發(fā)電機(jī)組監(jiān)控裝置測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

［關(guān)鍵詞］發(fā)電機(jī)組；監(jiān)控裝置；監(jiān)控測(cè)試

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM612 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0122–03

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

文章所設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組監(jiān)控裝置由電源管理板、監(jiān)測(cè)板、機(jī)頭控制板構(gòu)成，監(jiān)控裝置的架構(gòu)如圖1所示。在機(jī)組電氣箱中設(shè)置電源管理板和檢測(cè)板，利用電氣箱和滑環(huán)連接機(jī)頭控制板，使電流信號(hào)能將信息傳輸?shù)诫姵毓芾戆逯校⑶疑蟼靼l(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通過(guò)分析監(jiān)控裝置的功能和工作流程，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括以下幾點(diǎn)。

（1）通道測(cè)試。監(jiān)控裝置和傳感器的數(shù)據(jù)傳輸方式較多，傳輸通道工作狀態(tài)對(duì)裝置收集傳感器數(shù)據(jù)具有重要影響，因此要求系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)控裝置的傳感器進(jìn)行測(cè)試。

（2）控制算法測(cè)試。利用三閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控裝置的變槳距操作，對(duì)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)與安全保護(hù)等有重要作用。變槳距調(diào)節(jié)裝置能夠保障發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行，所以要求測(cè)試系統(tǒng)中具備變槳距測(cè)試功能，從而測(cè)試控制算法。

（3）控制邏輯測(cè)試?？刂七壿嫓y(cè)試重點(diǎn)是為應(yīng)對(duì)監(jiān)控裝置中出現(xiàn)的故障、數(shù)據(jù)超限等問(wèn)題。所以，可通過(guò)控制邏輯測(cè)試提高監(jiān)控裝置的診斷與處理能力。

（4）通信測(cè)試。通過(guò)CAN總線總結(jié)機(jī)組上傳的工作參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)，由操作人員下發(fā)控制指令。

2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

基于分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多任務(wù)、多進(jìn)程處理。另外，用戶(hù)可以使用手動(dòng)或自動(dòng)兩種方式進(jìn)行控制，從而滿(mǎn)足不同的測(cè)試和操作需求。

2.1通信協(xié)議設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)度中心的內(nèi)外部和監(jiān)控中心進(jìn)行系統(tǒng)通信，內(nèi)部通信為主控站上位機(jī)和現(xiàn)地單元下位機(jī)通信、PLC和機(jī)組單元的通信等。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度中心通信。將監(jiān)控系統(tǒng)中的信息和調(diào)度系統(tǒng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)交換，接收到調(diào)度中心的命令后發(fā)送發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)，包括遙測(cè)、遙感、遙信等。此種通信方式為串口通信，能夠和其他規(guī)約的可開(kāi)發(fā)通信進(jìn)行連接。

（2）上位機(jī)與下位機(jī)。上位機(jī)通過(guò)PC計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，下位機(jī)通過(guò)IPC和PLC設(shè)計(jì)。利用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)界面，利用RS485總線通信，并且對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)總線轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)下位機(jī)進(jìn)行巡檢和控制。

（3）設(shè)備智能通信。在現(xiàn)場(chǎng)控制單元設(shè)置RS485接口，實(shí)現(xiàn)智能儀器通信，如溫度巡檢儀、PLC、交流儀器等。再通過(guò)附屬設(shè)備開(kāi)展串行通信，在多站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)PLC和智能設(shè)備的通信，如操作器、無(wú)刷勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等。

（4）IPC和PLC的通信。利用PS485實(shí)現(xiàn)通信，通信雙方設(shè)置相同的通信參數(shù)，以通信規(guī)約和協(xié)議中的規(guī)定來(lái)編寫(xiě)通信程序。

2.2開(kāi)關(guān)控制程序

通過(guò)開(kāi)關(guān)控制對(duì)機(jī)組輔助設(shè)備與調(diào)速操作設(shè)備進(jìn)行邏輯控制，方便系統(tǒng)的后期調(diào)試。設(shè)計(jì)基于PLC的自動(dòng)化模塊結(jié)構(gòu)，包括主程序、子程序與終端程序。若發(fā)電機(jī)斷路器的啟動(dòng)機(jī)組為分閘狀態(tài)，利用接力器將機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置為復(fù)歸狀態(tài)。并對(duì)系統(tǒng)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視，且對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)。在停機(jī)時(shí)將停機(jī)命令通過(guò)按鈕發(fā)送給管理人員，假如機(jī)組出現(xiàn)故障，繼電器能夠自動(dòng)操作，讓機(jī)組停機(jī)。若發(fā)電機(jī)的內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題，可以開(kāi)啟差動(dòng)保護(hù)，避免發(fā)電機(jī)與機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。

2.3人機(jī)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)使用觸摸屏的方式實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觸屏畫(huà)面要設(shè)計(jì)主畫(huà)面和初始畫(huà)面。系統(tǒng)將初始畫(huà)面打開(kāi)后能夠顯示系統(tǒng)的基本信息，操作人員根據(jù)信息開(kāi)展初始化操作。在設(shè)計(jì)人機(jī)界面的過(guò)程中，主畫(huà)面為重點(diǎn)內(nèi)容，能夠展現(xiàn)系統(tǒng)的信息。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，要針對(duì)故障信號(hào)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的機(jī)組故障、事故等畫(huà)面，還要設(shè)計(jì)事故信號(hào)燈，假如出現(xiàn)故障能夠及時(shí)的進(jìn)入到畫(huà)面中查看。

2.4數(shù)據(jù)收集傳感器

利用現(xiàn)場(chǎng)傳感器將各測(cè)量點(diǎn)信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理模塊中，對(duì)收集的數(shù)據(jù)、信號(hào)將進(jìn)行調(diào)理，將調(diào)理的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡PXI–6052E中，利用主機(jī)箱和從機(jī)箱構(gòu)建PXI系統(tǒng)，通過(guò)MXI–3技術(shù)和光纜連接機(jī)箱。MXI–3技術(shù)能夠連接標(biāo)準(zhǔn)PCI–PCI橋技術(shù)，是一種PCI總線連接技術(shù)。將兩個(gè)MXI–3模塊設(shè)置到系統(tǒng)的主組合式機(jī)箱中，分別安裝在系統(tǒng)槽和主機(jī)箱任意槽中，實(shí)現(xiàn)PIX系統(tǒng)模塊和計(jì)算機(jī)的通信，對(duì)兩個(gè)機(jī)箱進(jìn)行級(jí)聯(lián)。根據(jù)PXI規(guī)范對(duì)機(jī)箱進(jìn)行擴(kuò)展，還能夠遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)。PXI系統(tǒng)與機(jī)組的位置較接近，可將信號(hào)傳輸線設(shè)置到機(jī)組中。PXI總線儀器具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可對(duì)通道的數(shù)量和類(lèi)型進(jìn)行分析。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

發(fā)電機(jī)組監(jiān)控裝置測(cè)試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)（圖2）由控制層面和功能層面構(gòu)成，其主要包括以下方面。

（1）用戶(hù)接口。管理用戶(hù)的測(cè)試，并且對(duì)文檔中用戶(hù)的功能界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)單元測(cè)試和控制管理進(jìn)行操作。

（2）系統(tǒng)核心。要求對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度，并且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)底層的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行訪問(wèn)、存儲(chǔ)與管理，并且利用ADO接口對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。還能夠調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)序，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)各個(gè)功能模塊之間的消息。

（3）功能驅(qū)動(dòng)。將功能驅(qū)動(dòng)提供給用戶(hù)界面，從而實(shí)現(xiàn)單元測(cè)試、控制管理等功能。利用單元測(cè)試驅(qū)動(dòng)用戶(hù)界面的操作，還能夠?qū)ο聦庸δ苷{(diào)度與系統(tǒng)消息進(jìn)行交互，以此得到測(cè)試過(guò)程中的參數(shù)信息。通過(guò)控制管理驅(qū)動(dòng)用戶(hù)界面的操作，劃分系統(tǒng)的控制命令，并且轉(zhuǎn)發(fā)到控制命令模塊中。在對(duì)執(zhí)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行接收后，需要提交到用戶(hù)界面中。

（4）命令驅(qū)動(dòng)。能夠有效管理系統(tǒng)通信的命令數(shù)據(jù)，并且接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送測(cè)試命令集，并且整理測(cè)試結(jié)果。系統(tǒng)還能夠響應(yīng)控制命令，在功能模塊中傳輸單位響應(yīng)結(jié)果。

上位機(jī)監(jiān)控通過(guò)VC++編制，利用串口和SRWF–1型射頻卡連接，控制界面能夠?qū)o(wú)線射頻卡進(jìn)行操作。MSComm能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，利用串行端口接收數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)通信協(xié)議提供標(biāo)準(zhǔn)化的事件處理，并且設(shè)置串行通信，便于訪問(wèn)串行通信驅(qū)動(dòng)程序。另外，利用事件驅(qū)動(dòng)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，輪詢(xún)方法較簡(jiǎn)單。針對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的監(jiān)控界面，對(duì)應(yīng)類(lèi)為CDispjktDlg，插入MSComm控件。通過(guò)上述操作能夠處理串口消息事件，若串口在接收到數(shù)據(jù)之后產(chǎn)生了字符消息事件，并且此事件為串口接收緩沖區(qū)中的，要設(shè)計(jì)針對(duì)性代碼以得到功能需求，在串口通信時(shí)設(shè)置雙方通信格式。

4系統(tǒng)性能的測(cè)試

4.1測(cè)試環(huán)境

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)、扭矩傳感器、發(fā)電機(jī)、計(jì)算機(jī)、控制柜、變頻器創(chuàng)建試驗(yàn)平臺(tái)，在試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)置相應(yīng)的頻率、電壓和電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)、傳感器創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)測(cè)試機(jī)箱。利用電壓倍頻器、放大器對(duì)發(fā)電機(jī)組的信號(hào)進(jìn)行傳遞，為了充分展現(xiàn)系統(tǒng)的性能，要求改變電動(dòng)轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)組的功率。發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速與功率曲線如圖3所示。

4.2結(jié)果和分析

使用不同系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行多次測(cè)試，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間如圖4所示。從圖4中可看出，在相同功率的發(fā)電機(jī)組中，文章系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間比其他系統(tǒng)要短。通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的改變，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組不間斷的遞增，并且掌握系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變化規(guī)律。隨著發(fā)電機(jī)組功率的增加，測(cè)試系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間也在增加。文章系統(tǒng)增長(zhǎng)幅度較慢，測(cè)試效率高。由此可見(jiàn)，文章測(cè)試系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中的性能良好。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)發(fā)電機(jī)組測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)加載和空載時(shí)系統(tǒng)電壓、電流、功率等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。而通過(guò)控制與保護(hù)等信號(hào)可實(shí)現(xiàn)變頻器的多種功能，如變頻器的并聯(lián)、停機(jī)控制、串聯(lián)和卸載控制等，還能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的低電壓、過(guò)載和過(guò)流保護(hù)。系統(tǒng)還能對(duì)各個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，人機(jī)界面良好。