIEW62.2 电网络模型82.2.1 交流电源系统92.2.2 直流电源系统102.2.3 电网络模型接口定义102.2.4 显示信号统计132.3 LabVIEW中动画的实现143软件设计163.1电路图处理173.1.1 LabVIEW建立仿真电路图173.1.2 电网络模型参数223.1.3 逻辑关系243.1.4 电路图的动画显示283.2 点阵显示303.3 故障报警333

4、.4 主界面设计354 电网络动态监控系统实例演示395 结论41参考文献42心得体会431引言1.1研究目的 本课题的选题依据源于一个直升机电源系统的开发项目，对电网络模型的动态监控就属于项目中很重要的一部分。电网络中各电机的工作状态都直接影响直升机的飞行安全，因此对电网络的监控是必不可少的。并且随着工业生产的进步，在更讲究系统效率、可靠性和经济性的生产模式下，传统意义上的监控已经越来越满足不了了，所以基于PC机的监控系统成为必然，确保安全、可靠性的同时节省资源。本文在研究虚拟仪器及电网络模型的基础上，运用LabView对电网络模型监控界面进行研发，最终形成一种基于LabVIEW的动态监控界

5、面设计方案。此监控界面以动画方式显现，有处理数据类型多、良好的实时性、界面人性化等特点。1.2 研究意义传统意义上的监控一般建立在近距离条件下，即近距离监控，这种方式要求配备一定的维护人员进行，花费大量的人力、物力和财力，而且随着工业生产规模的不断扩大，传统的监控已经越来越不能适应现代化经济的发展，因此，一种成本低、低功耗、界面简单容易操作的电网络监控系统势在必行。而这种实时监控系统的广泛应用，也会在很大程度上促进现代生产技术的进一步研究，对于相关工业的发展具有非常重要的意义。1.3 主要研究内容1.熟悉LabVIEW软件的操作。2.对直升机电源系统进行学习，了解电网络模型工作状态。3.实现基

6、于LabVIEW的电网络模型动态监控系统设计，并且保证监控界面的动画效果。4. 采集数据显示与电网络信号一一对应，随信号的改变发生相应变化。2 电网络动态监控系统数据采集部分的硬件设计2.1采集卡的慨念和特点2.2采集卡的引脚简介2.3采集开的频道设置2.4模拟给定电压仪器简介3 电网络动态监控系统数据采集部分的软件设计3.1 虚拟仪器LabVIEW 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市

7、场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。3.1.1 虚拟仪器的优势（1）虚拟仪器用户可以才艮据自己的需要灵活地定义仪器的功能，通过不同功能模块的组合可构成多种仪器，而不必受限于仪器厂商提供的特定功能。 （2）虚拟仪器将所有的仪器控制信息均集中在软件模块中，可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程。这种对关键部分的转移进一步增加了虚拟仪器的灵活性。 （3）由于虚拟仪器关键在于软件，硬件的局限性较小，因此与其他仪器设各连接比较容

8、埸实现。而且虚拟仪器可以方便地与网络、外设及其他应用连接，还可利用网络进行多用户数据共享。 （4）虚拟仪器可实时、直接地对数据进行编辑，也可通过计算机总线将数据传输到存储器或打印机。这样做一方面解决了数据的传输问题，一方面充分利用了计算机的存储能力，从而使虚拟仪器具有几乎无限的数据记录容量。 （5）虚拟仪器利用计算机强大的图形用户界面（GUI），用计算机直接读数。根据工程的实际需要，使用人员可以通过软件编程或采用现有分析软件，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理。 （6）虚拟仪器价格低，而且其基于软件的体系结构还大大节省了开发和维护费用。3.1.2 LABVIEW程序的一般设计过程（1）

9、创建前面板 根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能来设计前面板主要用于输入量的设置和输出量的显示，它模拟了真实仪表的面板，包括旋钮、开关、按钮、图表、图形。用户使用虚拟仪器时所观察到的就是前面板，并在前面板中执行对仪器的操作。（2）框图程序的设计 用图形编程语言编写，包括以图标表示的控件端口、函数、子VI，以及它们之间的连线，可以把框图程序理解成传统程序的源代码。（3）程序的调试 可以选择运行和连续运行两种方法来运行程序，通过调试能检验程序是否正常，若不正常会显示错误列表，能找到相应错误之处。点击调试工具中的高亮显示能显示数据流动的方向及先后顺序，还有单步运行、设置断点、设置探针等3

10、.2 电网络模型 电网络试验监控系统计算机对直XX型机电源系统的监控，主要包括对直流电源、交流电源和地面电源灯系统的电源参数、故障和状态的检测。电网络试验监控系统是直升机电源系统地面模拟试验模型（以下简称电网络模型）的组成部分。采用计算机软件建立电源系统主电路模型，实现对直升机交流、直流电源系统地面模拟试验中电网络工作状态、电网络试验电压、电流、转速等参数的检测、故障和告警信号的监控与显示。通过串行通信接口与BPCU、GCU等进行通讯，检测BPCU、GCU发送的通信信息和数据，实现对电源系统工作状态的监视和主要工作参数的检测。本文设计的监控界面属于整个电网络试验监控系统的一部分，主要工作内容就

11、是将电源系统主电路以动画方式显示，并根据采集到的电网络工作状态、电压、电流等参数，实时地改变电路的状态。本文设计内容不含数据采集部分，但会预留一个端口以便应用于整个电网络试验监控系统。以下内容将对电网络模型的交流电源系统和直流电源系统进行分析，并且说明电网络试验监控系统的参数及显示器显示信号，电网络模型中术语和缩略词对照见表2.1。表2.1 术语和缩略词DG直流发电机AG交流发电机WP直流汇流条WX交流汇流条3.2.1交流电源系统基于直升机电源系统的电网络模型由直流电源系统和交流电源系统组成，交流电源系统组成如图2.1所示。交流电源系统由1号、2号两台交流发电机和地面交流电源共同提供电源，其中

12、任何一个作为电源都能为交流汇流条WX1和WX2提供电流。连接交流汇流条WX3和WX4的继电器处于常闭状态，持续给WX3和WX4供电。WX1通过单相变压器转换为26V的交流电输入WX6，同时WX1输入给WX5，WX5、WX6共同作为应急电源通过单相静止变流器输出25A的直流电给直流汇流条WP2。 交流电源系统3.2.2 直流电源系统电网络模型的直流电源系统如图2.2所示。直流电源系统由1号、2号、3号三台直流发电机和地面直流电源提供电源，其中任一作为电源都能输入电流至直流汇流条WP1。汇流条WP1输入电流至WP2WP5，并且通过继电器输入电流至WP8，随之点亮汇流条WP9和WP10。1号和2号蓄

13、电池分别持续给WP6和WP7供电，另外当WP1不输入电流至WP8时，蓄电池可通过继电器给WP8供电。直流电源系统3.2.3 电源系统工作状态信息检测及接口定义电源系统工作状态信息由电网络模型提供，共计15个开关量见表2.4。检测信号连接器型号：插座JY277466T17E26PA，插头JY27467T17E266SA。表2.4 电源系统工作状态信息及接口序号连接器针脚号名称代号特性显示形式1A1号直流发电机入网/退网12D1地/开信号指示灯暗绿/亮红2B2号直流发电机入网/退网12D2地/开信号指示灯暗绿/亮红3C3号直流发电机入网/退网12D3地/开信号指示灯暗绿/亮红4D1#蓄电池入网/退

14、网15D1地/开信号指示灯暗绿/亮红5E2#蓄电池入网/退网15D2地/开信号指示灯暗绿/亮红6F直流汇流条入网/退网13D2地/开信号指示灯暗绿/亮红7G地面直流电源入网/退网13D1地/开信号指示灯暗绿/亮红8H1#直流卸载地/开信号指示灯暗绿/亮红9J2#直流卸载地/开信号指示灯暗绿/亮红10K1号交流发电机入网/退网63D1地/开信号指示灯暗绿/亮红11L2号交流发电机入网/退网63D2地/开信号指示灯暗绿/亮红12M应急电源继电器入网/退网77D地/开信号指示灯暗绿/亮红13N地面交流电源入网/退网72D地/开信号指示灯暗绿/亮红14P1#交流卸载66D1地/开信号指示灯暗绿/亮红1

15、5R2#交流卸载66D2地/开信号指示灯暗绿/亮红16S信号地/开信号17T备用地/开信号18U备用地/开信号19V备用地/开信号20W备用地/开信号21X备用27V/开信号22Y备用27V/开信号23Z备用27V/开信号24a备用27V/开信号25b备用27V/开信号26c备用27V/开信号3.3 LabVIEW中动画的实现1、借助外边代码实现动画。（涉及外部代码，实现较为繁琐）由FLASH软件制作电路动画效果，利用LabVIEW中ActiveX控件嵌入FLASH。LabVIEW编程使得界面显示随采集的信号实时变化，如图一所示。2、直接利用LabVIEW的相关控件功能来制作动画电路。（实现较

16、为简单，但动画制作受控件本身的限制，尤其是位置控制颇为不便）1）通过控制控件的某个元件做周期性的位置变化来实现。2）利用控件的属性节点，通过周期性改变控件的位置、尺寸、颜色等属性实现动画效果。3）利用Pict Ring控件实现图片播放器的功能。Pict Ring控件可保存一图片序列，而只显示当前图片。合理的设置循环结构，可方便的完成多帧图片的连续播放并可动态的改变图片播放的频率。4 电网络动态监控数据采集界面的实现在整个监控界面设计的过程主要分为三部分，首先完成直流和交流电路图的处理，这其中包括直流和交流电网络模型原理图的仿真图形的显示，以及根据采集的信号控制电路中的逻辑关系，这两者共同构成电

17、路图的动画显示；其次在点阵上动画显示电网络模型原理图，要求电路的显示必须以固定大小显示在屏幕左上角；然后是故障信息的显示，根据故障信号实时的在监控界面下方滚动显示故障信息；最后是主界面的设计，主界面中用选项卡分别显示电源系统工作状态、交流电源系统参数和直流电源系统参数，交流和直流电源系统参数中包含参数和电路图的显示，并且主界面中设置点阵显示通道。整个界面设计的组成如图3.1所示。监控界面电路图处理点阵显示LabVIEW中的仿真图电路的逻辑关系左上角显示固定大小电网络模型参数故障显示图4.1监控界面组成4.1 LabVIEW建立仿真电路图LabVIEW中仿真图的建立是动画显示的主体部分，动画显示

18、实质就是LabVIEW前面板中电路图的显示，要设计出效果良好的动画效果，必须充分利用LabVIEW中各控件的属性，找出适合替代电网络模型中各部件的控件。本文设计的仿真电路用方形指示灯表示汇流条、地面电源、蓄电池、单相变压器和单相静止变流器，发电机采用自定义控件，添加GIF图片显示电机转动的效果。电路连线采用滑动杆代替，当电路有电流时滑动杆以另一种颜色填充。开关采用自定义控件，根据控件值的真假，分别显示开关断开和闭合的状态。为方便整个程序框图LabVIEW中仿真图的建立是动画显示的主体部分，动画显示实质就是LabVIEW前面板中电路图的显示，要设计出效果良好的动画效果，必须充分利用LabVIEW

19、中各控件的属性，找出适合替代电网络模型中各部件的控件。本文设计的仿真电路用方形指示灯表示汇流条、地面电源、蓄电池、单相变压器和单相静止变流器，发电机采用自定义控件，添加GIF图片显示电机转动的效果。电路连线采用滑动杆代替，当电路有电流时滑动杆以另一种颜色填充。开关采用自定义控件，根据控件值的真假，分别显示开关断开和闭合的状态。为方便整个程序框图的管理，将表示整个电路的控件放置于一个簇中表示一个有机整体。仿真图的建立步骤如下：（1） 簇的创建为了便于引用，需将表示电路部件的不同类型的数据组成一个有机整体，因此创建簇很有必要。簇位于控件选项板中“新式”显示风格下的“数组、矩阵与簇”子选项板中，找到簇的图标后，单击左键选择并将其拖拽到前面板适当位置，如图4.2所示。（2）根据电网络模型接口定义，汇流条、地面电源、蓄电池、单相变压器和单相静止变流器的显示方式都是检测有电压则电路图形显示亮，因此可用指示灯代替这些部件。右键指示灯改变其属性调整大小、颜色并放置在与原理图匹配的位置。各部件工作状态显示绿色，不工作时显示蓝色。设置过程如图4.3。图4.2前面板创建簇图4.3布尔属性的设置（3）电路连线为了使电路工作状态更明显，电路连线在有电和无电的状态下要呈现不同的状态，当电路有电