基于Qt平台下的远程发电机励磁控制系统

谢连忠

（北京科电亿恒电力技术有限公司，北京 102206）

0 引言

现代工业设备状态监控与故障诊断作为生产系统的重要环节，其研究成果已经取得了很大的进展，在保证生产设备安全方面发挥了重大作用［1-2］。随着互联网技术的发展，基于Internet 的远程监控与故障诊断已成为当今设备诊断技术的一个研究热点［3-4］。同步发电机是电力系统发电环节的主体，励磁装置是同步发电机的主要控制设备，因此保持励磁系统的良好工作状态对发电机及整个电力系统均具有至关重要的作用，将网络监控技术应用于励磁系统的监控，可实现对现场励磁控制系统远程的状态监测、参数修改以及故障诊断［5-6］。本文基于Qt和JavaScript 技术开发了一个用于励磁设备的远程监控系统，利用本系统可以使技术人员实时监控现场发电机的运行状态，掌握系统的运行情况，可以不用亲临现场即可协助现场人员诊断故障，指导调试，为励磁系统的调试及维护节省时间和成本。

1 文献综述

Qt是一个跨平台的C++图形用户界面库，由挪威TrollTech 公司出品，包括Qt、基于Frame-Buffer 的Qtopia Core、快速开发工具Qt Designer和国际化工具Qt Linguist等部分。Qt支持所有的UNIX 系统，当然也包括Linux 系统，还支持WindowsXP/Windows7/Windows10 及以上平台。基本上Qt 同X-Window 上的Motif、Openwin、GTK 等图形界面库和Windows 平台上的MFC、OWL、VCL、ATL是同类型的［7-8］。

目前国内已有众多的专家学者采用Qt 进行了工业控制与工业互联网方面的开发与设计，其中：尚文斌［9］基于QT 开发设计了蒸汽流量计上位机控制系统，为高危工作人群提供了远程监控平台，取得了良好的经济和社会效益。许梦华［10］使用Qt 作为基础平台，研究了地面模拟飞行控制系统，为高级飞控软件的实现与仿真提供了思路。何强［11］在Qt 基础上实现了嵌入式智能家居组态软件，为FCS 等现场总线控制系统中的Qt 应用提供了创新的思路与可行途径。高文祥等［12］基于QT 进行了工业边缘侧视觉检测系统人机协同交互方法研究，创新提出了Qt 与工业互联网无缝互联的方法与技术。张帅帅等［13］基于前人研究成果，构建了Qt 平台下的智能消防炮控制软件，提高了系统的精度，缩短了消防炮的响应时间，取得了良好的应用效果。江维等［14］结合QT 和单片机技术，进行了直流电机无线通信控制系统的开发，论证了强电模式下的Qt应用可行性。

2 系统整体框架

图1 给出了励磁系统远程监控的实现框架，现地设备通过GPRS 与远方服务器建立通讯连接，通过MoubusTCP 协议实现数据交换。服务器收到现地数据转发到数据库服务器、文件服务器保存现地设备的故障数据，同时转发到终端实时地显示现地数据，以及将现地设备的数据转发到Web 服务器进行网络实时发布，推送到网络的终端设备上进行实时显示，同时通过接收终端设备的指令实现远程实时控制。

图1 系统框架

各服务器继续多进程并行运行，传统编程语言对于多进程并行编程要求较高，程序实现过于复杂，而Qt 基于面向对象编写的形式无疑简化了多进程并行编程的过程，同时Qt 提供的共享变量和DataSocket技术也简化了任务间数据交换，这在传统文本语言是较为复杂的，使用Qt语言实现本系统功能大大节省了开发时间。

3 通讯服务器设计原理

图2给出了现地设备与服务器建立连接的过程，服务器单独启动一个TCP 监听进程，当收到现地设备请求连接时，检测设备ID，正确则建立连接并将链接句柄传输到实时通讯进程，根据Web 端的数据请求进行远程通讯，读取现地设备数据。

图2 建立连接过程

图3给出了现地设备与服务器实时交换数据的原理。远程通讯使用ModbusTCP 协议，当终端设备访问指定的现地设备时，服务器将与指定的现地设备建立实时Modbus 通讯，将现地的数据实时传送至远方终端进行显示，供使用者分析。数据传输包括三部分，测量数据（包括主要状态量、控制量）、控制参数、故障数据（包括soe、故障录波），根据Modbus 请求帧组成数据包进行传输，服务器端接收到数据进行相应的解析，然后存储和显示。

图3 数据交换原理

4 数据存储

图4 给出了服务器端数据存储的实现方案，服务器端存储现地设备的soe 和故障录波数据，本系统的故障录波存储格式为comtrade 国际标准格式，所以服务器端数据存储系统为数据库和文件系统的结合。

图4 数据存储

在数据库中建立现场设备信息表、soe 记录表、故障录波索引表建立连接时将现地设备信息存储到现场设备信息表；存储故障录波数据时将录波特征信息记录到数据表中然后将录波数据保存为标准的comtrade 文件。保存后的历史数据可通过前端soe 界面查看soe 信息；通过数据记录界面浏览故障记录并下载录波文件在使用者计算机上使用exm软件进行查看分析。

5 终端设计

监控系统终端有两种形式：一种是web 浏览器终端，一种是软件客户端；软件客户端使用了DataSocket 技术将数据转发至modbus server，再通过本公司上位机监控软件与modbus server 进行数据交换形成C/S 架构，此方式因要安装本公司专用软件且只能在PC 端进行使用；Web 终端使用JavaScript 语言进行编程设计，运用了ajax 异步刷新的技术实现了浏览器端实时显示现地数据，可在任意平台使用，无局限性。

6 系统总体

发电机励磁远程监控系统的主要功能是监视和控制。励磁调节器内配置了GPRS模块。当现地调节器输入服务器端IP 地址，即与服务器端建立了连接，此时远程终端可以监视现地设备，当调节器允许远程控制后，终端可以远程下发控制指令、修改参数等调试现地设备。以下为系统主要监控界面。

图5为现地设备状态列表，列表显示当前运行的调节器位置以及通讯状态，在此界面点击连接可以与现地设备建立实时数据通讯，实现远程监控。

图5 设备列表

图6为发电机运行状态信息，此界面可浏览发电机当前运行方式、主要开关量信息、发电机运行模拟量信息等，通过此界面技术人员可在远方实时监视现地设备的运行状态，协助现地人员进行维护调试。

图6 发电机运行状态

图7为发电机当前参数信息，此界面可查看现地机组励磁系统的运行参数，在现地设备允许控制时技术人员还可以通过此界面修改励磁系统的参数，便于设备调试。

图7 参数信息

图8为设备实时报警信息，将设备当前存在的报警和故障列成一个表格显示，便于查看分析。

图8 报警信息

图9 为设备故障列表信息，详细记录设备故障发生时间、恢复时间，以及故障发生时刻的录波文件，点击当前条数后面的下载波形即将服务器端的故障录波文件下载到当前设备中，录波文件为标准comtrade 格式，可以用任意comtrade分析软件打开查看波形信息。

图9 故障列表

图10 为波形分析界面，通过此界面可以打开故障录波文件，以曲线的形式显示故障信息，帮助技术人员分析设备的运行状态以及变位信息，快速诊断故障原因，保证系统稳定运行。

图10 波形分析

7 结语

本文所介绍的励磁设备远程监控系统方案，能够实现与现场励磁设备建立通讯连接从而实时监测现地发电机的运行状态。方便技术人员和专家远程掌控发电机运行，和远程指导调试并诊断故障，为现场励磁设备的投运以及运行维护提供了极大的便利，节约时间和成本。励磁设备远程监控为发电机持久的稳定运行提供了保证，也为励磁技术革新突破提供了数据支持。工业远程诊断已然成为现下的研究热点，随着互联网技术的发展，网络技术将越来越多地应用于各种工业现场，将大大提高社会的生产效率，节约社会成本。