基于LABVIEW的發電機勵磁遠程監測與控制

曲曉峰,傅磊

（哈爾濱電氣集團中央研究院,哈爾濱150028）

0 引言

隨著互聯網技術的發展,通過網絡進行現場設備的監測、控制和調試技術越來越多的應用到工業現場[1-3],在電力行業,網絡技術的應用也逐漸普及,逐漸應用到發電機及其附屬設備的遠程監控和調試中[4]。本文基于LABVIEW軟件和SQLSERVER數據庫技術開發了一個用于發電機勵磁設備的遠程監測與控制系統,主要用于目前已應用到某型號發電機勵磁控制系統。其主要用途是利用Internet技術與現場勵磁控制系統互連,實現對現場勵磁控制系統遠程的運行狀態監測、參數修改及系統控制。利用本系統可以使技術專家能夠隨時監測系統的運行狀態,掌握系統的運行情況,同時可以不親臨現場,在異地通過遠程控制方式對現場控制系統進行輔助調試,為現場調試人員提供技術指導,解決勵磁系統調試中的問題,為勵磁系統的調試節省時間和成本。隨著當今互聯網技術的發展,工業現場的網絡化監測和控制技術越來越多的應用到工業控制領域,發電設備的網絡化應用必將會成為未來電力行業發展的一個必然趨勢。

發電機勵磁系統遠程監測與控制采用LABVIEW語言編程開發的應用程序軟件形式[5-7],通過TCP/IP協議實現現地勵磁控制計算機與遠方監控計算機的通信。軟件主要實現了現地勵磁控制系統模擬量狀態、開關量狀態、控制參數、故障報警狀態、錄波數據的實時監測,同時可以向勵磁控制系統下發控制指令,修改系統控制參數,而且獲取的監測數據可以保存到遠方SQLSERVER數據庫,通過本軟件即可瀏覽數據庫中保存的歷史運行狀態數據、歷史控制參數等。

1 遠程控制設計機理

圖1 遠程控制設計機理

圖1給出了遠程控制的實現方法,遠方計算機程序通過將控制指令、控制參數修改數據按一定規則構成數據包,通過TCP/IP定時發送到現地控制計算機,控制計算機接收到數據包后按相應的規則對數據包進行拆分,根據拆分后的數據完成現地控制計算機勵磁系統軟件對應控制操作指令的設定、控制參數的修改等任務。這樣當遠方計算機遠程控制軟件發送的數據有變化時,現地控制計算機操作軟件的數據對應發生變化,并完成相應的動作,由此完成對現地控制計算機的遠程控制功能。

2 遠程監測設計機理

圖2給出了遠程監測的實現方法,包括兩方面的內容。一方面是將現場控制計算機的主界面數據（包括主要狀態量、控制量、設定量）、狀態數據、控制參數數據按一定規則構成數據包,通過TCP/IP定時發送到現地控制計算機,現地控制計算機接收到數據后按相應的規則對數據包進行拆分,顯示在遠方監控計算機的對應的主界面、狀態數據監測界面以及控制參數監測界面上；另一方面,對于現地控制計算機上的故障數據文件和錄波數據文件,采用FTP協議實現文件的下載功能,在現地控制計算機上建立FTP服務器,將故障數據文件和錄波數據文件放置在FTP服務器上,遠方監控計算機軟件通過FTP文件下載編程,實現將數據文件下載到遠方計算機上,既可以在遠方監控軟件中進行查看,也可以利用遠方計算機相應的軟件對數據文件進行分析和處理。

圖2 遠程監測設計機理

3 數據庫設計

圖3給出了遠方計算機監控軟件數據庫實現方法,考慮到發電機數據量并不大,因此在本系統實現時,選用了SQL SERVER數據庫。在數據庫中建立控制參數數據表、沖擊參數數據表、模擬量狀態數據表、數字量狀態數據表,在對現地控制系統實現監測時,可以在監測過程中通過選擇是否保存數據,將監測數據保存到相應的數據表中,同時可以手動設定開始和結束保存的時刻,保存后的歷史數據通過歷史數據監測界面進行瀏覽和查詢。

圖3 數據庫設計機理

4 系統實現

發電機勵磁控制系統遠程監測與控制軟件在具體實現方面整體包括監測和控制兩方面功能。如果在現地控制計算機操作軟件上選擇遠方監測模式,遠方計算機上選擇接收現地數據,則遠方計算機監控軟件只監測勵磁系統數據,同時有選擇地保存特定的監測數據。如果現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地計算機的狀態參數數據后,進行重新修改和設定,從而實現向現地計算機發送控制指令、修改系統控制參數等操作,現地計算機將自動接收修改后的數據并設定到現地控制系統當中。以下為系統主要監測和控制界面的具體實現形式。

圖4為遠程監測與控制主界面,在主界面上可以建立或斷開與現場控制系統的internet連接,并可以通過數據發送或接收指示燈狀態標明連接成功或斷開連接的狀態。當點擊建立數據監視連接按鈕時,數據發送和數據接收指示燈均變為綠色,表示通信正常,當點擊斷開數據監視連接按鈕時,通信斷開,數據發送和接收指示燈變為紅色。在主界面上可以查看主要開關量、主要模擬量、運行模式、電壓恢復狀態、定子電流狀態以及參數設定值等狀態信息,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、機端電壓設定值的設定。

圖4 遠程監測與控制主界面

圖5 狀態量監視界面

圖5為遠程監測與控制狀態量監視界面,能夠實時顯示勵磁系統所有的輸入開關量和輸出開關量的狀態，包括系統運行模式狀態、滅磁開關、控制柜、整流柜等設備運行狀態。

圖6為遠程監測與控制模擬量監視界面,能夠實時顯示勵磁系統所有輸入模擬量的狀態。包括機端電壓、陽極電壓、勵磁電流、發電機頻率、定子電流、控制器輸出電壓等。

圖6 模擬量監視界面

圖7為控制參數監視界面,能夠實時監測勵磁控制系統的AVR（自動電壓調節）控制參數、FCR（自動電流調節）控制參數以及其他控制參數的當前設定值,并且可以將當前實時顯示的控制參數保存到歷史數據庫。同時可以在遠程控制模式下,在遠方修改控制參數,現場控制系統可以實時接收遠方傳來的控制參數,重新設定現場控制系統參數。

圖7 控制參數監視界面

圖8為歷史參數查看界面,歷史參數由遠方操作人員在設定或監測系統時有選擇地保存到數據庫中,通過歷史參數查看界面可以查看設備運行過程中所有設定過的歷史參數值,通過對比設備的運行狀態,找出設備控制參數與系統運行狀態的規律,確定最佳的系統運行參數。同時也能夠對比系統故障數據,發現由系統參數引起的故障等。

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

圖8 歷史參數查看界面

圖9 故障數據查看界面

圖10 錄波數據上傳及分析界面

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

5 結語

本文所給出的發電機勵磁控制系統遠程監測和控制方法,能夠實現現場勵磁系統運行狀態的監測,并能夠使遠方操作人員和專家不親臨現場,實現現場設備的輔助調試,為現場項目實施節約了成本,提高了效率。隨著工業互聯網及大數據技術的深入發展,發電現場設備的網絡化成為未來工業控制領域的發展熱點,通過互聯網技術實現發電現場設備的遠程監測以及遠程控制,對于發電設備的數據采集、監測、輔助調試,以及為系統遠程狀態監測以及故障診斷分析提供數據來源,都有著重要的現實意義。

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

[2]崔星,馬越,閆清東.一種網絡化機器人遠程監控系統[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測系統設計[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控的研究與應用[D].南京:南京工業大學,2004:32-36.

[6]常峰.基于WEB的LABVIEW遠程實驗管理系統[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的斷路器遠程監控系統[J].化工自動化及儀表,2014,41(6):632-635.