基于Socket通信的風電變流器監控系統研究

方杭杭 馮麗麗 付厚 李爽 王思奇

摘要：本監控系統利用Can通信協議和Socket通信技術，編寫了基于MFC類庫開發的客戶端程序，系統分為通信模塊、控制模塊、顯示模塊、數據存儲模塊等功能模塊，系統可實現對變流器關鍵運行數據及運行狀態實時監控，對變流器研發階段功能和性能調試起到了至關重要的作用，同時本系統可應用于故障風機問題定位和問題診斷，極大的縮短了問題風機的故障解除時間。

關鍵詞：Socket通信;風力發電;變流器;監控軟件;MFC

緒論：

風電變流器是目前風力發電機組不可缺少的能量變換單元[1]，是風力發電系統的關鍵設備，其性能直接影響到風電電能質量和風力發電系統的可靠性和穩定性。

目前國內對于變流器的實時監控主要采用現場 CAN 總線[2]搭配 Lab VIEW 軟件[3]方式，或者采用串口通訊方式[4]進行數據傳輸，通過這些方式進行變流器監控的好處是可以獲取到實時數據且通訊效率與穩定性較高，缺點是在這幾種通訊方式下距離要求比較近，只能近距離使用，而變流器研發場所和風電現場的環境往往比較惡劣，為研發和維護人員工作帶來了諸多不便，因此開發變流器的遠程監控軟件成為了一件十分必要的事情。

本系統設計了一款基于CAN通信協議和Socket通信的變流器遠程監控系統，通過光纖將變流器同上位機連接，可實現遠距離實時通信。系統的實現是基于MFC框架的消息映射機制，并結合C++語言的單文檔多視圖形式完成的。設計并實現友好的用戶交互界面，使用者可以直觀、清楚的監控變流器系統的運行狀態，實現了風電變流器的遠程監控與調試，本監控系統功能框圖見圖1。

1.通信模塊

本監控系統采用C/S（客戶端/服務器）模式，將變流器作為服務器端，基于MFC[5]類庫開發的C++程序作為通信的客戶端。

1.1 鏈接超時處理

通信的建立利用CSocket類的Connect函數，通常Socket默認的連接超時時間≥15S，過長的超時時間會帶來極差的用戶體驗。本系統利用函數timeGetTime（），CancelBlockingCall（），并重載CSocket類的消息響應函數OnMessagePending（），實現對連接超時時間的控制，通過測試，本系統連接超時時間設計為300ms。

2. 控制模塊

系統通過狀態燈、控制按鈕、菜單的方式完成界面功能，顯示方式見圖2。

2.1 狀態燈

系統通過狀態燈的方式展示變流器實時運行狀態，狀態燈分為紅、綠、灰3色，系統通過狀態燈的不同顏色表示變流器的不同運行狀態，變流器的狀態變化，通過狀態燈的顏色實時展示出來。

2.2 控制按鈕

為滿足用戶操作需要，系統在不同的操作界面設計了不同的按鈕，用于向變流器下發指令，例如啟動、停止、暫停、刪除等，按鈕與變流器間的信息交互利用MFC的消息映射機制完成的。

2.3 菜單

系統通過設置菜單的方式完成系統功能，利用菜單欄完成系統各功能界面切換，利用鼠標單擊左鍵或右鍵菜單欄實現系統內功能添加和設置。

3. 顯示模塊

3.1數據采集及處理

系統與變流器間數據通信采用問答式，利用CSocket類的Send和Receive函數實現數據交互。系統向變流器發送開始命令，當系統收到變流器回傳的正確應答后向變流器發送讀慢參數指令。系統通過MFC事件函數timeSetEvent設置定時器，定時讀取來自變流器的應答數據并根據通信協議解析讀取到的數據。本系統對數據的解析結合數據糾錯、數據整合等數據處理方式，從而保證數據的正確性和完整性。

3.2 參數信息列表顯示

在實際應用中，有一部分設備運行參數是需要實時查看并顯示的，因此需要對這一批監控參數進行定時采集并顯示，由于變流器參數數量眾多，本系統利用列表控件List將參數信息顯示在列表中，方便用戶隨時查看，顯示方式如圖3所示。

3.3數據波形實時繪制

為方便觀察目標參數的實時運行趨勢，系統設計了示波器功能和數字記錄儀功能，2組功能模塊利用繪圖函數DrawText（）、MoveTo（）、LineTo（）將變流器運行數據通過曲線繪制方式實時展示在界面上，數據曲線實時繪制圖見圖4。用戶通過鼠標拖拽方式可實現對數據波形的放大，便于用戶對數據進行分析。

本系統最多可同時顯示12個參數的實時曲線信息，示波器實時曲線參數12個，數據記錄儀實時曲線參數12個。系統可選擇參數列表中任意感興趣參數添加到示波器或數據記錄儀上，參數的添加可通過參數列表界面鼠標單基右鍵功能完成。

曲線繪制區具備放大曲線功能，可根據需要通過按住鼠標左鍵選擇感興趣曲線區域，系統自動對選中區域進行重新繪制，同時可通過鼠標右鍵菜單欄回復原曲線波形，同時系統具備更改曲線的顏色、寬度、坐標軸上下限等功能，用戶可根據需要進行修改。

變流器在實際運行中，對于參數變化可能存在臨時突變的情況，通過簡單的數據數值顯示的方式無法直觀反映，將數據的數值變化通過波形的方式展示出來，更有利于研發人員直觀觀察數據變化趨勢從而對數據進行分析。

3.4 ?信息交互方法

為了滿足用戶和系統間交互的需要，系統利用MFC的菜單功能和鼠標單基和雙擊左右鍵功能，結合MFC的消息響應機制，在系統中通過消息響應函數對用戶操作的各類指令進行響應。例如，鼠標操作參數列表主要通過通知消息ON_NOTIFY分別響應NM_RCLICk、NM_DBCLK、NM_CLICK消息來完成，并通過命令消息ON_COMMAND向界面線程發送自定義消息，系統根據接收到的消息類型在其消息響應函數OnMessage（）中分別進行相應的處理。

4. 數據存儲模塊

4.1 數據存儲

系統利用ODBC數據庫存儲變流器相關參數信息，系統將接收到的數據實時存儲到TXT文檔中，文檔名稱以創建時間作為文件名，每個文檔最多存儲20000條數據，超過20000條數據文檔自動保存并關閉，并創建新的文檔用以保存新的數據。

4.2 歷史曲線繪制

利用MFC的CFile類完成txt文檔數據的存儲和讀取操作。系統將從txt文檔中讀取到的數據通過波形顯示在界面上，方便研發人員開發及調試，歷史曲線繪制見圖4。

5.實驗結果與分析

本系統已實際用于變流器的研發及故障調試，應用結果表明本監控系統能夠實現與變流器的實時通信，根據應用需要，本系統可達到每50ms接收一次數據包，同時本系統在數據處理上采用糾錯及數據整合處理，保證數據不丟失。依據網絡情況好壞，監控系統與變流器建立連接耗時在30ms左右，同時為避免網絡故障及變流器關機造成的過長的連接延時，系統設置的連接超時時間為300ms。建立通信連接后，系統與變流器通信順暢，可實時顯示變流器運行數據及運行趨勢。通過對本系統的實際應用，充分證明了本系統具有較高的穩定性、實時性和數據準確性。

6.結論

系統已成功運用于變流器研發調試及風電現場故障風機的問題處理，有效提高研發速度及變流器系統性能，能快速有效切中故障點，縮短故障機器的故障時間。實際證明系統對變流器的研發及風電現場故障機器維護有較高的實際應用價值。

參考文獻：

[1]馮江華. 風電變流器的技術現狀與發展[J]. ?大功率變流技術，2013，（3）：5-11.

[2]高翔. 風機變流器遠程監控系統設計與實現[D]：[碩士學位論文].長沙：湖南大學，2011.

[3]郭抒. 風電變流器監測系統開發與故障診斷研究[D]：[碩士學位論文]. 上海：東華大學，013.

[4]孟慶款. 基于 RS485通訊的風電變流器系統監控軟件的設計[J].工業控制計算機，2013，26（2）：4-6.

[5]張愛民，孔得鵬，王倩.工業機器人的遠程監控與診斷系統設計[J].機械，2010，37（10）：45-47.

作者簡介：

方杭杭（1986年10月） 男，籍貫：浙江東陽，工作單位：上海電氣風電集團股份有限公司，郵編：311121 職位：工程師 職稱： 中級 學位：碩士，研究方向：風電變流器設計開發。

馮麗麗（1985年1月） 女 籍貫：遼寧蓋州，工作單位：杭州師范大學，郵編：311121，職位：技術員，職稱：中級，學位：碩士，研究方向：上位機監控軟件。