鄭昕

摘要：核電站交流配電裝置的電氣試驗(yàn)工作量繁重，試驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，硬件儀器操作相對(duì)不便。目前，數(shù)據(jù)主要以紙質(zhì)記錄和簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)電子版文件形式存儲(chǔ)，這導(dǎo)致在試驗(yàn)過(guò)程中存在工作效率低下、試驗(yàn)數(shù)據(jù)混亂和丟失等問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)試、試驗(yàn)、數(shù)據(jù)上傳和導(dǎo)出的一體化流程，提高交流配電裝置電氣試驗(yàn)的效率，并避免裝置故障或人為失誤造成的潛在危險(xiǎn)，文章設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了核電站交流配電調(diào)試機(jī)器人軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)提供簡(jiǎn)潔、雅觀且易于操作的圖形化界面，協(xié)助試驗(yàn)人員進(jìn)行中低壓交流配電裝置的電氣試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

關(guān)鍵詞：上位機(jī)軟件；用戶界面；串口通信；C#

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）11-0057-03

1 緒論

當(dāng)前，核電站配電裝置的電氣試驗(yàn)存在以下問(wèn)題：首先，配電裝置數(shù)量眾多，電氣試驗(yàn)工作量大且煩瑣，導(dǎo)致試驗(yàn)周期長(zhǎng)，效率低下。其次，在試驗(yàn)過(guò)程中，由于試驗(yàn)人員對(duì)試驗(yàn)方法、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)規(guī)程、試驗(yàn)接線等專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握不足，難以熟練地進(jìn)行電氣試驗(yàn)工作，進(jìn)而延長(zhǎng)了試驗(yàn)時(shí)間，降低了工作效率[1]。電氣試驗(yàn)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)對(duì)于診斷設(shè)備運(yùn)行工況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，以及構(gòu)建變電站大數(shù)據(jù)環(huán)境、推動(dòng)智能化變電站的發(fā)展具有重要意義。然而，目前大部分電力企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式或簡(jiǎn)單的電子文件存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)[2]，這容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和混亂，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)分析等高級(jí)操作，難以充分利用龐大的試驗(yàn)數(shù)據(jù)促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展[3]。引入核電站交流配電調(diào)試機(jī)器人代替工作人員進(jìn)行電氣試驗(yàn)，不僅能提高工作效率，降低操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)，還能有效保障人身安全。利用機(jī)器人簡(jiǎn)化電氣試驗(yàn)中復(fù)雜的操作步驟，可大幅提高工作效率，節(jié)省人力物力，對(duì)推動(dòng)電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)的發(fā)展具有重大意義，并能帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)采用Unity開(kāi)發(fā)界面，以提供直觀易用的操作體驗(yàn)。由于軟件系統(tǒng)需要與多種硬件儀器進(jìn)行串口通信，因此選用工控機(jī)軟件常用的編程語(yǔ)言C#來(lái)實(shí)現(xiàn)各模塊功能。軟件系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

2.2 軟件系統(tǒng)的各模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 登錄注冊(cè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

登錄注冊(cè)模塊包含登錄、注冊(cè)及錯(cuò)誤提示3部分功能。試驗(yàn)人員在軟件登錄界面輸入用戶名和密碼后，軟件系統(tǒng)獲取文本框內(nèi)容，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行匹配對(duì)比，以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)人員身份的認(rèn)證。當(dāng)試驗(yàn)人員需要注冊(cè)時(shí)，需輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)會(huì)校驗(yàn)用戶名和密碼的格式。若用戶名長(zhǎng)度超過(guò)20個(gè)字符或密碼長(zhǎng)度不足8個(gè)字符，系統(tǒng)會(huì)提示試驗(yàn)人員進(jìn)行修改。該模塊對(duì)密碼進(jìn)行了MD5加密處理，當(dāng)試驗(yàn)人員注冊(cè)時(shí)，軟件系統(tǒng)獲取密碼并通過(guò)MD5算法進(jìn)行加密，將加密后的結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)試驗(yàn)人員登錄時(shí)，軟件系統(tǒng)會(huì)首先對(duì)文本框內(nèi)的密碼進(jìn)行加密處理，然后與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的加密密碼進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證身份。上述過(guò)程確保了系統(tǒng)的安全性和用戶隱私保護(hù)。

2.2.2 控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行功能控制。試驗(yàn)人員首先選擇試驗(yàn)對(duì)象，即配電裝置類(lèi)型，包括10kV中壓柜、380V低壓柜和380V抽屜柜。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入掃碼器攝像頭界面后，試驗(yàn)人員可以選擇是否開(kāi)啟掃碼器和攝像頭。若開(kāi)啟掃碼器，試驗(yàn)人員可掃描二維碼操作票，軟件系統(tǒng)解析二維碼內(nèi)容，并根據(jù)已選擇的配電裝置類(lèi)型自動(dòng)向?qū)?yīng)的機(jī)械手下發(fā)操作指令。若開(kāi)啟攝像頭，攝像頭將識(shí)別配電裝置的二次儀表門(mén)狀態(tài)；軟件系統(tǒng)根據(jù)識(shí)別結(jié)果，并結(jié)合已選擇的配電裝置類(lèi)型，自動(dòng)向?qū)?yīng)的機(jī)械手下發(fā)操作指令。此外，試驗(yàn)人員也可以選擇跳過(guò)掃碼器攝像頭界面，直接在機(jī)械手界面選擇相應(yīng)的機(jī)械手動(dòng)作并下發(fā)指令。軟件系統(tǒng)向機(jī)械手下發(fā)指令后，第一套機(jī)械手將輔助試驗(yàn)人員打開(kāi)10kV中壓柜和380V低壓柜，而第二套機(jī)械手則輔助試驗(yàn)人員打開(kāi)380V抽屜柜?？刂颇K的流程圖如圖2所示。

機(jī)器人所搭載的掃碼器為微光互聯(lián)TX200嵌入式掃碼器。軟件系統(tǒng)與掃碼器通過(guò)USB接口進(jìn)行連接通信。掃碼器支持在PC端直接訪問(wèn)開(kāi)發(fā)，軟件系統(tǒng)調(diào)用廠家提供的32位和64位dll類(lèi)型接口動(dòng)態(tài)庫(kù)以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。進(jìn)入掃碼器攝像頭界面后，軟件系統(tǒng)會(huì)首先調(diào)用API函數(shù)獲取掃碼器單例，與掃碼器建立連接。當(dāng)試驗(yàn)人員選擇打開(kāi)掃碼器時(shí)，軟件系統(tǒng)調(diào)用API函數(shù)下發(fā)指令打開(kāi)掃碼器并等待掃碼。掃描操作票二維碼后，軟件系統(tǒng)解析出掃描結(jié)果，并根據(jù)操作票二維碼的結(jié)果向機(jī)械手下發(fā)相應(yīng)的指令。操作票二維碼會(huì)先通過(guò)廠家提供的軟件進(jìn)行設(shè)定。

機(jī)器人上搭載的攝像頭為?？低暪I(yè)相機(jī)，型號(hào)為600 萬(wàn)網(wǎng)口MV-CA060-11GM/10GC，具備1/1.8 英寸CMOS傳感器。攝像頭能夠識(shí)別配電裝置二次儀表門(mén)的正確狀態(tài)，并向軟件系統(tǒng)發(fā)送識(shí)別結(jié)果。軟件系統(tǒng)根據(jù)這些識(shí)別結(jié)果向機(jī)械手下發(fā)相應(yīng)的指令。

2.2.3 電氣試驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

對(duì)于電氣試驗(yàn)?zāi)K，本文提出以下實(shí)現(xiàn)方案：在電氣試驗(yàn)界面，試驗(yàn)人員可以選擇試驗(yàn)報(bào)告（共包含12種試驗(yàn)報(bào)告模板）。試驗(yàn)報(bào)告以類(lèi)似Word文檔的形式展示給試驗(yàn)人員，其中試驗(yàn)日期和時(shí)間由軟件系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)入，而試驗(yàn)名稱(chēng)等其他基本信息則由試驗(yàn)人員手動(dòng)輸入。在電氣試驗(yàn)界面，試驗(yàn)人員還需選擇試驗(yàn)儀器，軟件系統(tǒng)將與對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)儀器進(jìn)行串口通信，以獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)人員只需點(diǎn)擊電氣試驗(yàn)界面中試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)的文本框，試驗(yàn)數(shù)據(jù)便會(huì)按順序自動(dòng)填入這些文本框內(nèi)。

本模塊的難點(diǎn)在于如何將采用不同通信和數(shù)據(jù)傳輸方式的試驗(yàn)儀器集成到軟件系統(tǒng)中，從而為試驗(yàn)人員提供統(tǒng)一且簡(jiǎn)化的操作體驗(yàn)。例如，機(jī)器人上搭載的萬(wàn)用表，其通信方式僅需安裝相應(yīng)驅(qū)動(dòng)即可打開(kāi)串口，數(shù)據(jù)傳輸方式為萬(wàn)用表在接收到軟件系統(tǒng)下發(fā)的指令后上傳數(shù)據(jù)包，由軟件系統(tǒng)解析即可；而機(jī)器人上搭載的絕緣電阻表，其通信方式則需要調(diào)用WindowsAPI來(lái)建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸方式則是軟件系統(tǒng)連接絕緣電阻表后，接收來(lái)自絕緣電阻表傳輸?shù)膯巫止?jié)數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)需要判斷數(shù)據(jù)的完整性并解析數(shù)據(jù)。此外，各試驗(yàn)儀器所采用的通信協(xié)議也各不相同。本模塊的流程圖如圖3所示。

機(jī)器人上搭載的萬(wàn)用表型號(hào)為VICTOR 98A+智能手持萬(wàn)用表。軟件系統(tǒng)首先安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，然后通過(guò)USB接口與萬(wàn)用表建立連接。萬(wàn)用表的數(shù)據(jù)傳輸方式是：試驗(yàn)人員點(diǎn)擊萬(wàn)用表上的保存按鈕，萬(wàn)用表會(huì)存儲(chǔ)當(dāng)前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)萬(wàn)用表旋鈕調(diào)至MEM檔時(shí)，它即進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式。此時(shí)，軟件系統(tǒng)根據(jù)通信協(xié)議下發(fā)指令，萬(wàn)用表則上傳存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。進(jìn)入電氣試驗(yàn)界面后，軟件系統(tǒng)會(huì)首先獲取萬(wàn)用表的API單例，與萬(wàn)用表建立連接。當(dāng)試驗(yàn)人員選擇使用萬(wàn)用表時(shí)，軟件系統(tǒng)首先調(diào)用API獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)量，再逐條獲取具體數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)信息展示在軟件界面的提示框中。隨后，試驗(yàn)人員點(diǎn)擊報(bào)告模板中的文本框，試驗(yàn)數(shù)據(jù)便會(huì)按順序逐條自動(dòng)填入。

機(jī)器人上搭載的絕緣電阻表型號(hào)為UT512絕緣電阻測(cè)試儀。軟件系統(tǒng)與絕緣電阻表通過(guò)USB接口連接，無(wú)須安裝額外的驅(qū)動(dòng)程序。絕緣電阻表的通信方式較為特殊，需要根據(jù)PID、VID和波特率來(lái)打開(kāi)設(shè)備。一旦設(shè)備被成功打開(kāi)，絕緣電阻表即與軟件系統(tǒng)建立連接，并持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

2.2.4 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理模塊主要包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)增刪改查、試驗(yàn)報(bào)告導(dǎo)出以及試驗(yàn)報(bào)告打印三部分功能。試驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇使用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存和管理。軟件系統(tǒng)為試驗(yàn)人員提供了查詢(xún)、修改和刪除等操作功能，具體的操作流程如圖4 所示。由于Unity 本身不支持COM組件，因此無(wú)法直接操作Office Word文檔。在Unity中引入對(duì)應(yīng)的COM組件或?qū)隢POI、DocX等類(lèi)庫(kù)來(lái)讀寫(xiě)Office Word文檔，往往會(huì)出現(xiàn)dll文件錯(cuò)誤、版本沖突（如Unity為兼顧串口通信等其他功能，其.Net版本需要限定在特定版本）以及生成的文檔受損等問(wèn)題，這些問(wèn)題導(dǎo)致了運(yùn)行效果的不穩(wěn)定，不利于后續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)工作。因此，本模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)WinForm程序來(lái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)報(bào)告導(dǎo)出為Word文檔的功能。這個(gè)WinForm程序?qū)⒈徊渴鹪谲浖到y(tǒng)的文件夾下。當(dāng)試驗(yàn)人員點(diǎn)擊導(dǎo)出數(shù)據(jù)選項(xiàng)時(shí)，軟件系統(tǒng)將調(diào)用這個(gè)WinForm 程序，并傳遞相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。WinForm程序會(huì)根據(jù)模板路徑讀取模板Word文檔，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)填入Word文檔中，并提供選擇是否打印的選項(xiàng)。該WinForm 程序使用NPOI 庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)出Word文檔的功能，并將生成的文檔存放在configuration.xml文件中配置的保存路徑下。試驗(yàn)人員可以在配置文件中指定模板的路徑和文檔的存儲(chǔ)路徑。具體的操作流程如圖5所示。

2.3 軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)中包含所有380V低壓系統(tǒng)和10kV中壓系統(tǒng)試驗(yàn)報(bào)告對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表與用戶信息表，每張表即表中的表項(xiàng)都有對(duì)應(yīng)的注釋?zhuān)阌谛薷牟樵?xún)等操作。

試驗(yàn)報(bào)告共有12種：10kV中壓配電盤(pán)電氣初步檢查記錄單；10kV電壓互感器及斷路器間隔初步檢查記錄單；10kV電流互感器檢查記錄單1；10kV電流互感器檢查記錄單2；10kV斷路器/接觸器檢查記錄單；10kV充電前絕緣數(shù)據(jù)記錄表；10kV充電后二次側(cè)電壓數(shù)據(jù)；核島380VAC應(yīng)急交流配電系統(tǒng)初步試驗(yàn)檢查記錄單；380V饋線回路外觀和機(jī)械檢查記錄單；380V饋線回路保護(hù)定值設(shè)置記錄單；380V充電前絕緣數(shù)據(jù)記錄表；380V充電后電壓測(cè)量數(shù)據(jù)。

表1至表2為用戶表和部分試驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)展示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以核電站交流配電裝置的電氣試驗(yàn)的具體需求為依據(jù)，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。之后，按照模塊順序依次編程實(shí)現(xiàn)了軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本文實(shí)現(xiàn)的軟件系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定、性能良好，滿足了核電站交流配電裝置的電氣試驗(yàn)的工作需求，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)人員登錄注冊(cè)、機(jī)器人控制、電氣試驗(yàn)等功能的目標(biāo)，降低了試驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度，提高了電氣試驗(yàn)的作業(yè)效率，并且保證了試驗(yàn)人員的安全。隨著智能電網(wǎng)發(fā)展的不斷深化，電力系統(tǒng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人，尤其是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、智能控制技術(shù)的需求將會(huì)越來(lái)越多樣化。

參考文獻(xiàn)：

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