储能电机故障波形分析软件设计

    【摘要】针对变电站隔离开关智能 I/O 装置项目故障录波信息后台分析的需求，对智能 I/O
装置的通信协议和数据信息对象模型、信息分析处理算法和波形操作显示方法进行了分析研
究，采用

VC++集成开发环境设计实现了与智能 I/O 装置的通信协议包设计、面向对象的波

形信息管理和访问、波形信息分析处理。基于虚拟仪表的理念和方法，参照

Fluke 示波表波

形操作显示的方法完成了软件人机交互界面的设计。所设计的软件符合用户技术规范书的要
求，并投入工程应用。

 

　　【关键词】智能

I/O 装置；虚拟仪表；故障录波；信息对象模型 

　　

1.引言 

　　隔离开关智能

I/O 装置是智能变电站的一种一次设备的智能组件，主要用于隔离开关

工作状态的监控，并接收间隔层设备下达的命令控制隔离开关分合，监控操作机构储能电
机的工作状态，一旦电机运行出现异常，立即切断电机操作电源，防止电机损坏，并记录
电机异常时电机工作电压、电流等工作参数的波形数据。电机故障后，还要利用装置记录的
电机启动波形和故障波形数据定量分析故障原因，用于改进电机设计或为电机选型提供依
据。根据与协作企业签订的技术规范书

[1]，课题组在完成装置本体设计的同时，还要完成

储能电机故障波形分析软件设计，用于装置记录波形的后台分析显示。

 

　　根据教育部推行的大学生创新创业训练计划，本创新训练团队选取上述项目中波形分
析软件设计作为研究课题，完成软件需求分析、概要设计、编码调试、应用推广等方面的创新
过程训练，并设计与实现了该软件项目的。

 

　　

2.需求分析 

　　根据本创新训练项目申报表提出的实施方案

[1]，本项目主要完成一种操作机构储能电

机启动和故障波形分析软件的设计与实现，其启动和故障波形由智能

I/O 装置实时运行过

程中记录，并保存在装置的非易失性存储器中。为了实现对故障波形的分析显示，首先需要
实现智能

I/O 装置的通信协议包，获取其采集和记录的波形数据；根据装置记录的波形信

息的特点，需要设计相应的信息对象模型，对采集的数据信息进行管理、存储和访问操作；
按照技术规范书的要求，选取傅里叶变换算法计算基波分量的有效值，并选用均方根算法
计算交流信号的有效值；设计友好的人机交互界面，实现对所获取波形的显示、平移、放大

/

缩小等操作，为电机专业工程师分析故障原因提供直观的分析工具。

 

　　

3.概要设计 

　　根据上述分析，本软件主要由人机交互界面、底层串行通信线程、

Modbus 协议软件包和

数据对象访问操作等四部分组成，各部分的信息交互关系如图

1 所示。图 1 中各组成模块主

要的访问操作和数据流向关系如下：操作人员通过用户界面发出通信请求后，相应的界面
操作函数立即向通信线程发送指定的请求消息；通信线程收到消息后，调用

Modbus 协议

包中的相应函数组织请求报文，并调用串口通信对象中的发送函数将请求命令发送给智能
I/O 装置；之后等待接收装置的响应报文，并调用解帧函数提取装置上报的信息，并将提取
的数据保存到相应的数据对象之中。

 

　　

4.软件设计 

　　

4.1 数据处理方法 

　　

5.验证测试 

　　软件开发阶段工作完成之后，对所实现的软件功能进行了验证测试。测试的项目主要包
括如下两个方面。

 

　　

5.1 与智能 I/O 装置通信功能 

　　通信功能检测方法为：采用软件设计的报文监视对话框监视报文通信流程和报文的内