基于LABVIEW的發(fā)電機勵磁遠程監(jiān)測與控制

曲曉峰,傅磊

（哈爾濱電氣集團中央研究院,哈爾濱150028）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,通過網(wǎng)絡(luò)進行現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測、控制和調(diào)試技術(shù)越來越多的應用到工業(yè)現(xiàn)場[1-3],在電力行業(yè),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用也逐漸普及,逐漸應用到發(fā)電機及其附屬設(shè)備的遠程監(jiān)控和調(diào)試中[4]。本文基于LABVIEW軟件和SQLSERVER數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)了一個用于發(fā)電機勵磁設(shè)備的遠程監(jiān)測與控制系統(tǒng),主要用于目前已應用到某型號發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)。其主要用途是利用Internet技術(shù)與現(xiàn)場勵磁控制系統(tǒng)互連,實現(xiàn)對現(xiàn)場勵磁控制系統(tǒng)遠程的運行狀態(tài)監(jiān)測、參數(shù)修改及系統(tǒng)控制。利用本系統(tǒng)可以使技術(shù)專家能夠隨時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài),掌握系統(tǒng)的運行情況,同時可以不親臨現(xiàn)場,在異地通過遠程控制方式對現(xiàn)場控制系統(tǒng)進行輔助調(diào)試,為現(xiàn)場調(diào)試人員提供技術(shù)指導,解決勵磁系統(tǒng)調(diào)試中的問題,為勵磁系統(tǒng)的調(diào)試節(jié)省時間和成本。隨著當今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測和控制技術(shù)越來越多的應用到工業(yè)控制領(lǐng)域,發(fā)電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化應用必將會成為未來電力行業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢。

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)遠程監(jiān)測與控制采用LABVIEW語言編程開發(fā)的應用程序軟件形式[5-7],通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)地勵磁控制計算機與遠方監(jiān)控計算機的通信。軟件主要實現(xiàn)了現(xiàn)地勵磁控制系統(tǒng)模擬量狀態(tài)、開關(guān)量狀態(tài)、控制參數(shù)、故障報警狀態(tài)、錄波數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測,同時可以向勵磁控制系統(tǒng)下發(fā)控制指令,修改系統(tǒng)控制參數(shù),而且獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以保存到遠方SQLSERVER數(shù)據(jù)庫,通過本軟件即可瀏覽數(shù)據(jù)庫中保存的歷史運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史控制參數(shù)等。

1 遠程控制設(shè)計機理

圖1 遠程控制設(shè)計機理

圖1給出了遠程控制的實現(xiàn)方法,遠方計算機程序通過將控制指令、控制參數(shù)修改數(shù)據(jù)按一定規(guī)則構(gòu)成數(shù)據(jù)包,通過TCP/IP定時發(fā)送到現(xiàn)地控制計算機,控制計算機接收到數(shù)據(jù)包后按相應的規(guī)則對數(shù)據(jù)包進行拆分,根據(jù)拆分后的數(shù)據(jù)完成現(xiàn)地控制計算機勵磁系統(tǒng)軟件對應控制操作指令的設(shè)定、控制參數(shù)的修改等任務(wù)。這樣當遠方計算機遠程控制軟件發(fā)送的數(shù)據(jù)有變化時,現(xiàn)地控制計算機操作軟件的數(shù)據(jù)對應發(fā)生變化,并完成相應的動作,由此完成對現(xiàn)地控制計算機的遠程控制功能。

2 遠程監(jiān)測設(shè)計機理

圖2給出了遠程監(jiān)測的實現(xiàn)方法,包括兩方面的內(nèi)容。一方面是將現(xiàn)場控制計算機的主界面數(shù)據(jù)（包括主要狀態(tài)量、控制量、設(shè)定量）、狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制參數(shù)數(shù)據(jù)按一定規(guī)則構(gòu)成數(shù)據(jù)包,通過TCP/IP定時發(fā)送到現(xiàn)地控制計算機,現(xiàn)地控制計算機接收到數(shù)據(jù)后按相應的規(guī)則對數(shù)據(jù)包進行拆分,顯示在遠方監(jiān)控計算機的對應的主界面、狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測界面以及控制參數(shù)監(jiān)測界面上；另一方面,對于現(xiàn)地控制計算機上的故障數(shù)據(jù)文件和錄波數(shù)據(jù)文件,采用FTP協(xié)議實現(xiàn)文件的下載功能,在現(xiàn)地控制計算機上建立FTP服務(wù)器,將故障數(shù)據(jù)文件和錄波數(shù)據(jù)文件放置在FTP服務(wù)器上,遠方監(jiān)控計算機軟件通過FTP文件下載編程,實現(xiàn)將數(shù)據(jù)文件下載到遠方計算機上,既可以在遠方監(jiān)控軟件中進行查看,也可以利用遠方計算機相應的軟件對數(shù)據(jù)文件進行分析和處理。

圖2 遠程監(jiān)測設(shè)計機理

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

圖3給出了遠方計算機監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)方法,考慮到發(fā)電機數(shù)據(jù)量并不大,因此在本系統(tǒng)實現(xiàn)時,選用了SQL SERVER數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫中建立控制參數(shù)數(shù)據(jù)表、沖擊參數(shù)數(shù)據(jù)表、模擬量狀態(tài)數(shù)據(jù)表、數(shù)字量狀態(tài)數(shù)據(jù)表,在對現(xiàn)地控制系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測時,可以在監(jiān)測過程中通過選擇是否保存數(shù)據(jù),將監(jiān)測數(shù)據(jù)保存到相應的數(shù)據(jù)表中,同時可以手動設(shè)定開始和結(jié)束保存的時刻,保存后的歷史數(shù)據(jù)通過歷史數(shù)據(jù)監(jiān)測界面進行瀏覽和查詢。

圖3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計機理

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)遠程監(jiān)測與控制軟件在具體實現(xiàn)方面整體包括監(jiān)測和控制兩方面功能。如果在現(xiàn)地控制計算機操作軟件上選擇遠方監(jiān)測模式,遠方計算機上選擇接收現(xiàn)地數(shù)據(jù),則遠方計算機監(jiān)控軟件只監(jiān)測勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù),同時有選擇地保存特定的監(jiān)測數(shù)據(jù)。如果現(xiàn)地計算機選擇遠方控制模式時,則遠方計算機可以在接收到現(xiàn)地計算機的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)后,進行重新修改和設(shè)定,從而實現(xiàn)向現(xiàn)地計算機發(fā)送控制指令、修改系統(tǒng)控制參數(shù)等操作,現(xiàn)地計算機將自動接收修改后的數(shù)據(jù)并設(shè)定到現(xiàn)地控制系統(tǒng)當中。以下為系統(tǒng)主要監(jiān)測和控制界面的具體實現(xiàn)形式。

圖4為遠程監(jiān)測與控制主界面,在主界面上可以建立或斷開與現(xiàn)場控制系統(tǒng)的internet連接,并可以通過數(shù)據(jù)發(fā)送或接收指示燈狀態(tài)標明連接成功或斷開連接的狀態(tài)。當點擊建立數(shù)據(jù)監(jiān)視連接按鈕時,數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收指示燈均變?yōu)榫G色,表示通信正常,當點擊斷開數(shù)據(jù)監(jiān)視連接按鈕時,通信斷開,數(shù)據(jù)發(fā)送和接收指示燈變?yōu)榧t色。在主界面上可以查看主要開關(guān)量、主要模擬量、運行模式、電壓恢復狀態(tài)、定子電流狀態(tài)以及參數(shù)設(shè)定值等狀態(tài)信息,同時在遠程控制模式下可以進行運行模式、電壓恢復、定子電流限制等運行方式的控制,也可以進行定子電流限制值、機端電壓設(shè)定值的設(shè)定。

圖4 遠程監(jiān)測與控制主界面

圖5 狀態(tài)量監(jiān)視界面

圖5為遠程監(jiān)測與控制狀態(tài)量監(jiān)視界面,能夠?qū)崟r顯示勵磁系統(tǒng)所有的輸入開關(guān)量和輸出開關(guān)量的狀態(tài)，包括系統(tǒng)運行模式狀態(tài)、滅磁開關(guān)、控制柜、整流柜等設(shè)備運行狀態(tài)。

圖6為遠程監(jiān)測與控制模擬量監(jiān)視界面,能夠?qū)崟r顯示勵磁系統(tǒng)所有輸入模擬量的狀態(tài)。包括機端電壓、陽極電壓、勵磁電流、發(fā)電機頻率、定子電流、控制器輸出電壓等。

圖6 模擬量監(jiān)視界面

圖7為控制參數(shù)監(jiān)視界面,能夠?qū)崟r監(jiān)測勵磁控制系統(tǒng)的AVR（自動電壓調(diào)節(jié)）控制參數(shù)、FCR（自動電流調(diào)節(jié)）控制參數(shù)以及其他控制參數(shù)的當前設(shè)定值,并且可以將當前實時顯示的控制參數(shù)保存到歷史數(shù)據(jù)庫。同時可以在遠程控制模式下,在遠方修改控制參數(shù),現(xiàn)場控制系統(tǒng)可以實時接收遠方傳來的控制參數(shù),重新設(shè)定現(xiàn)場控制系統(tǒng)參數(shù)。

圖7 控制參數(shù)監(jiān)視界面

圖8為歷史參數(shù)查看界面,歷史參數(shù)由遠方操作人員在設(shè)定或監(jiān)測系統(tǒng)時有選擇地保存到數(shù)據(jù)庫中,通過歷史參數(shù)查看界面可以查看設(shè)備運行過程中所有設(shè)定過的歷史參數(shù)值,通過對比設(shè)備的運行狀態(tài),找出設(shè)備控制參數(shù)與系統(tǒng)運行狀態(tài)的規(guī)律,確定最佳的系統(tǒng)運行參數(shù)。同時也能夠?qū)Ρ认到y(tǒng)故障數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)由系統(tǒng)參數(shù)引起的故障等。

圖9為故障及限制數(shù)據(jù)查看界面,可以查看實時的故障數(shù)據(jù)、實時限制數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、歷史限制數(shù)據(jù)等信息,在遠程監(jiān)控計算機上查看上述信息通過將現(xiàn)地勵磁控制計算機上的故障數(shù)據(jù)文件上傳到遠方計算機,再從監(jiān)控軟件中讀取故障和報警數(shù)據(jù)文件的方法實現(xiàn)。從而可以使得遠方用戶能夠不親臨現(xiàn)場,根據(jù)現(xiàn)場傳送回來的故障及報警數(shù)據(jù)文件進行診斷,分析故障原因,為現(xiàn)場調(diào)試人員提供技術(shù)指導和支持。

圖8 歷史參數(shù)查看界面

圖9 故障數(shù)據(jù)查看界面

圖10 錄波數(shù)據(jù)上傳及分析界面

圖10為遠程監(jiān)測與控制的錄波數(shù)據(jù)上傳和分析界面,通過將現(xiàn)地勵磁控制計算機上的錄波數(shù)據(jù)文件有選擇地上傳到遠方監(jiān)控計算機,在遠方監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件上打開進行分析,可以實現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)曲線的顯示,包括開關(guān)量錄波數(shù)據(jù)和模擬量錄波數(shù)據(jù)。遠方專家或者設(shè)備供應商可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的運行數(shù)據(jù)文件,以可視化的數(shù)據(jù)曲線顯示形式,分析設(shè)備的運行狀態(tài)以及關(guān)鍵運行時刻、運行工況的數(shù)據(jù),為保證設(shè)備穩(wěn)定最優(yōu)及高效運行提供輔助的決策支持。

5 結(jié)語

本文所給出的發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)遠程監(jiān)測和控制方法,能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場勵磁系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測,并能夠使遠方操作人員和專家不親臨現(xiàn)場,實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的輔助調(diào)試,為現(xiàn)場項目實施節(jié)約了成本,提高了效率。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的深入發(fā)展,發(fā)電現(xiàn)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化成為未來工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展熱點,通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)發(fā)電現(xiàn)場設(shè)備的遠程監(jiān)測以及遠程控制,對于發(fā)電設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、輔助調(diào)試,以及為系統(tǒng)遠程狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷分析提供數(shù)據(jù)來源,都有著重要的現(xiàn)實意義。

[1]王玉峰,王常虹,滕飛,等.基于Internet的遠程控制實驗系統(tǒng)[J].測控技術(shù),2004,23(2):44-45.

[2]崔星,馬越,閆清東.一種網(wǎng)絡(luò)化機器人遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].微計算機信息,2007,23(8):234-236.

[3]譚定忠,王啟明,王葉蘭,等.基于Internet的遠程機器人控制技術(shù)研究[J].機械工程師,2006(1):30-32.

[4]徐春明.C/S模式的電廠機組遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].長江大學學報(自然科學版),2014,11(1):49-52.

[5]趙學偉.基于LABVIEW的智能控制與遠程監(jiān)控的研究與應用[D].南京:南京工業(yè)大學,2004:32-36.

[6]常峰.基于WEB的LABVIEW遠程實驗管理系統(tǒng)[D].成都:電子科技大學,2013:47-52.

[7]王承宇,陳宇晨,候呁,等,基于web和labview的斷路器遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,2014,41(6):632-635.