兩種基于web的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)遠程監(jiān)測方法

傅 磊,劉甲林

(哈爾濱電機廠有限責任公司,哈爾濱 150036)

兩種基于web的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)遠程監(jiān)測方法

傅 磊,劉甲林

(哈爾濱電機廠有限責任公司,哈爾濱 150036)

根據(jù)同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的典型監(jiān)測功能,基于在LABVIEW環(huán)境下開發(fā)的勵磁控制系統(tǒng)軟件,給出了一種基于web發(fā)布技術(shù)的瀏覽器遠程監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方法,所設(shè)計的系統(tǒng)在LABVIEW組件支持下能夠在局域網(wǎng)或internet網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)遠程監(jiān)測功能。利用AJAX技術(shù),給出了一種基于web應(yīng)用開發(fā)的瀏覽器遠程監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方法,所設(shè)計的系統(tǒng)能夠在計算機或移動終端設(shè)備僅安裝瀏覽器的條件下,在局域網(wǎng)或internet網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)勵磁控制系統(tǒng)的遠程監(jiān)測。

同步發(fā)電機;勵磁控制系統(tǒng); LABVIEW; AJAX;遠程監(jiān)測

發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)作為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分,直接影響到發(fā)電機系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。當電力系統(tǒng)正常運行時,發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)通過控制發(fā)電機機端電壓來減小電壓波動,控制無功平衡無功功率的分配;當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,發(fā)電機勵磁系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。因此,為保證勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,對勵磁系統(tǒng)設(shè)備及運行狀況進行監(jiān)測是必不可少的[1-2]。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的日趨普及,網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)測作為一項監(jiān)測技術(shù),逐漸成為一個熱門的應(yīng)用方向。在工業(yè)控制領(lǐng)域,越來越多的工業(yè)產(chǎn)品提供網(wǎng)絡(luò)互連接口,逐漸代替了原來的串口通信等通信技術(shù),工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)可以直接接入到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),甚至可以接入企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng),從而打破了原來自動化信息孤島的局面,為監(jiān)測設(shè)備提供了方便。另一方面,遠程監(jiān)測技術(shù)的實施使得設(shè)備提供商不再凡事都親臨現(xiàn)場,而是通過遠程監(jiān)測就可以在企業(yè)內(nèi)部甚至異地進行現(xiàn)場設(shè)備診斷,得到設(shè)備運行狀況信息,為現(xiàn)場操作人員提供診斷和維護意見。因此,遠程監(jiān)測為系統(tǒng)的故障診斷和維護提供了技術(shù)支持,也降低了服務(wù)人員凡事都必須到現(xiàn)場調(diào)試和維護的安全風險[3-4]。

本文針對勵磁控制系統(tǒng)的主要監(jiān)測功能,基于已投用的某型號沖擊發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng),根據(jù)所采用的控制器的不同,給出了兩種基于web的遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測軟件的設(shè)計及實現(xiàn)方法。一種實現(xiàn)方法是勵磁控制器采用NI Compact RIO工業(yè)控制器,將其作為web服務(wù)器,或利用上位控制計算機作為web服務(wù)器實現(xiàn)遠程監(jiān)測。另一種實現(xiàn)方法是勵磁控制器采用研華工業(yè)控制器MIC2000,通過利用上位控制計算機作為web服務(wù)器實現(xiàn)基于web的遠程監(jiān)測。

1 沖擊發(fā)電機勵磁典型監(jiān)測功能

沖擊發(fā)電機又叫做短路發(fā)電機,主要用于高壓開關(guān)的短路試驗,使發(fā)電機上升到指定電壓,負載端接入高壓開關(guān),瞬間開關(guān)閉合斷開,以測試開關(guān)的高壓大電流閉合斷開性能。沖擊發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)功能與常規(guī)的同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)功能基本相同。勵磁控制系統(tǒng)由兩套獨立控制器通道和一套獨立模擬通道構(gòu)成,每個控制器通道分別包括機端電壓控制和勵磁電流控制兩個閉環(huán)控制環(huán)節(jié),模擬通道采用由模擬電路搭建的控制回路,實現(xiàn)勵磁電流的閉環(huán)控制。與常規(guī)發(fā)電機勵磁控制不同的是,沖擊發(fā)電機在投入應(yīng)用后,一般只運行在機端電壓調(diào)節(jié)模式,根據(jù)現(xiàn)場工況進行電壓閉環(huán)控制。核心控制功能包括PID控制以及各種限制(例如轉(zhuǎn)子電流限制)和保護(例如PT斷線保護、脈沖丟失保護)等。上位機軟件通常負責對控制運行狀態(tài)和參數(shù)的監(jiān)視以及參數(shù)調(diào)節(jié)。其主要功能通常包括:

1) 操作方式選擇。根據(jù)允許操作的地點選擇是在設(shè)備現(xiàn)場計算機上操作還是在遠程中控室的計算機上操作。

2) 運行方式。根據(jù)運行工況選擇機端電壓調(diào)節(jié)模式、勵磁電流調(diào)節(jié)模式、模擬通道勵磁電流調(diào)節(jié)模式等模式中的一種。

3) 給定值設(shè)置。根據(jù)運行工況通過操作界面改變閉環(huán)控制的給定值。

4) 定子電流限制值設(shè)置。根據(jù)運行工況通過操作界面改變定子電流限制閾值。

5) 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。根據(jù)運行工況設(shè)置電壓閉環(huán)控制參數(shù)、電流閉環(huán)控制參數(shù)、限制保護參數(shù)、定標變量參數(shù)、沖擊參數(shù)等。

6) 狀態(tài)監(jiān)視。監(jiān)測與勵磁系統(tǒng)有關(guān)的監(jiān)測點和控制點的運行狀態(tài),包括機端電壓、勵磁電流等模擬量和滅磁開關(guān)、短路開關(guān)、整流橋投切、通道在線等狀態(tài)量,調(diào)節(jié)器內(nèi)部運行狀態(tài)、系統(tǒng)限制功能狀態(tài)等。

7) 故障監(jiān)測。包括實時故障、歷史故障、實時限制、歷史限制記錄。

8) 數(shù)據(jù)分析。主要用于重要模擬量和狀態(tài)量的實時曲線顯示,以及曲線的歷史記錄和保存。自動記錄故障點前后一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù),手動保存特定時間段的數(shù)據(jù)量變化。

2 基于web發(fā)布技術(shù)的勵磁控制系統(tǒng)遠程監(jiān)測

基于LABVIEW的web發(fā)布技術(shù)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)的勵磁控制器采用美國NI公司基于工業(yè)以太網(wǎng)的Compact RIO工業(yè)控制器,此控制器面向工業(yè)過程實時控制,采用開放式、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,維護簡單,升級方便,采用嵌入式操作系統(tǒng),實時性強。同時實時控制器與FPGA相結(jié)合,滿足硬實時與軟實時的需求,支持實時控制應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)[5-6],而用于遠程監(jiān)測的核心功能就是此款控制器支持基于web的應(yīng)用程序發(fā)布功能[7-8]。由于此控制器目前的應(yīng)用日趨廣泛,并且已在發(fā)電機勵磁領(lǐng)域有一定的應(yīng)用,而且針對web應(yīng)用技術(shù),LABVIEW提供了一套比較完整的web發(fā)布方法,不需要進行復(fù)雜的web開發(fā),因此本文給出了利用此控制器實現(xiàn)web遠程監(jiān)測的方法。

使用Compact RIO控制器實現(xiàn)web遠程監(jiān)測使用了兩種方法:

1) 使用控制器本身作為web服務(wù)器。首先采用NI MAX軟件在控制器上安裝web服務(wù)器應(yīng)用,同時配置控制器的IP地址。之后利用LABVIEW開發(fā)監(jiān)測程序VI,將其作為一個子VI加入到控制器運行的應(yīng)用程序中。監(jiān)測程序與控制器程序直接通信,獲取控制器程序中的監(jiān)測數(shù)據(jù),將控制器應(yīng)用程序生成獨立的嵌入式系統(tǒng)可執(zhí)行應(yīng)用程序,通過配置將其作為可自啟動的應(yīng)用程序,當控制器上電后應(yīng)用程序自動運行,保證用于遠程監(jiān)測的VI程序也同時自動運行。

勵磁控制系統(tǒng)遠程監(jiān)測程序依照前述沖擊發(fā)電機的主要監(jiān)測功能實現(xiàn),由6個子界面構(gòu)成,分別為主要參數(shù)監(jiān)視界面、狀態(tài)量監(jiān)視界面、模擬量監(jiān)視界面、控制參數(shù)監(jiān)視界面、沖擊參數(shù)監(jiān)視界面、故障報警監(jiān)視界面。通過lABVIEW的web發(fā)布功能,將應(yīng)用程序VI發(fā)布成網(wǎng)頁,在瀏覽器中顯示的監(jiān)控網(wǎng)頁如圖1所示。從圖1可以看到,開發(fā)好的應(yīng)用程序VI以插件形式嵌入到網(wǎng)頁中,將此網(wǎng)頁拷貝到Compact RIO控制器的web服務(wù)器根目錄,然后就需配置控制器的web訪問設(shè)置。在控制器程序開發(fā)工程中,打開web server配置頁面,勾選遠程前面板服務(wù)器配置HTTP端口和遠程前面板選項,后續(xù)還有一些訪問限制功能,如選擇用戶可以訪問的VI,通過設(shè)置IP地址允許指定用戶訪問遠程監(jiān)測頁面,根據(jù)具體需要可以有選擇地進行配置。通過上述配置,在每次Compact RIO控制器啟動后,就可以利用局域網(wǎng)計算機的瀏覽器,通過輸入由IP地址、端口以及指定監(jiān)測HTML頁面名稱構(gòu)成的HTTP地址進行監(jiān)測頁面的訪問。在實際應(yīng)用中,由于直接訪問控制器給控制器帶來了網(wǎng)絡(luò)安全問題,因此上述方法適合在局域網(wǎng)內(nèi)訪問。

圖1 基于web發(fā)布技術(shù)的遠程監(jiān)測主頁面

2) 利用上位控制計算機作為web服務(wù)器進行遠程訪問。首先將已開發(fā)的監(jiān)測應(yīng)用程序VI從開發(fā)程序的控制器端轉(zhuǎn)移到客戶端,之后在客戶端將此VI加入到上位計算機的應(yīng)用程序中,生成獨立的可執(zhí)行程序。在上位計算機監(jiān)控軟件運行時,監(jiān)測應(yīng)用程序VI保證同時運行,再利用應(yīng)用程序web發(fā)布工具進行web頁面發(fā)布,將發(fā)布的頁面拷貝到指定的文件目錄下,然后在控制計算機上進行web服務(wù)器配置。具體方法為:打開開發(fā)程序工程中的web server配置功能,勾選遠程面板服務(wù)器功能,設(shè)置已經(jīng)發(fā)布網(wǎng)頁所在的文件目錄為web服務(wù)器的主目錄,配置HTTP端口,勾選遠程前面板選項,同樣后續(xù)也可以進行指定VI和指定用戶的頁面訪問限制功能。通過配置,可以將控制計算機作為web服務(wù)器進行遠程訪問,在局域網(wǎng)內(nèi)的訪問方式與以控制器作為web服務(wù)器的訪問方法相同。每次需要訪問之前,首先運行上位控制計算機的控制軟件,同時啟動web服務(wù)器,之后即可通過遠程客戶端的瀏覽器進行遠程訪問監(jiān)測頁面。這種配置的優(yōu)點在于遠程訪問客戶端不直接訪問控制器,上位控制計算機可以將遠程客戶端與控制器進行物理上的隔離,避免了直接訪問控制器的網(wǎng)絡(luò)安全問題?；趙eb的勵磁系統(tǒng)遠程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于web發(fā)布技術(shù)的遠程監(jiān)測結(jié)構(gòu)

在上面給出的兩種監(jiān)測方法中,通過測試均可在局域網(wǎng)范圍內(nèi)進行訪問。而在internet上訪問,必須連通web服務(wù)器與internet的網(wǎng)絡(luò),在本設(shè)計中是利用域名訪問方式實現(xiàn)的。首先申請域名,然后利用花生殼域名解析軟件,通過內(nèi)網(wǎng)映射,進行internet訪問。對于控制器作為web服務(wù)器的方法,需要申請公網(wǎng)固定IP地址作為控制器的IP地址,直接訪問控制器的web服務(wù)器,但此時只有連通公網(wǎng)的局域網(wǎng)內(nèi)計算機可以訪問,而局域網(wǎng)內(nèi)卻不能訪問,局域網(wǎng)內(nèi)訪問需要通過控制器的另外一個以太網(wǎng)口連接到局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)。對于上位控制計算機作為web服務(wù)器的方法,上位控制計算機同樣配備雙網(wǎng)卡結(jié)構(gòu),一個網(wǎng)口連接局域網(wǎng),另一個網(wǎng)口連接公網(wǎng)。連接公網(wǎng)的網(wǎng)口可以采用無線網(wǎng)卡,也可以通過有線寬帶連接。只要遠程計算機客戶端能夠接入internet,便可通過由域名、端口、網(wǎng)頁名構(gòu)成的HTTP地址在瀏覽器中進行訪問。

3 基于web應(yīng)用開發(fā)的勵磁控制系統(tǒng)遠程監(jiān)測

上面所實現(xiàn)的勵磁系統(tǒng)遠程監(jiān)測僅僅是針對基于Compact RIO控制器,采用LABVIEW開發(fā)勵磁控制系統(tǒng)所實施的web遠程監(jiān)測方法。如果要實現(xiàn)遠程訪問,遠程監(jiān)測客戶端必須安裝lABVIEW運行環(huán)境組件,因此一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。針對這種情況,本文又給出了一種通用環(huán)境下實現(xiàn)遠程監(jiān)測的開發(fā)方法,無論是何種開發(fā)環(huán)境所開發(fā)的上位控制軟件,只要上位控制軟件能夠?qū)崟r存儲并更新數(shù)據(jù)文件即可。依托背景是某型號沖擊發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng),下位控制器采用研華MIC2000控制器,上位控制計算機采用研華PPC-128T,軟件采用VC開發(fā)。采用此方法設(shè)計的web遠程監(jiān)測系統(tǒng),不需要依賴某種特定運行環(huán)境,只需在遠程計算機上安裝瀏覽器即可,而且不需要安裝任何插件。設(shè)計的系統(tǒng)采用AJAX技術(shù),與傳統(tǒng)web應(yīng)用開發(fā)方式不同,AJAX是一種創(chuàng)建交互式動態(tài)網(wǎng)頁應(yīng)用的開發(fā)技術(shù),能夠有選擇性的向服務(wù)器發(fā)送所需要的數(shù)據(jù),并取回指定的數(shù)據(jù),在客戶端采用javascript處理數(shù)據(jù),在網(wǎng)頁不整體刷新的條件下動態(tài)提取并顯示數(shù)據(jù)?；贏JAX架構(gòu)的web應(yīng)用顯著的優(yōu)點就是在小規(guī)模應(yīng)用中不再需要ASP、JSP等動態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù),因此所開發(fā)的應(yīng)用程序更小、更快,同時當前的瀏覽器,例如IE、360、FIREFOX,以及這些瀏覽器的智能手機端版本,均能在不需要安裝插件的情況下良好運行所開發(fā)的頁面?；趙eb的勵磁系統(tǒng)遠程監(jiān)測應(yīng)用的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于web開發(fā)技術(shù)的遠程監(jiān)測結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由帶有web瀏覽器的遠程客戶機、本地客戶機、web服務(wù)器以及勵磁控制器構(gòu)成?？蛻魴C可以是安裝了瀏覽器的計算機,也可以是安裝了瀏覽器的智能手機(iOS、Android、Windows Phone)。服務(wù)器采用現(xiàn)場上位控制計算機(研華PPC-128T),服務(wù)器上運行windows XP系統(tǒng),由于XP系統(tǒng)自帶IIS,因此不需要另外安裝web服務(wù)器軟件。通過配置好IIS即可作為web服務(wù)器使用,上位控制計算機(PPC-128T)上運行的控制操作軟件(采用VC6.0開發(fā))與下位勵磁控制器(MIC2000)之間的通信采用串口通信方式。當勵磁控制系統(tǒng)運行時,下位控制器負責采集勵磁系統(tǒng)參數(shù)及狀態(tài)信息,上位控制計算機運行的控制界面軟件程序利用串口通信獲取控制器上的監(jiān)測數(shù)據(jù)或下發(fā)控制指令給控制器;上位控制軟件程序?qū)@取的監(jiān)測數(shù)據(jù)在顯示到界面的同時,利用數(shù)據(jù)寫入文件程序?qū)⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)寫入指定的數(shù)據(jù)文件,并定時更新,這樣就保證了實時數(shù)據(jù)均能存儲到數(shù)據(jù)文件。之后在web網(wǎng)頁中采用AJAX架構(gòu)編寫定時讀取文件程序讀取存儲實時數(shù)據(jù)的文件,在web頁面上實時動態(tài)顯示,這樣就完成了基于web方式的勵磁控制系統(tǒng)監(jiān)測任務(wù)。

基于上述方法所開發(fā)的勵磁控制系統(tǒng)web遠程監(jiān)測,在指定IP地址和端口的條件下可在局域網(wǎng)內(nèi)利用瀏覽器訪問,實現(xiàn)效果如圖4所示。遠程監(jiān)測系統(tǒng)由主監(jiān)控畫面、狀態(tài)量監(jiān)測、模擬量監(jiān)測、控制參數(shù)監(jiān)測、沖擊參數(shù)監(jiān)測等五部分構(gòu)成。監(jiān)測數(shù)據(jù)在上位控制軟件實時動態(tài)存儲文件數(shù)據(jù)改變時,能實時動態(tài)刷新。

圖4 基于AJAX技術(shù)的web監(jiān)測主頁面

可以看出,基于web應(yīng)用開發(fā)的勵磁控制遠程監(jiān)測系統(tǒng)可以脫離勵磁控制系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境,無論針對是何種開發(fā)環(huán)境開發(fā)的上位控制計算機軟件,只要上位控制計算機軟件能夠?qū)崟r更新數(shù)據(jù)存儲文件即可,使其應(yīng)用范圍明顯擴大。通過實際測試表明,基于web應(yīng)用開發(fā)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)可以在局域網(wǎng)范圍內(nèi)和internet范圍內(nèi)進行訪問。在本系統(tǒng)測試過程中,通過使用無線網(wǎng)卡將上位計算機接入internet,通過申請域名、安裝域名解析軟件、配置內(nèi)網(wǎng)端口映射,實現(xiàn)了internet訪問功能。在測試過程中,計算機安裝的IE瀏覽器、360瀏覽器,手機端安裝的IE瀏覽器、safari瀏覽器,QQ瀏覽器均能實現(xiàn)遠程監(jiān)測界面的正常訪問,并能實現(xiàn)在整體頁面不刷新的情況下動態(tài)實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

基于web的勵磁控制系統(tǒng)遠程監(jiān)測技術(shù)能夠以較低的成本為現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控人員隨時隨地實現(xiàn)遠離設(shè)備現(xiàn)場的監(jiān)測任務(wù),為異地的故障診斷專家進行勵磁設(shè)備運行狀態(tài)的分析和診斷提供技術(shù)支持,大大降低了設(shè)備的維護成本,提高了現(xiàn)場勵磁設(shè)備監(jiān)測及診斷維護的便捷性。由此可以看到,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,遠程監(jiān)測技術(shù)必將在電力行業(yè)應(yīng)用方面獲得更大的發(fā)展空間。

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(責任編輯 侯世春)

Two methods of remote supervision and measurement of generator excitation system

FU Lei, LIU Jialin

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150036, China)

According to the typical supervision and measurement function of synchronous generator excitation control system, a kind of remote supervision and measurement method using browser based on web publishing technology was given under the background of excitation control system software developed by LABVIEW. The remote supervision and measurement function can be implemented via local or internet network by the support of LABVIEW component. Then, using AJAX technology a kind of browser remote supervision and measurement method based on web application development was presented. The remote supervision and measurement of excitation control system can be executed in local or internet network by only using network browser installed on PC or mobile terminal device.

synchronous generator; excitation control system; LABVIEW; AJAX; remote supervision and measurement

2014-04-16。

傅 磊(1978—),男，博士,工程師,主要從事發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)軟件開發(fā)研究工作。

TM761.11

A

2095-6843(2015)05-0447-05