在线温度监控系统上位机软件设计毕业设计论文.docx

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在线温度监控系统上位机软件设计毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目：

在线温度监控系统上位机软件设计

学院：

电子信息学院

专业班级：

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指导教师：

**职称：

副教授

学生姓名：

***

学号：

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摘要

该项目背景是液压操动机构试验状态在线监测与故障预警研究。

对断路器终端温度进行实时采集，并将其显示于上位机上。

但由于现场限制，需要通过RS-485总线传输数据，并经由主控板做终端与上位机之间的通信，上位机的功能是对断路器电的温度进行实时监测。

本文主要工作是利用C++Builder6.0软件编写断路器温度监控系统的人机交互界面，该界面的主要功能有通过RS-232串口将数据接收进来，并将该温度数据显示在数据表上，还需调用数据表中的数据显示成曲线。

关键词：

温度，RS-232，C++Builder6.0，上位机，监控

ABSTRACT

Thebackgroundofthisprojectistestingthetemperationandhydraulicoperation（液压操动机构）testingconditionReceivingemperatureindexisanimportantindexofmanyworkingenvironment,therefore,temperaturemonitoringhasbeenwidelyusedinindustrialfield.ThistopicusingC++Builder6.0tobuildupthetemperaturemonitoringsystemforcircuitbreakeroperationinterface,thissoftwareisveryeasytouse.What'smore,itsfunctionispowerful,especiallywithone'sownknackininterfacedesign,WINDOWSprogramming,databaseprogrammingetc.Anditcan'tbecomparedbysomeoftheothersoftwaredevelopmenttools.

ThemainfunctionofPCistoreceivethetemperaturedatacollectedbythelowercontrolmachinethroughtheRS-232serialport,anddisplayedinthedatasheet.AlsoitshouldbeplottedintocurvesbySimuCurvescontrol.

Inaddition,thissystemusesClanguageprogramming,thepastsoftwareusingassemblylanguage.Butassemblylanguageisreadabilityandportability,andhigh-levellanguageisdifficulttorealizethedirectoperationofcomputerhardware.HoweverClanguagecombinesthecharacteristicsofthesetwokindsoflanguage.Ithasthecharacteristicofconcise,convenient,flexible,compact.Andthetargetcodeitgeneratedhashighqualityandhighefficiency.Ithasbecomeoneofthemostpopularprogramminglanguagesintheworldtoday.

KEYWORDS:

temperature,RS-232,C++Builder6.0，PC,monitor

诚信声明

第1章绪论

1.1项目背景

该项目背景是液压操动机构试验状态在线监测与故障预警研究。

随着电力体制改革的深入,在电力市场,电力系统需要进一步提高电力设备的可靠性。

保证运行可靠性和维修经济性成为输电、发电企业适应市场竞争的迫切需要,用状态检修模式取代现有的计划检修模式,是电力工业发展的趋势。

根据国家电力公司公布实施《火力发电厂实施设备状态检修的指导意见》的要求,电力公司应根据自身设备的实际及人员、资金情况,选择一些适合实施状态检修的设备,先在一定范围内开展工作。

550kV、220kV、110kV高压开关、厂地高压开关都已经被列入实施状态检测的范畴。

实现电气设备状态检修的基础是对设备的在线状态监测。

在线监测能准确、实时地反映电气设备的状况和预测使用寿命,为检修决策提供依据。

电气设备状态监测不仅是设备状态检修模式的基础,也符合无人值守变电站——目前我国电力部门正在实施的电气运行管理模式的发展需要。

这就要求电力企业逐步形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修方式,以提高设备的可靠性并降低电力成本。

高压开关液压操动机构的出力特性和断路器的负载特性匹配较好、动作快、反应灵敏度高、输出功大、免运行维护、操作噪音小等优点，成为对操作需求较大的高压领域的首选配用机构。

随着液压操动机构应用范围的不断扩大，液压传动与控制系统也越来越复杂，对传动、控制精度、系统柔性化与系统各项性能要求也越来越高。

各种液压操动机构在装配到高压断路器等电气设备前必须经过严格的出厂试验。

在做出厂试验时必须对试验设备的各个状态进行时实监测，在出现紧急情况前做出故障预警处理。

因此，为了提高高压开关液压操动机构产品的质量，有必要研制一套液压操动机构试验状态在线监测与故障预警系统。

该项目特点是：

1）该系统能够实时监测试验设备的运行状况，随时调用、在线显示数据、实时记录、超限时给出超限报警、有很强的抗干扰性;

2）提出复杂运行环境中试验设备状态控制策略，保证液压机构可靠运行。

该项目的先进性和创新性体现在高效、高可靠性等是当今世界科学技术人员追求的目标，如何能提高液压操动机构的出厂质量，获得最佳经济效益，根据液压操动机构配用。

1.2国内外研究发展趋势

断路器（大型锻压机、大型挤压机等）是一个国家建立独立工业体系和强大制造业所必须的大型战略性装备。

由于大型液压装备结构特点和极端强化的工作环境，目前缺乏对其非功能参数实施有效监测的成熟技术，在这一方面，还有很大的发展空间。

中南大学谭建平教授领衔的科研团队与西南铝业（集团）有限责任公司合作，在国家863计划“300MN模锻水压机状态监测及故障诊断研究”和国家科技重大专项“2万吨难变形金属挤压机”等项目支持下，针对大型液压装备结构特点及运行环境，开展了持续的科技攻关，原创了基于机器视觉的大型液压机活动横梁姿态监测技术、基于现场总线的数字式立柱应力监测技术、大型挤压机挤压中心双激光远程多路图像识别检测技术等多项具有自主知识产权的大型液压机状态监测技术；建立了大型液压机关键构件附加应力、液压系统异常冲击及故障预警机理模型，开发了与设备操纵控制系统相融合的大型液压机状态监测及故障预警软硬件系统，全面实现了大型液压机的状态监测及故障预警功能，以上研究成果于2009年8月应用于亚洲最大的300MN模锻水压机和我国最大吨位125MN卧式挤压机，成功解决了300MN模锻水压机立柱应力保护、125MN卧式挤压机高精度对中挤压等多个技术难题，有效保障了大型装备的安全运行和国防军工重要制品的产品质量。

高压断路器的操动机构由手动操动机构发展到手动储能弹簧操动机构、电磁操动机构、气动操动操动机构、液压操动机构、弹簧操动机构、液压弹簧操动机构和永磁操动机构，目前正在向电机操动机构发展，并且发展前景良好。

1.3本课题设计内容

本课题：

在线温度监控系统上位机软件设计。

项目整体要求实现在线检测液压操动机构试验状态时的状态，共分解为三部分，终端温度数据采集，主节点数据收集与处理，以及上位机交互界面制作，本课题的任务是利用C++builder软件制做上位机界面，主要功能是通过串口将其采集来的温度数据接收进来，并将其显示在坐标曲线上。

所以我的内容主要分为两大模块，调试串口和在坐标上显示出温度曲线。

第2章项目分析

2.1高压断路器的发展

断路器的操动机构由手动操动机构发展到手动储能弹簧操动机构、电磁操动机构、气动操动机构、液压操动机构、弹簧操动机构、液压弹簧操动机构和永磁操动机构，目前正在向电机操动机构发展。

手动操动机构：

靠手力分合闸的操动机构称为手动操动机构，它在最早的低电压等级的断路器上使用过。

它的优点是结构简单，不需要辅助设备和电源，缺点是不可能开断大电流，不能实现自动重合闸，而且不安全，因此已经被淘汰。

手动弹簧操动机构：

靠手力分合闸并同时给分闸弹簧储能，分闸靠弹簧力的操动机构称为手动弹簧操动机构。

这种机构多用于10kV柱上断路器。

它的优点是结构较简单，不需要辅助设备和电源，缺点是不能实现自动重合闸和自动控制。

这种机构目前仍然在有些柱上断路器上使用。

电磁操动机构：

靠电磁力合闸并同时给分闸弹簧储能，分闸靠弹簧力的操动机构称为电磁操动机构。

电磁操动机构优点是结构简单，工作可靠，制造成本较低，缺点是合闸消耗的功率太大（17kW至52kW分闸线圈电流75~235A）。

因此用户必须配备价格较贵的蓄电池或整流电源装置，而且结构笨重、耗材多、合闸时间长（0.2~0.8s），只适用于110kV及以下的断路器。

电磁操动机构目前仍然在一些多油、少油和真空断路器上使用，但数量会越来越少直至淘汰。

气动操动机构：

气动操动机构分早期和后期两种形式。

早期的气动操动机构用于空气断路器，分合闸都靠压缩空气提供动力，储压筒内压力高。

机构体积大，噪声高。

这种气动操动机构已经淘汰。

后期的气动操动机构是改进后的气动操动机构。

分闸靠压缩空气提供动力。

同时给合闸弹簧储能。

合闸靠弹簧提供动力。

因此，也称为气动弹簧操动机构。

气动弹簧操动机构的优点：

以压缩空气为动力源，不需要大功率的直流电源。

当失去电源时，储压罐内的压缩空气仍然可以操作断路器。

结构较简单，传动零件较少，也较为可靠。

气动弹簧操动机构的缺点：

空气压缩机及系统如果出现故障就会造成机构故障。

压缩空气系统如果泄露严重就会因失压而造成机构故障。

噪声大。

目前，气动弹簧操动机构仍然在有些126-500kV压气式SF6断路器上使用。

但是随着自能式高压SF6断路器的发展，气动弹簧操动机构将会被淘汰。

液压操动机构

液压操动机构利用液压油作为动力传动的介质。

用于断路器的为储能式的液压操动机构，它利用储压器中预储的能量，运用差动原理，间接推动操作活塞来实现断路器的分合闸操作。

液压操动机构的优点：

体积小、操作力大、操作平稳、无噪声而需要控制的能量小。

容易实现自动控制和各种保护。

液压操动机构的缺点：

如果有泄露就会影响能量输出而造成断路器的慢分和慢合。

如果气温变化大，一是储压器中的压力变化增大；二是引起油的粘度变化而影响断路器分合速度的变化。

加工精度要求高。

由于液压操动机构具有的优点，在相当一段时期在高压断路器上广泛使用。

高压断路器的不断发展也促使了液压操动机构不断改进。

目前，模块化，高质量，无泄漏的新型的液压操动机构仍然受到用户欢迎。

液压弹簧操动机构：

液压弹簧操动机构是在液压操动机构基础上发展起来的。

最大的改进是用蝶簧储能取代氨气储压筒储能，这就避免了泄漏和温度变化造成的故障，且大大减少了机构体积，简化了结构。

新型液压弹簧操动机构完全模块化，采用集装板块结构（如ABB公司的HMB型）。

操动机构的主要元件按功能分为五大模块：

充能模块、储能模块、工作模块、控制模块和监测模块。

结构紧凑，基本上无管道连接，大大减少了泄露，且检修方便。

由于液压弹簧操动机构集液压和弹簧操动机构的优点，操作平稳，性能较为可靠，因此在高压SF6断路器上使用范围逐渐扩大。

但是由于该机构蝶簧的材料和工艺要求较高，液压元件精度要求也高，制造难度较大，成本较高，也有继续研究和改进的必要。

如果要将该机构用于自能式高压SF6断路器上的话，对多次打压后由于油温升高，油的粘度变化而影响断路器速度变化的现象不可忽视。

近现代的科学技术的出现，特别是计算机技术的出现和飞速发展给试验设备状态检测、诊断技术的提供了良好的发展契机，试验设备状态检测技术必定向着集成化、智能化、在线化的方向发展。

因此，为提高液压操动机构的出厂质量，获得最佳经济效益，根据液压操动机构配研制一用不同高压断路器的不同特点，种能实现液压操动机构试验状态在线监测系统，并能实现试验设备状况超标时自动报警的检测装置，对减少液压操动机构液压系统故障，保证液压操动机构正常运行，是十分必要也是非常有用的。

在液压机构监测工作基础上，建立了液压操动机构试验状态在线监测通用模型。

基于上述的原因，决定对液压操动机构试验状态进行在线监测与故障预警研究工作。

2.2项目研究意义

随着计算机技术、传感器技术、信息技术、数字采集与处理技术等的飞速发展与综合应用，设备状态监测与故障诊断分析技术在设备管理与维修现代化中越来越占有重要的地位。

根据被诊断设备自身的重要性选定相应的监测方法和仪器设备，建立起与设备有关的状态监测与诊断技术体系，在不影响设备正常运行的情况下，通过各种方法对设备的健康水平进行监视和评估，从而实时了解设备的运行状态，捕捉故障征兆，并对故障部位、故障严重程度及发展趋势做出判断，最后确定设备的最佳维修时机，做出针对性的检修计划，是提高设备使用效率，获得最大企业效益，实现企业设备管理现代化的良好途径。

本项目研究液压操动机构试验状态在线监测系统，该系统能实时监测试验设备的多个状态。

在测量时，现场显示结果，时实性强、准确性高。

当试验设备状态值超过系统设定值时，系统发出报警信号，提醒操作人员注意。

该系统对高压、超高压、特高压开关液压操动机构的状态进行监测；建立液压操动机构试验状态监测系统通用模型。

通过及早发现系统潜伏的故障隐患，防止重大恶性事故，对于确定液压设备合理的维修时间，降低维修费用，达到主动预防性维护，使机械系统达到最佳性能和最大可靠性，提高经济效益，将具有非常重要的意义。

2.3项目研究特点

高效、高可靠性等是当今世界科学技术人员追求的目标，如何能提高液压操动机构的出厂质量，获得最佳经济效益，根据液压操动机构配用不同高压断路器的不同特点，研制一种能实现液压操动机构试验状态在线监测系统，并能实现试验设备状况超标时自动报警的检测装置，对减少液压操动机构液压系统故障，保证液压操动机构正常运行，是十分必要也是非常有用的。

在液压机构监测工作基础上，建立了液压操动机构试验状态在线监测通用模型。

基于上述的原因，决定对液压操动机构试验状态进行在线监测与故障预警研究工作。

项目特点：

1）该系统能够实时监测试验设备的运行状况，随时调用、在线显示数据、实时记录、超限时给出超限报警、有很强的抗干扰性。

2）提出复杂运行环境中试验设备状态控制策略，保证液压机构可靠运行。

2.4项目总体技术方案

系统的总体构想：

液压操动机构试验状态在线监测系统平台应包括硬件平台、软件平台和网络环境三部分，对软、硬件及网络环境应具有较强的适应能力;系统的结构大小可根据需求灵活调整、扩充;可接入各种用途的工作站，接入的工作站的数目应基本不受限制。

对硬件系统的要求：

在系统的硬件设计上，要求选用传输速度快，抗干扰能力强、性能可靠的产品。

设备数量应考虑系统的扩展性。

对软件系统的要求：

系统所采用的应用软件应符合WINDOWS的视窗标准，确保升级方便，系统开放性好，应可以任意集成其他厂商提供的软件模块，便于功能扩展。

应具有良好的人、机交互使用环境，操作、维护简易、方便。

对系统整体性能的要求：

1）适用于72.5-00kV的各种类型液压操动机构试验状态的在线监测；

2）系统可采用模块化设计，以便于安装、调试、维护，应能保证装置长期、可靠、稳定运行；

3）用先进的数字信号处理技术，确保采样精度和采样密度，具备强大的数据处理能力；

4）有对所有回路（包括监测回路和保护回路）的独立采样，既保证正常时的监测精度，又能保证故障时的数据精度；

5）有完善的自检体系。

能同时提供芯片供电电压异常预警、温度报警等功能以保证系统安全可靠运行，且装置本身的故障不影响其它装置的正常运行；

6）有很强的抗干扰能力。

装置应能保证系统在恶劣的环境中能稳定、可靠运行。

与外部的连接在电气上都经过隔离，保证外部的干扰不影响装置的正常运行。

2.5拟采集的信号

本文的设计目的是实现在线监测液压操动机构试验状态时的状态，其中既有温度参量、压力参量、电压参量、电流参量，也有力学参量等。

液压操动机构试验状态的在线监测涉及到包括传感器技术、计算机技术、网络通信技术、电磁兼容技术以及信号的处理技术等诸多方面。

现代检测技术作为传感测量技术与信息处理技术的结合，为本课题的设计提供了先进的理论基础。

现场智能采集监测单元为一个单片机监测模块。

断路器的各种监测信息通过不同传感器，送入采集监测单元内封装的各调制回路进行预处理后，由高速A/D采样后经CAN现场总线实现实时高速传输，上传给前台工控机。

如图2-1所示。

图2-1在线监测系统原理图

前工控机作为高层管理设备，通过编程软件编制的处理控制程序，结合数据库，完成断路器监测过程的监视和管理，实现特性参数和相关曲线的计算，显示，存储，查询和打印等功能。

串行通信转换接口，将各采集节点CAN总线连接在一起，转换为RS-232接口，实现与前台处理机的通信。

数据库服务器系统的接受和处理数据采集系统发送的各路信号数据，并将处理后的数据写入集中诊断特征数据库和历史数据库。

以便于完成数据积累、资源共享，实现分散监控。

第3章上位机设计要求

3.1软件环境

本次毕设用到的软件是C++builder6.0。

BorlandC++Builder6.0基于C++语言的快速应用程序开发（RapidApplicationDevelopment，RAD）工具，它是最先进的开发应用程序的组件思想和面向对象的高效语言C++融合的产物。

C++Builder充分利用了已经发展成熟的Delphi的可视化组件库（VisualComponentLibrary，VCL），吸收了BorlandC++6.0这个优秀编译器的诸多优点。

C++Builder结合了先进的基于组件的程序设计技术，成熟的可视化组件库和优秀编译器，调试器。

发展到6.0版本，C++Builder已经成为一个非常成熟的可视化应用程序开发工具，功能强大而且效率高。

C++Builder的特色：

1）C++builder是高性能的C++开发工具；

2）C++Builder是基于C++的，它具有高速的编译，连接和执行速度。

同时，C++Builder具有双编译器引擎，不仅可以编译C/C++程序，还能编译ObjectPascal语言程序；

3）C++Builder是优秀的可视化应用程序开发工具；

4）C++Builder是一完善的可视化应用程序开发工具，使程序员从繁重的代码编写中解放出来，使他们能将注意力重点放在程序的设计上，而不是简单的重复的劳动中。

同时，它提供的完全可视的程序界面开发工具，从而使程序员对开发工具的学习周期大大缩短。

 5）C++Builder具有强大的数据库应用程序开发功能。

++Builder提供了强大的数据库处理功能，它使的程序员不用写一行代码就能开发出功能强大的数据库应用程序，这些主要依赖于C++Builder众多的数据库感知控件和底层的BDE数据库引擎。

C++Builder除了支持MicroSoft的ADO（ActiveDataObject）数据库连接技术，还提供了一种自己开发的成熟的数据库连接技术—BDE（BorlandDatabaseEngine）数据库引擎。

 6）C++Builder具有强大的网络编程能。

C++Builder具有众多的Internet应用程序开发控件，如WebBroker，CppWebBroswer，WinSocks等，它们基本含盖了Internet应用的全部功能，利用它们程序员可以方便地建立自己地Internet应用程序。

执行C++Builder光盘上的安装文件后，依照安装向导的指引，一步步做完安装项目的选择，便可以成功地将C++Builder安装到计算机里；要执行C++Builder，必须选择【开始】|【程序】|BorlandC++Builder5|C++Builder5命令。

界面打开后如图3-1所示。

图3-1C++Builder软件界面

下面对各板进行说明：

1）如图3-1中的最上方是菜单及工具栏，用来执行相关的功能；

2）Form1为组件面板：

设计系统时所需要的可视化对象及功能性组件的集中摆放处。

当设计窗体或是功能时，一定会需要各式各样的由Borland或是其他的第三方厂商所制作的对象，这些被用来设计系统的对象称为VCL组件。

通过对这些组件的运作，就可以轻松的设计所需要的窗体或功能。

添加多个组建后，组件面板中的组件就会多起来，可以在组件面板中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Properties命令，在打开的PaletteProperties对话框中查看C++Builder中可以使用的组件。

3）对象查看器（ObjectInspector）：

每个组件被使用到系统设计时，都或多或少需要改变一些特性，这些特性就是组件的属性，通过对属性的不同设置，同一个组件在不同的程序中也可能展现不同的外观。

组件属性通常相当多，一般的常用属性可以由字面上及该组件的功能得到一些大概的了解，所有的属性要了解的话就要由在线说明来查看才比较能够知道。

属性的指定有时只是一个简单的数值指定，有的则可能引出另一个对话框，让用户进行更多的详细设置。

除了一般的属性设置之外，还有Events选项卡，其中是让用户选择所需要执行的事件程序，一般的设计上，直接在此事件名称右边双击鼠标即可让C++Builder自动创建事件程序的框架，若程序类似者还可以共用同一个事件程序，相当方便。

4）程序设计区：

这个部分是真正写入程序代码的地方，不管界面设计的如何，最终总是要在这个地方将系统要执行的步骤写入。

程序代码的编写并不是类似一张流程图般从头写到尾，从第一个开始，直到最后一个结束；而是针对某一个对象的某一个事件发生时，该对象应该要有什么样的响应或行为来写程序代码。

程序代码的编写方式完全采用事件驱动的方式，一旦该事件引发后便执行此段预先写入的程序代码，当此段代码执行完毕后，系统就处于闲置状态。

例如一个按钮被按下了，也许在这个按下的动作的事件里预先编写了一个启动声卡播放一段音乐的程序，当这段程序被执行完毕，除了原本就安排的固定动作外（如定时器的固定循环动作），系统便不再执行其他的程序了。

设计的样子如图3-2所示

。

图3-2程序设计区

5）C++Builder6.0的环境模式分成3种环境模式：

设计模式、运行模式及中断模式，如图3-3所示。

设计模式：

设计界面，编写程序代码时所处的环境成为设计模式，