基于Qt平臺下的遠(yuǎn)程發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)

謝連忠

（北京科電億恒電力技術(shù)有限公司，北京 102206）

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷作為生產(chǎn)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，其研究成果已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，在保證生產(chǎn)設(shè)備安全方面發(fā)揮了重大作用［1-2］。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于Internet 的遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷已成為當(dāng)今設(shè)備診斷技術(shù)的一個研究熱點［3-4］。同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的主體，勵磁裝置是同步發(fā)電機(jī)的主要控制設(shè)備，因此保持勵磁系統(tǒng)的良好工作狀態(tài)對發(fā)電機(jī)及整個電力系統(tǒng)均具有至關(guān)重要的作用，將網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于勵磁系統(tǒng)的監(jiān)控，可實現(xiàn)對現(xiàn)場勵磁控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程的狀態(tài)監(jiān)測、參數(shù)修改以及故障診斷［5-6］。本文基于Qt和JavaScript 技術(shù)開發(fā)了一個用于勵磁設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用本系統(tǒng)可以使技術(shù)人員實時監(jiān)控現(xiàn)場發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以不用親臨現(xiàn)場即可協(xié)助現(xiàn)場人員診斷故障，指導(dǎo)調(diào)試，為勵磁系統(tǒng)的調(diào)試及維護(hù)節(jié)省時間和成本。

1 文獻(xiàn)綜述

Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面庫，由挪威TrollTech 公司出品，包括Qt、基于Frame-Buffer 的Qtopia Core、快速開發(fā)工具Qt Designer和國際化工具Qt Linguist等部分。Qt支持所有的UNIX 系統(tǒng)，當(dāng)然也包括Linux 系統(tǒng)，還支持WindowsXP/Windows7/Windows10 及以上平臺?；旧螿t 同X-Window 上的Motif、Openwin、GTK 等圖形界面庫和Windows 平臺上的MFC、OWL、VCL、ATL是同類型的［7-8］。

目前國內(nèi)已有眾多的專家學(xué)者采用Qt 進(jìn)行了工業(yè)控制與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面的開發(fā)與設(shè)計，其中：尚文斌［9］基于QT 開發(fā)設(shè)計了蒸汽流量計上位機(jī)控制系統(tǒng)，為高危工作人群提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。許夢華［10］使用Qt 作為基礎(chǔ)平臺，研究了地面模擬飛行控制系統(tǒng)，為高級飛控軟件的實現(xiàn)與仿真提供了思路。何強(qiáng)［11］在Qt 基礎(chǔ)上實現(xiàn)了嵌入式智能家居組態(tài)軟件，為FCS 等現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的Qt 應(yīng)用提供了創(chuàng)新的思路與可行途徑。高文祥等［12］基于QT 進(jìn)行了工業(yè)邊緣側(cè)視覺檢測系統(tǒng)人機(jī)協(xié)同交互方法研究，創(chuàng)新提出了Qt 與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)無縫互聯(lián)的方法與技術(shù)。張帥帥等［13］基于前人研究成果，構(gòu)建了Qt 平臺下的智能消防炮控制軟件，提高了系統(tǒng)的精度，縮短了消防炮的響應(yīng)時間，取得了良好的應(yīng)用效果。江維等［14］結(jié)合QT 和單片機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了直流電機(jī)無線通信控制系統(tǒng)的開發(fā)，論證了強(qiáng)電模式下的Qt應(yīng)用可行性。

2 系統(tǒng)整體框架

圖1 給出了勵磁系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實現(xiàn)框架，現(xiàn)地設(shè)備通過GPRS 與遠(yuǎn)方服務(wù)器建立通訊連接，通過MoubusTCP 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。服務(wù)器收到現(xiàn)地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器保存現(xiàn)地設(shè)備的故障數(shù)據(jù)，同時轉(zhuǎn)發(fā)到終端實時地顯示現(xiàn)地數(shù)據(jù)，以及將現(xiàn)地設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Web 服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)布，推送到網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備上進(jìn)行實時顯示，同時通過接收終端設(shè)備的指令實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時控制。

圖1 系統(tǒng)框架

各服務(wù)器繼續(xù)多進(jìn)程并行運(yùn)行，傳統(tǒng)編程語言對于多進(jìn)程并行編程要求較高，程序?qū)崿F(xiàn)過于復(fù)雜，而Qt 基于面向?qū)ο缶帉懙男问綗o疑簡化了多進(jìn)程并行編程的過程，同時Qt 提供的共享變量和DataSocket技術(shù)也簡化了任務(wù)間數(shù)據(jù)交換，這在傳統(tǒng)文本語言是較為復(fù)雜的，使用Qt語言實現(xiàn)本系統(tǒng)功能大大節(jié)省了開發(fā)時間。

3 通訊服務(wù)器設(shè)計原理

圖2給出了現(xiàn)地設(shè)備與服務(wù)器建立連接的過程，服務(wù)器單獨啟動一個TCP 監(jiān)聽進(jìn)程，當(dāng)收到現(xiàn)地設(shè)備請求連接時，檢測設(shè)備ID，正確則建立連接并將鏈接句柄傳輸?shù)綄崟r通訊進(jìn)程，根據(jù)Web 端的數(shù)據(jù)請求進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，讀取現(xiàn)地設(shè)備數(shù)據(jù)。

圖2 建立連接過程

圖3給出了現(xiàn)地設(shè)備與服務(wù)器實時交換數(shù)據(jù)的原理。遠(yuǎn)程通訊使用ModbusTCP 協(xié)議，當(dāng)終端設(shè)備訪問指定的現(xiàn)地設(shè)備時，服務(wù)器將與指定的現(xiàn)地設(shè)備建立實時Modbus 通訊，將現(xiàn)地的數(shù)據(jù)實時傳送至遠(yuǎn)方終端進(jìn)行顯示，供使用者分析。數(shù)據(jù)傳輸包括三部分，測量數(shù)據(jù)（包括主要狀態(tài)量、控制量）、控制參數(shù)、故障數(shù)據(jù)（包括soe、故障錄波），根據(jù)Modbus 請求幀組成數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，服務(wù)器端接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的解析，然后存儲和顯示。

圖3 數(shù)據(jù)交換原理

4 數(shù)據(jù)存儲

圖4 給出了服務(wù)器端數(shù)據(jù)存儲的實現(xiàn)方案，服務(wù)器端存儲現(xiàn)地設(shè)備的soe 和故障錄波數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)的故障錄波存儲格式為comtrade 國際標(biāo)準(zhǔn)格式，所以服務(wù)器端數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)為數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)的結(jié)合。

圖4 數(shù)據(jù)存儲

在數(shù)據(jù)庫中建立現(xiàn)場設(shè)備信息表、soe 記錄表、故障錄波索引表建立連接時將現(xiàn)地設(shè)備信息存儲到現(xiàn)場設(shè)備信息表；存儲故障錄波數(shù)據(jù)時將錄波特征信息記錄到數(shù)據(jù)表中然后將錄波數(shù)據(jù)保存為標(biāo)準(zhǔn)的comtrade 文件。保存后的歷史數(shù)據(jù)可通過前端soe 界面查看soe 信息；通過數(shù)據(jù)記錄界面瀏覽故障記錄并下載錄波文件在使用者計算機(jī)上使用exm軟件進(jìn)行查看分析。

5 終端設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)終端有兩種形式：一種是web 瀏覽器終端，一種是軟件客戶端；軟件客戶端使用了DataSocket 技術(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至modbus server，再通過本公司上位機(jī)監(jiān)控軟件與modbus server 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換形成C/S 架構(gòu)，此方式因要安裝本公司專用軟件且只能在PC 端進(jìn)行使用；Web 終端使用JavaScript 語言進(jìn)行編程設(shè)計，運(yùn)用了ajax 異步刷新的技術(shù)實現(xiàn)了瀏覽器端實時顯示現(xiàn)地數(shù)據(jù)，可在任意平臺使用，無局限性。

6 系統(tǒng)總體

發(fā)電機(jī)勵磁遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)視和控制。勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)配置了GPRS模塊。當(dāng)現(xiàn)地調(diào)節(jié)器輸入服務(wù)器端IP 地址，即與服務(wù)器端建立了連接，此時遠(yuǎn)程終端可以監(jiān)視現(xiàn)地設(shè)備，當(dāng)調(diào)節(jié)器允許遠(yuǎn)程控制后，終端可以遠(yuǎn)程下發(fā)控制指令、修改參數(shù)等調(diào)試現(xiàn)地設(shè)備。以下為系統(tǒng)主要監(jiān)控界面。

圖5為現(xiàn)地設(shè)備狀態(tài)列表，列表顯示當(dāng)前運(yùn)行的調(diào)節(jié)器位置以及通訊狀態(tài)，在此界面點擊連接可以與現(xiàn)地設(shè)備建立實時數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖5 設(shè)備列表

圖6為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，此界面可瀏覽發(fā)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行方式、主要開關(guān)量信息、發(fā)電機(jī)運(yùn)行模擬量信息等，通過此界面技術(shù)人員可在遠(yuǎn)方實時監(jiān)視現(xiàn)地設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)助現(xiàn)地人員進(jìn)行維護(hù)調(diào)試。

圖6 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

圖7為發(fā)電機(jī)當(dāng)前參數(shù)信息，此界面可查看現(xiàn)地機(jī)組勵磁系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在現(xiàn)地設(shè)備允許控制時技術(shù)人員還可以通過此界面修改勵磁系統(tǒng)的參數(shù)，便于設(shè)備調(diào)試。

圖7 參數(shù)信息

圖8為設(shè)備實時報警信息，將設(shè)備當(dāng)前存在的報警和故障列成一個表格顯示，便于查看分析。

圖8 報警信息

圖9 為設(shè)備故障列表信息，詳細(xì)記錄設(shè)備故障發(fā)生時間、恢復(fù)時間，以及故障發(fā)生時刻的錄波文件，點擊當(dāng)前條數(shù)后面的下載波形即將服務(wù)器端的故障錄波文件下載到當(dāng)前設(shè)備中，錄波文件為標(biāo)準(zhǔn)comtrade 格式，可以用任意comtrade分析軟件打開查看波形信息。

圖9 故障列表

圖10 為波形分析界面，通過此界面可以打開故障錄波文件，以曲線的形式顯示故障信息，幫助技術(shù)人員分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及變位信息，快速診斷故障原因，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖10 波形分析

7 結(jié)語

本文所介紹的勵磁設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場勵磁設(shè)備建立通訊連接從而實時監(jiān)測現(xiàn)地發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。方便技術(shù)人員和專家遠(yuǎn)程掌控發(fā)電機(jī)運(yùn)行，和遠(yuǎn)程指導(dǎo)調(diào)試并診斷故障，為現(xiàn)場勵磁設(shè)備的投運(yùn)以及運(yùn)行維護(hù)提供了極大的便利，節(jié)約時間和成本。勵磁設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控為發(fā)電機(jī)持久的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證，也為勵磁技術(shù)革新突破提供了數(shù)據(jù)支持。工業(yè)遠(yuǎn)程診斷已然成為現(xiàn)下的研究熱點，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將越來越多地應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場，將大大提高社會的生產(chǎn)效率，節(jié)約社會成本。