基于Qt平臺下的遠程發電機勵磁控制系統

謝連忠

（北京科電億恒電力技術有限公司，北京 102206）

0 引言

現代工業設備狀態監控與故障診斷作為生產系統的重要環節，其研究成果已經取得了很大的進展，在保證生產設備安全方面發揮了重大作用［1-2］。隨著互聯網技術的發展，基于Internet 的遠程監控與故障診斷已成為當今設備診斷技術的一個研究熱點［3-4］。同步發電機是電力系統發電環節的主體，勵磁裝置是同步發電機的主要控制設備，因此保持勵磁系統的良好工作狀態對發電機及整個電力系統均具有至關重要的作用，將網絡監控技術應用于勵磁系統的監控，可實現對現場勵磁控制系統遠程的狀態監測、參數修改以及故障診斷［5-6］。本文基于Qt和JavaScript 技術開發了一個用于勵磁設備的遠程監控系統，利用本系統可以使技術人員實時監控現場發電機的運行狀態，掌握系統的運行情況，可以不用親臨現場即可協助現場人員診斷故障，指導調試，為勵磁系統的調試及維護節省時間和成本。

1 文獻綜述

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、快速開發工具Qt Designer和國際化工具Qt Linguist等部分。Qt支持所有的UNIX 系統，當然也包括Linux 系統，還支持WindowsXP/Windows7/Windows10 及以上平臺。基本上Qt 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］。

目前國內已有眾多的專家學者采用Qt 進行了工業控制與工業互聯網方面的開發與設計，其中：尚文斌［9］基于QT 開發設計了蒸汽流量計上位機控制系統，為高危工作人群提供了遠程監控平臺，取得了良好的經濟和社會效益。許夢華［10］使用Qt 作為基礎平臺，研究了地面模擬飛行控制系統，為高級飛控軟件的實現與仿真提供了思路。何強［11］在Qt 基礎上實現了嵌入式智能家居組態軟件，為FCS 等現場總線控制系統中的Qt 應用提供了創新的思路與可行途徑。高文祥等［12］基于QT 進行了工業邊緣側視覺檢測系統人機協同交互方法研究，創新提出了Qt 與工業互聯網無縫互聯的方法與技術。張帥帥等［13］基于前人研究成果，構建了Qt 平臺下的智能消防炮控制軟件，提高了系統的精度，縮短了消防炮的響應時間，取得了良好的應用效果。江維等［14］結合QT 和單片機技術，進行了直流電機無線通信控制系統的開發，論證了強電模式下的Qt應用可行性。

2 系統整體框架

圖1 給出了勵磁系統遠程監控的實現框架，現地設備通過GPRS 與遠方服務器建立通訊連接，通過MoubusTCP 協議實現數據交換。服務器收到現地數據轉發到數據庫服務器、文件服務器保存現地設備的故障數據，同時轉發到終端實時地顯示現地數據，以及將現地設備的數據轉發到Web 服務器進行網絡實時發布，推送到網絡的終端設備上進行實時顯示，同時通過接收終端設備的指令實現遠程實時控制。

圖1 系統框架

各服務器繼續多進程并行運行，傳統編程語言對于多進程并行編程要求較高，程序實現過于復雜，而Qt 基于面向對象編寫的形式無疑簡化了多進程并行編程的過程，同時Qt 提供的共享變量和DataSocket技術也簡化了任務間數據交換，這在傳統文本語言是較為復雜的，使用Qt語言實現本系統功能大大節省了開發時間。

3 通訊服務器設計原理

圖2給出了現地設備與服務器建立連接的過程，服務器單獨啟動一個TCP 監聽進程，當收到現地設備請求連接時，檢測設備ID，正確則建立連接并將鏈接句柄傳輸到實時通訊進程，根據Web 端的數據請求進行遠程通訊，讀取現地設備數據。

圖2 建立連接過程

圖3給出了現地設備與服務器實時交換數據的原理。遠程通訊使用ModbusTCP 協議，當終端設備訪問指定的現地設備時，服務器將與指定的現地設備建立實時Modbus 通訊，將現地的數據實時傳送至遠方終端進行顯示，供使用者分析。數據傳輸包括三部分，測量數據（包括主要狀態量、控制量）、控制參數、故障數據（包括soe、故障錄波），根據Modbus 請求幀組成數據包進行傳輸，服務器端接收到數據進行相應的解析，然后存儲和顯示。

圖3 數據交換原理

4 數據存儲

圖4 給出了服務器端數據存儲的實現方案，服務器端存儲現地設備的soe 和故障錄波數據，本系統的故障錄波存儲格式為comtrade 國際標準格式，所以服務器端數據存儲系統為數據庫和文件系統的結合。

圖4 數據存儲

在數據庫中建立現場設備信息表、soe 記錄表、故障錄波索引表建立連接時將現地設備信息存儲到現場設備信息表；存儲故障錄波數據時將錄波特征信息記錄到數據表中然后將錄波數據保存為標準的comtrade 文件。保存后的歷史數據可通過前端soe 界面查看soe 信息；通過數據記錄界面瀏覽故障記錄并下載錄波文件在使用者計算機上使用exm軟件進行查看分析。

5 終端設計

監控系統終端有兩種形式：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 技術將數據轉發至modbus server，再通過本公司上位機監控軟件與modbus server 進行數據交換形成C/S 架構，此方式因要安裝本公司專用軟件且只能在PC 端進行使用；Web 終端使用JavaScript 語言進行編程設計，運用了ajax 異步刷新的技術實現了瀏覽器端實時顯示現地數據，可在任意平臺使用，無局限性。

6 系統總體

發電機勵磁遠程監控系統的主要功能是監視和控制。勵磁調節器內配置了GPRS模塊。當現地調節器輸入服務器端IP 地址，即與服務器端建立了連接，此時遠程終端可以監視現地設備，當調節器允許遠程控制后，終端可以遠程下發控制指令、修改參數等調試現地設備。以下為系統主要監控界面。

圖5為現地設備狀態列表，列表顯示當前運行的調節器位置以及通訊狀態，在此界面點擊連接可以與現地設備建立實時數據通訊，實現遠程監控。

圖5 設備列表

圖6為發電機運行狀態信息，此界面可瀏覽發電機當前運行方式、主要開關量信息、發電機運行模擬量信息等，通過此界面技術人員可在遠方實時監視現地設備的運行狀態，協助現地人員進行維護調試。

圖6 發電機運行狀態

圖7為發電機當前參數信息，此界面可查看現地機組勵磁系統的運行參數，在現地設備允許控制時技術人員還可以通過此界面修改勵磁系統的參數，便于設備調試。

圖7 參數信息

圖8為設備實時報警信息，將設備當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 為設備故障列表信息，詳細記錄設備故障發生時間、恢復時間，以及故障發生時刻的錄波文件，點擊當前條數后面的下載波形即將服務器端的故障錄波文件下載到當前設備中，錄波文件為標準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，幫助技術人員分析設備的運行狀態以及變位信息，快速診斷故障原因，保證系統穩定運行。

圖10 波形分析

7 結語

本文所介紹的勵磁設備遠程監控系統方案，能夠實現與現場勵磁設備建立通訊連接從而實時監測現地發電機的運行狀態。方便技術人員和專家遠程掌控發電機運行，和遠程指導調試并診斷故障，為現場勵磁設備的投運以及運行維護提供了極大的便利，節約時間和成本。勵磁設備遠程監控為發電機持久的穩定運行提供了保證，也為勵磁技術革新突破提供了數據支持。工業遠程診斷已然成為現下的研究熱點，隨著互聯網技術的發展，網絡技術將越來越多地應用于各種工業現場，將大大提高社會的生產效率，節約社會成本。