摘 要： 針對目前電力電纜在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的不足，開發(fā)設(shè)計了一種基于Delphi 7.0電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，該軟件能實時顯示各測點的溫度情況，并對溫度異常進行報警處理。實踐表明該軟件穩(wěn)定可靠，實時性較強，實現(xiàn)了信息采集、存儲及初步分析的功能，可以有效地監(jiān)控電纜設(shè)備工作環(huán)境溫度，預(yù)防和杜絕電纜火災(zāi)事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞： Delphi 7.0；Oracle 8i；溫度監(jiān)測；電纜
在使用大型電力設(shè)備的工礦企業(yè)，往往在電纜溝中鋪設(shè)距離長、走向復(fù)雜的電力電纜。這些電力電纜長期運行在高電壓、大電流狀態(tài)下，特別容易導(dǎo)致溫度升高[1]。若不及時發(fā)現(xiàn)并妥善處理電力電纜的溫度升高情況，往往會引起電纜接頭炸裂及自燃等現(xiàn)象[2]，從而引起電纜火災(zāi)，危及電力電纜的安全運行，造成重大的經(jīng)濟損失。所以及時準確掌握電力電纜運行狀態(tài)的長短期變化，對維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。為了從源頭上預(yù)防和消除電力電纜火災(zāi)事故的發(fā)生，改變現(xiàn)有電纜運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，構(gòu)建了基于Delphi 7.0的電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對電纜及電纜接頭連續(xù)進行溫度監(jiān)測，通過專有的分析算法能夠提前確定電纜的早期故障，實現(xiàn)電纜故障的早期預(yù)測。
1 系統(tǒng)組成
基于Delphi 7.0的電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)主要由M-BUS溫度傳感器單元、數(shù)據(jù)采集單元、CAN總線網(wǎng)絡(luò)、后臺監(jiān)測系統(tǒng)四部分組成。數(shù)字溫度傳感器單元檢測出電纜的實際溫度值，通過歐洲儀表總線M-BUS將溫度數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元將溫度值采集后按TCP/IP協(xié)議打包通過光纖上傳給監(jiān)測工作站，監(jiān)測系統(tǒng)對采集到的溫度等信息數(shù)據(jù)進行分析、存儲等處理，根據(jù)數(shù)據(jù)幀內(nèi)容確定測點的位置，得出各測點溫度變化趨勢曲線，并根據(jù)不同設(shè)定告警值進行分級報警。監(jiān)測系統(tǒng)把從采集單元傳送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)存入Oracle數(shù)據(jù)庫中。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.1 編程語言的選擇
Boland公司開發(fā)的Delphi 7.0軟件，是當前應(yīng)用于工業(yè)自動化控制和數(shù)據(jù)庫開發(fā)的一款非常出色的軟件，它具有簡單易操作的可視化編程界面，豐富的控件資源以及強大的類庫。本軟件采用Delphi 7.0，開發(fā)中應(yīng)用的第三方控件有ODAC4.0和Oratoolsadd，數(shù)據(jù)庫SQL開發(fā)采用PL/SQL Developer 7.0。
2.2 軟件總體設(shè)計
后臺監(jiān)視系統(tǒng)能夠顯示整個廠區(qū)中監(jiān)測電纜分布情況，并顯示測點部位、實時溫度值電纜名稱及分布位置。當電纜發(fā)生過熱故障時，屏幕上顯示發(fā)生故障的部位，這樣系統(tǒng)才能指示出故障發(fā)生的準確部位，因而能有效指導(dǎo)檢修工作。同時監(jiān)測系統(tǒng)可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化提前預(yù)測電纜過熱故障，并根據(jù)所監(jiān)測點的溫度趨勢變化情況，提前預(yù)警電纜的故障點。
后臺監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由身份驗證及系統(tǒng)初始化、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、在線監(jiān)測管理、歷史數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護管理和系統(tǒng)幫助六大部分組成。其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.3 軟件功能模塊設(shè)計
2.3.1 身份驗證及系統(tǒng)初始化
使用身份驗證模塊可以防止非專業(yè)工作人員對軟件進行不恰當?shù)牟僮鲗?dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。身份驗證模塊界面由兩個Edit控件、界面修飾用控件和兩個按鈕控件組成。啟動系統(tǒng)時，身份驗證模塊從注冊表中提取出用戶名，并在Edit控件中顯示出來；另一個Edit控件由用戶輸入進入系統(tǒng)的口令，用戶口令輸入后，在用戶信息表中進行用戶驗證，若正確則進入系統(tǒng)初始化，同時把用戶信息保存到注冊表中，否則用戶重新輸入口令。如果連續(xù)三次輸入不正確口令，則系統(tǒng)自動退出，并釋放所占用的系統(tǒng)資源。
身份驗證通過后，系統(tǒng)進行初始化，生成系統(tǒng)初始化主界面。主界面主要包括功能主菜單、主要功能快捷鍵按鈕、顯示各隧道的電纜回路名稱的TreeView控件，顯示對應(yīng)電纜回路示意圖的Picture控件。系統(tǒng)初始化模塊在身份驗證通過后，從本地的用戶ID文件中提取出系統(tǒng)各項功能所對應(yīng)的數(shù)值，同時將各數(shù)值分別賦予全局變量，判斷是否有服務(wù)器發(fā)給該用戶的信息，有則根據(jù)該信息生成新的示意圖文件，生成系統(tǒng)主界面。
2.3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊包括隧道資料管理、測點參數(shù)管理、報警參數(shù)管理、示意圖管理、在線電纜資料管理和數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置等模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
開始監(jiān)測模塊的處理邏輯是：進入在線監(jiān)測模塊后，用戶點擊主菜單中的“開始監(jiān)測”菜單項，或點擊主窗體中的快捷按鈕，進入開始監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊啟動采集進程，從內(nèi)存讀取各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，將各采集值與相應(yīng)的標準進行比較，超標則將有關(guān)信息記入報警信息表，同時在主窗體中醒目的標識出當前有超標的信息，并給予聲音提示報警。當用戶選擇相應(yīng)的隧道分段時，則在以柱形圖或折線圖方式顯示出各點的實時采集數(shù)據(jù)及報警標識等，并可在查看數(shù)值和圖形方式之間進行切換。
在線報警及處理模塊主要功能是在線或離線狀態(tài)下查看尚未處理的報警信息，并可查詢相應(yīng)測點參數(shù)、可確認全部或單條報警記錄等功能。本模塊的界面主要包括2個顯示實際監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警信息的DBGrid控件和1個顯示報警處理意見的DBMemo控件。在線報警及處理模塊處理邏輯是在數(shù)據(jù)采集監(jiān)測狀態(tài)下，用戶點擊主菜單中的“在線報警及處理”菜單項或主窗體中的快捷按鈕進入在線報警模塊，同時顯示“在線報警及處理”窗體，DBGrid控件中顯示出現(xiàn)報警但尚未確認的監(jiān)測數(shù)據(jù)；另一DBGrid控件中顯示報警的詳細信息。在本模塊中，用戶可以通過點擊“確認”按鈕，查看當前回路的報警記錄或點擊“全部確認”按鈕，確認當前時刻以前所有回路的尚未確認的報警信息。同時用戶還可以打印所查看的報警信息。
停止監(jiān)測模塊主要是關(guān)閉實時監(jiān)測功能，釋放有關(guān)的內(nèi)存空間。其處理邏輯是：用戶點擊菜單中的“停止監(jiān)測”菜單項，系統(tǒng)會關(guān)閉所有已打開的數(shù)據(jù)表及有關(guān)文件，釋放占用的內(nèi)存空間，主窗體恢復(fù)至進入系統(tǒng)時的狀態(tài)。
2.3.4 歷史數(shù)據(jù)查詢
歷史數(shù)據(jù)查詢模塊可以實現(xiàn)在離線狀態(tài)下查詢有關(guān)的溫度數(shù)據(jù)和趨勢圖；查詢報警的歷史資料及處理情況，主要包括歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警歷史資料、趨勢圖三個模塊。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。
溫度數(shù)據(jù)查詢模塊分別可以實現(xiàn)在離線狀態(tài)下查詢有關(guān)的溫度數(shù)據(jù)，并可由此模塊進入溫度趨勢圖模塊，在該模塊下具有打印功能。溫度信息查詢模塊主界面的設(shè)計都是利用查詢條件來選擇控件和DBGrid控件，分別用于選擇查詢的回路號、時間段、監(jiān)測點號和顯示所查詢的溫度。溫度數(shù)據(jù)查詢處理邏輯是當用戶點擊主菜單中的“溫度數(shù)據(jù)查詢”菜單項，進入本模塊，用戶選擇查詢條件后，點擊“查詢”按鈕則DBGrid控件顯示滿足條件的所有溫度數(shù)據(jù)，本模塊只能在離線狀態(tài)下進行查詢，在實時監(jiān)測狀態(tài)下不可用。報警歷史資料模塊的設(shè)計與溫度數(shù)據(jù)查詢模塊類似。
趨勢圖模塊提供一段時間內(nèi)電纜有關(guān)監(jiān)測點的溫度變化趨勢以及隨系統(tǒng)功率變化的溫度趨勢，有圖片另存為、打印等功能。趨勢圖模塊界面利用條件選擇控件和DBChart控件來實現(xiàn)，其中條件選擇控件用于選擇要查看的回路號、時間段、監(jiān)測點號、測點類型；而DBChart控件用于顯示所查詢點的數(shù)據(jù)趨勢。趨勢圖的處理邏輯如下：用戶點擊主菜單中的“趨勢圖”菜單項，進入本模塊，用戶選擇查看條件后，點擊“確定”按鈕，則DBCart控件顯示滿足條件的數(shù)據(jù)走勢圖，一次可同時顯示4個點的趨勢圖，本模塊僅用于查看離線狀態(tài)的數(shù)據(jù)趨勢。
2.3.5 系統(tǒng)維護管理
系統(tǒng)維護管理模塊包括更改用戶口令模塊、系統(tǒng)管理模塊及退出系統(tǒng)模塊，主要包括用戶賬號和用戶口令的更改，用戶權(quán)限的更改設(shè)置等其主要結(jié)構(gòu)如圖6所示。
更改用戶口令模塊，該模塊主要完成登錄用戶進入系統(tǒng)的口令更改。系統(tǒng)用戶管理模塊由本系統(tǒng)的管理員使用，主要負責增加、改動、刪除用戶信息及用戶權(quán)限分配等。系統(tǒng)用戶管理模塊界面主要由多個按鈕控件和用于設(shè)置、顯示用戶系統(tǒng)功能權(quán)限的DBCheckBox控件，同時用2個DBEdit控件來設(shè)置或顯示用戶所在的單位和用戶口令。
2.3.6 系統(tǒng)幫助
系統(tǒng)幫助模塊包括系統(tǒng)使用說明和關(guān)于系統(tǒng)兩部分。作為本系統(tǒng)的使用幫助、用戶手冊及對本系統(tǒng)的說明。
3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計
在Delphi的編程環(huán)境中，利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)，格式簡單整齊，查詢方便，在程序中也易于實現(xiàn)。因此本系統(tǒng)選擇Oracle 8i數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來存儲電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)。
3.1 數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型的設(shè)計
在設(shè)計電纜運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)時，需要考慮到監(jiān)測系統(tǒng)使用要求和業(yè)務(wù)邏輯，本系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫中表的結(jié)構(gòu)有用戶信息庫表、測點數(shù)據(jù)庫表、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表、隧道資料庫表、隧道分段信息庫表、通信盒信息庫表、實時報警信息庫表、報警信息庫、電纜資料庫、溫度報警標準庫和當前監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表等共12個。數(shù)據(jù)庫表的具體設(shè)計如下：
（1）用戶信息庫表UserTab
用戶信息庫表用于存放操作本系統(tǒng)的用戶信息，主要管理用戶名、用戶所在單位、用戶口令及所在功能組別等。用戶信息庫表的設(shè)計如表1所示。
（2）測點參數(shù)庫表DotParaTab
測點數(shù)據(jù)庫表用來管理各監(jiān)測點的信息，主要包括測點的編號、盒號、線序、順序號、測點詳細信息、測點位置、測點類型、隧道號及分段號等信息。表2所示為測點參數(shù)庫表。
（6）通信盒信息庫表BoxInfoTab
數(shù)據(jù)采集通信盒信息庫信息存放在如表6所示的表中。主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集通信盒號、數(shù)據(jù)采集通信盒的IP地址和數(shù)據(jù)采集通信盒的ID編址、數(shù)據(jù)采集通信盒的位置及所在的隧道序號。
（10）溫度報警標準庫表AlarmBaseTab
溫度報警標準庫表如表10所示，表中存放著測點類型、溫度警戒值報警標準、溫度危險值報警標準、溫度變化率警戒值報警標準和溫度變化率危險值報警標準。
4 軟件功能測試
為了驗證基于Delphi的電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)軟件的基本功能，首先連接好硬件設(shè)備，并在數(shù)據(jù)采集單元中配置好相關(guān)參數(shù)，然后點擊電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的快捷方式，出現(xiàn)用戶登錄界面，輸入用戶名及口令后，進入系統(tǒng)主界面。通過收集各個數(shù)據(jù)集中器的溫度，根據(jù)數(shù)據(jù)集中器的具體位置，實時顯示出各個段的溫度數(shù)據(jù)。其中一組實測電纜溫度如圖7所示。
通過測試，本電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)能正常監(jiān)測電纜監(jiān)測點的溫度，達到系統(tǒng)預(yù)期目標。
從實際應(yīng)用情況來看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)真實可靠、可操作性強，為電纜運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了較為全面的采集和存儲，并建立了長期的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和趨勢分析與預(yù)測，為電纜隧道監(jiān)控人員和故障診斷人員的電纜隧道狀態(tài)分析診斷提供了強大的技術(shù)指導(dǎo)。該系統(tǒng)已實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化傳輸和遠程監(jiān)控、遠程診斷功能，專業(yè)監(jiān)控人員通過電纜隧道運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分析能很好地掌握電纜隧道運行狀態(tài)、及時發(fā)現(xiàn)故障并指導(dǎo)檢修，系統(tǒng)能捕捉到電纜隧道的早期故障，預(yù)報故障趨勢，實現(xiàn)電纜的預(yù)知維修。
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