譚立志，蔣松云

（株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

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(yùn)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(shí)發(fā)現(xiàn)并妥善處理電力電纜的溫度升高情況，往往會(huì)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(yùn)行，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。所以及時(shí)準(zhǔn)確掌握電力電纜運(yùn)行狀態(tài)的長短期變化，對維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)對電纜及電纜接頭連續(xù)進(jìn)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(shí)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(tái)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(shí)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(jìn)行分析、存儲(chǔ)等處理，根據(jù)數(shù)據(jù)幀內(nèi)容確定測點(diǎn)的位置，得出各測點(diǎn)溫度變化趨勢曲線，并根據(jù)不同設(shè)定告警值進(jìn)行分級(jí)報(bào)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。

圖1 基于Delphi 7.0的電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1編程語言的選擇

Boland公司開發(fā)的Delphi 7.0軟件，是當(dāng)前應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)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(qiáng)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(jì)

后臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)能夠顯示整個(gè)廠區(qū)中監(jiān)測電纜分布情況，并顯示測點(diǎn)部位、實(shí)時(shí)溫度值電纜名稱及分布位置。當(dāng)電纜發(fā)生過熱故障時(shí)，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(zhǔn)確部位，因而能有效指導(dǎo)檢修工作。同時(shí)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(diǎn)的溫度趨勢變化情況，提前預(yù)警電纜的故障點(diǎn)。

后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由身份驗(yàn)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(hù)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。

圖2 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3軟件功能模塊設(shè)計(jì)

2.3.1 身份驗(yàn)證及系統(tǒng)初始化

使用身份驗(yàn)證模塊可以防止非專業(yè)工作人員對軟件進(jìn)行不恰當(dāng)?shù)牟僮鲗?dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。身份驗(yàn)證模塊界面由兩個(gè)Edit控件、界面修飾用控件和兩個(gè)按鈕控件組成。啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，身份驗(yàn)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(gè)Edit控件由用戶輸入進(jìn)入系統(tǒng)的口令，用戶口令輸入后，在用戶信息表中進(jìn)行用戶驗(yàn)證，若正確則進(jìn)入系統(tǒng)初始化，同時(shí)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(dòng)退出，并釋放所占用的系統(tǒng)資源。

身份驗(yàn)證通過后，系統(tǒng)進(jìn)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(yàn)證通過后，從本地的用戶ID文件中提取出系統(tǒng)各項(xiàng)功能所對應(yīng)的數(shù)值，同時(shí)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(diǎn)參數(shù)管理、報(bào)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。

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理具體結(jié)構(gòu)圖

2.3.3 在線監(jiān)測管理

在線監(jiān)測管理模塊監(jiān)測電纜各監(jiān)測點(diǎn)的溫度值、實(shí)時(shí)采集各溫度，并顯示出來，對各監(jiān)測值進(jìn)行計(jì)算，確定是否超標(biāo)，同時(shí)采集并顯示出該時(shí)刻的電纜功率數(shù)據(jù)。在線或離線狀態(tài)下查看尚未處理的報(bào)警信息，并可輸入處理意見和記錄。

在線監(jiān)測管理模塊主要包括開始監(jiān)測模塊、在線報(bào)警及處理模塊，停止監(jiān)測模塊，其主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 在線監(jiān)測管理模塊結(jié)構(gòu)

開始監(jiān)測模塊的處理邏輯是：進(jìn)入在線監(jiān)測模塊后，用戶點(diǎn)擊主菜單中的“開始監(jiān)測”菜單項(xiàng)，或點(diǎn)擊主窗體中的快捷按鈕，進(jìn)入開始監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊啟動(dòng)采集進(jìn)程，從內(nèi)存讀取各監(jiān)測點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，超標(biāo)則將有關(guān)信息記入報(bào)警信息表，同時(shí)在主窗體中醒目的標(biāo)識(shí)出當(dāng)前有超標(biāo)的信息，并給予聲音提示報(bào)警。當(dāng)用戶選擇相應(yīng)的隧道分段時(shí)，則在以柱形圖或折線圖方式顯示出各點(diǎn)的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)及報(bào)警標(biāo)識(shí)等，并可在查看數(shù)值和圖形方式之間進(jìn)行切換。

在線報(bào)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(bào)警信息，并可查詢相應(yīng)測點(diǎn)參數(shù)、可確認(rèn)全部或單條報(bào)警記錄等功能。本模塊的界面主要包括2個(gè)顯示實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警信息的DBGrid控件和1個(gè)顯示報(bào)警處理意見的DBMemo控件。在線報(bào)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(diǎn)擊主菜單中的“在線報(bào)警及處理”菜單項(xiàng)或主窗體中的快捷按鈕進(jìn)入在線報(bào)警模塊，同時(shí)顯示“在線報(bào)警及處理”窗體，DBGrid控件中顯示出現(xiàn)報(bào)警但尚未確認(rèn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)；另一DBGrid控件中顯示報(bào)警的詳細(xì)信息。在本模塊中，用戶可以通過點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，查看當(dāng)前回路的報(bào)警記錄或點(diǎn)擊“全部確認(rèn)”按鈕，確認(rèn)當(dāng)前時(shí)刻以前所有回路的尚未確認(rèn)的報(bào)警信息。同時(shí)用戶還可以打印所查看的報(bào)警信息。

停止監(jiān)測模塊主要是關(guān)閉實(shí)時(shí)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(diǎn)擊菜單中的“停止監(jiān)測”菜單項(xiàng)，系統(tǒng)會(huì)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(jìn)入系統(tǒng)時(shí)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(shí)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(bào)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(bào)警歷史資料、趨勢圖三個(gè)模塊。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 歷史數(shù)據(jù)查詢模塊結(jié)構(gòu)

溫度數(shù)據(jù)查詢模塊分別可以實(shí)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(jìn)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(jì)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(hào)、時(shí)間段、監(jiān)測點(diǎn)號(hào)和顯示所查詢的溫度。溫度數(shù)據(jù)查詢處理邏輯是當(dāng)用戶點(diǎn)擊主菜單中的“溫度數(shù)據(jù)查詢”菜單項(xiàng)，進(jìn)入本模塊，用戶選擇查詢條件后，點(diǎn)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(jìn)行查詢，在實(shí)時(shí)監(jiān)測狀態(tài)下不可用。報(bào)警歷史資料模塊的設(shè)計(jì)與溫度數(shù)據(jù)查詢模塊類似。

趨勢圖模塊提供一段時(shí)間內(nèi)電纜有關(guān)監(jiān)測點(diǎn)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(shí)現(xiàn)，其中條件選擇控件用于選擇要查看的回路號(hào)、時(shí)間段、監(jiān)測點(diǎn)號(hào)、測點(diǎn)類型；而DBChart控件用于顯示所查詢點(diǎn)的數(shù)據(jù)趨勢。趨勢圖的處理邏輯如下：用戶點(diǎn)擊主菜單中的“趨勢圖”菜單項(xiàng)，進(jìn)入本模塊，用戶選擇查看條件后，點(diǎn)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(shí)顯示4個(gè)點(diǎn)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(hù)管理

系統(tǒng)維護(hù)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(hào)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。

圖6 系統(tǒng)維護(hù)模塊結(jié)構(gòu)

更改用戶口令模塊，該模塊主要完成登錄用戶進(jìn)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(fù)責(zé)增加、改動(dòng)、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(gè)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(shí)用2個(gè)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(jì)

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(shí)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(chǔ)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(jì)

在設(shè)計(jì)電纜運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，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(diǎn)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(shí)時(shí)報(bào)警信息庫表、報(bào)警信息庫、電纜資料庫、溫度報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)庫和當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表等共12個(gè)。數(shù)據(jù)庫表的具體設(shè)計(jì)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(jì)如表1所示。

表1 用戶信息庫表UserTab

（2）測點(diǎn)參數(shù)庫表 DotParaTab

測點(diǎn)數(shù)據(jù)庫表用來管理各監(jiān)測點(diǎn)的信息，主要包括測點(diǎn)的編號(hào)、盒號(hào)、線序、順序號(hào)、測點(diǎn)詳細(xì)信息、測點(diǎn)位置、測點(diǎn)類型、隧道號(hào)及分段號(hào)等信息。表2所示為測點(diǎn)參數(shù)庫表。

表2 測點(diǎn)參數(shù)庫表DotParaTab

（3）溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表 DataXX-YY-ZZZYYYY

溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表為每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)一年一表，用來存放所有監(jiān)測點(diǎn)的溫度監(jiān)測值及監(jiān)測值的時(shí)間信息。測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用的是每個(gè)信息點(diǎn)一年一表，表名中XX-YY-ZZZ表示測點(diǎn)編號(hào)，YYYY是四位年份。溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表如表3所示。

表3 溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表DataXX-YY-ZZZYYYY

（4）隧道資料庫表 TunnelInfoTab

隧道資料庫表主要存儲(chǔ)和管理的是監(jiān)測電纜所在隧道的資料信息，主要包括隧道序號(hào)、隧道名稱、隧道長度、分段長度等信息。隧道資料庫表如表4所示。

表4 隧道資料數(shù)據(jù)庫表TunnelInfoTab

（5）隧道分段信息庫表 SegmentTab

隧道分段信息庫表如表5所示，主要管理的是隧道的分段號(hào)、隧道序號(hào)，在示意圖上的直角坐標(biāo)位置信息等。

表5 隧道分段信息庫表SegmentTab

（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(hào)、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(hào)。

表6 通信盒信息庫表BoxInfoTab

（7）實(shí)時(shí)報(bào)警信息庫表 AlarmNowTab

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)報(bào)警信息存放在實(shí)時(shí)報(bào)警信息庫表中，主要包括報(bào)警測點(diǎn)的編號(hào)、報(bào)警級(jí)別、報(bào)警日期與報(bào)警時(shí)間和報(bào)警提示信息等。表7所示為實(shí)時(shí)報(bào)警信息庫表。

表7 實(shí)時(shí)報(bào)警信息庫表AlarmNowTab

（8）歷史報(bào)警信息庫表 AlarmInfoTab

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)報(bào)警信息經(jīng)過處理后同時(shí)會(huì)保存到歷史報(bào)警信息庫表中，以便以后在維護(hù)查詢歷史數(shù)據(jù)時(shí)使用。保存的歷史報(bào)警信息主要包括報(bào)警測點(diǎn)的編號(hào)、報(bào)警級(jí)別、報(bào)警日期、報(bào)警時(shí)間和報(bào)警處理時(shí)間等信息。歷史報(bào)警信息庫表AlarmInfoTab如表8所示。

表8 歷史報(bào)警信息庫表AlarmInfoTab

（9）電纜資料庫表CableTab

電纜資料庫表存放的是電纜回路的信息，主要包括電纜回路編號(hào)、電纜回路的用途以及電纜的安裝時(shí)間等。電纜資料庫表如表9所示。

表9 電纜資料庫表CableTab

（10）溫度報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)庫表 AlarmBaseTab

溫度報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)庫表如表10所示，表中存放著測點(diǎn)類型、溫度警戒值報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)、溫度危險(xiǎn)值報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)、溫度變化率警戒值報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)和溫度變化率危險(xiǎn)值報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。

（11）當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)表NowDataTab

當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)表如表11所示，其存放的是當(dāng)前監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，包括測點(diǎn)編號(hào)、測點(diǎn)類型、溫度變化率值、溫度報(bào)警狀態(tài)、溫度變化率報(bào)警狀態(tài)、監(jiān)測時(shí)間等信息。

表10 溫度報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)庫表AlarmBaseTab

表11 當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)表NowDataTab

（12）系統(tǒng)示意圖表 SysImageTab

系統(tǒng)示意圖表存放的是監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測示意圖，如表12所示。

表12 系統(tǒng)示意圖表SysImageTab

4 軟件功能測試

為了驗(yàn)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(diǎn)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(jìn)入系統(tǒng)主界面。通過收集各個(gè)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(shí)時(shí)顯示出各個(gè)段的溫度數(shù)據(jù)。其中一組實(shí)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(diǎn)的溫度，達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期目標(biāo)。

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、可操作性強(qiáng)，為電纜運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了較為全面的采集和存儲(chǔ)，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(qiáng)大的技術(shù)指導(dǎo)。該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷功能，專業(yè)監(jiān)控人員通過電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分析能很好地掌握電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)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(bào)故障趨勢，實(shí)現(xiàn)電纜的預(yù)知維修。

圖7 實(shí)測電纜溫度圖

[1]劉英，曹曉瓏.電力電纜在線測溫及載流量的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].輸配電技術(shù)，2007（4）：11-14.

[2]于春風(fēng)，張?zhí)扉_，劉艷.基于 Delphi7.0的溫控儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[J].自動(dòng)化儀表，2007（6）：21-23.