真空濾油機(jī)的遠(yuǎn)程操控技術(shù)實(shí)現(xiàn)

文/梁洛耕 陳三偉 梁偉新 黃宇 錢(qián)曉東

變壓器油處理是變壓器檢修工作中的一項(xiàng)重要工作，這項(xiàng)工作主要依靠真空濾油機(jī)完成，而目前濾油機(jī)的操作全部集中在現(xiàn)場(chǎng)的操作箱里，需要檢修人員時(shí)刻值守在濾油機(jī)旁監(jiān)視并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，不僅耗費(fèi)大量人力物力，還無(wú)法保證其實(shí)時(shí)性，有效性。為了解決這一問(wèn)題，業(yè)內(nèi)一直致力于研究真空濾油機(jī)的管道連接方式與閥門(mén)遠(yuǎn)程控制，并取得了一定的進(jìn)展。但少有與視頻監(jiān)控相結(jié)合的系統(tǒng)出現(xiàn)，濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制無(wú)法做到實(shí)時(shí)查看，便會(huì)使實(shí)際操作收到一定的限制，存在不直觀化的問(wèn)題。[1-4]基于此，本次研究將遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控應(yīng)用于濾油機(jī)閥門(mén)控制中，實(shí)現(xiàn)了只需坐在電腦前，就能對(duì)濾油機(jī)閥門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)控的系統(tǒng)。

為控制濾油機(jī)閥門(mén)安全可靠工作，近年來(lái)，設(shè)計(jì)出多種閥門(mén)監(jiān)測(cè)方式。文獻(xiàn)[5]對(duì)輸油管線(xiàn)泵機(jī)組的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析；文獻(xiàn)[6]利用3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)，并提供定時(shí)傳輸于實(shí)時(shí)傳輸兩種方式，但缺少云端對(duì)監(jiān)控設(shè)備的控制；文獻(xiàn)[7]采用光纖實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并對(duì)四種傳感光纖進(jìn)行溫度傳遞特性實(shí)驗(yàn)，選擇最適合光纖并測(cè)試，但采用光纖傳感增加了經(jīng)濟(jì)成本，不適宜大量部署；文獻(xiàn)[8]利用ΟPC通信協(xié)議連接并采用PLC控制采集管道運(yùn)行參數(shù)，但缺乏云端與下位機(jī)的通訊，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)無(wú)法由控制界面命令下位機(jī)動(dòng)作并及時(shí)處理故障；文獻(xiàn)[9]通過(guò)對(duì)閥門(mén)的材料分析和受力分析，進(jìn)而判斷了閥體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；文獻(xiàn)[10]深入分析了PΙD控制在輸油管道中的影響，并對(duì)影響給出相應(yīng)的防控措施；文獻(xiàn)[11]綜合分析閥門(mén)材料的導(dǎo)熱性、抗腐蝕性等需求，采用有限元分析方法對(duì)閥門(mén)進(jìn)行分析。

為滿(mǎn)足遠(yuǎn)程控制閥門(mén)要求，本文設(shè)計(jì)了一種濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)在現(xiàn)有的繼電器控制方式下增加了PLC自動(dòng)控制，將采集濾油機(jī)閥門(mén)內(nèi)部參數(shù)、故障信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與云端交互，同時(shí)，將濾油機(jī)閥門(mén)處裝設(shè)視頻監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)濾油機(jī)閥門(mén)工作時(shí)環(huán)境監(jiān)控，滿(mǎn)足遠(yuǎn)程閥門(mén)控制與環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究是集遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控與遠(yuǎn)程閥門(mén)控制于一體的濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)，主要由上位機(jī)、云端服務(wù)器、下位機(jī)和客戶(hù)端組成。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述功能的闡述，本系統(tǒng)用到的主要硬件設(shè)備是局域網(wǎng)主機(jī)、廣域網(wǎng)服務(wù)器和閥門(mén)控制器。

局域網(wǎng)主機(jī)：本系統(tǒng)兼顧局域網(wǎng)控制與廣域網(wǎng)控制，局域網(wǎng)控制系統(tǒng)運(yùn)行在局域網(wǎng)主機(jī)中，允許處于同一個(gè)局域網(wǎng)環(huán)境下的客戶(hù)機(jī)進(jìn)行登錄訪(fǎng)問(wèn)。

廣域網(wǎng)服務(wù)器：廣域網(wǎng)服務(wù)器負(fù)責(zé)本系統(tǒng)的廣域網(wǎng)控制部分，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控展示與遠(yuǎn)程閥門(mén)控制，允許任意一臺(tái)廣域網(wǎng)客戶(hù)機(jī)進(jìn)行登陸訪(fǎng)問(wèn)。

閥門(mén)控制器：本系統(tǒng)采用的閥門(mén)控制器與plc相連，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，它以西門(mén)子的PLCS7-200CPU224為核心。最大的優(yōu)勢(shì)就是使用較低功耗，完成對(duì)閥門(mén)信息的采集與控制。

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

上位機(jī)功能：

（1）信息接受與分析：接受由下位機(jī)plc采集到的串口信息，利用編寫(xiě)好的程序進(jìn)行分析處理。

（2）數(shù)據(jù)顯示：數(shù)據(jù)由上位機(jī)整合進(jìn)Web頁(yè)面，并發(fā)送給客戶(hù)機(jī)，在客戶(hù)機(jī)實(shí)時(shí)顯示人機(jī)交互頁(yè)面。

（3）發(fā)送命令：根據(jù)接收到的客戶(hù)端人機(jī)交互指令，對(duì)下位機(jī)發(fā)送閥門(mén)進(jìn)行何種操作。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)控：下位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控閥門(mén)狀態(tài)，并發(fā)送給上位機(jī)。

下位機(jī)功能：

（1）信息采集：信息采集主要通過(guò)下位機(jī)中的傳感器完成，采集的主要是閥門(mén)的開(kāi)合度狀態(tài)信息。

圖1：濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)整體框架

圖2：濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

（2）命令執(zhí)行：主要完成上位機(jī)發(fā)出的命令，如閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

NVR功能：

實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控：NVR采集攝像頭的視頻數(shù)據(jù)，并發(fā)送給連接好的客戶(hù)端。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

硬件的流暢運(yùn)行需要軟件進(jìn)行操控，如果說(shuō)硬件是系統(tǒng)的軀干的話(huà)，那軟件就是系統(tǒng)的靈魂所在。

通過(guò)上述系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件程序主要用來(lái)完成數(shù)據(jù)信息采集、視頻信號(hào)展示、系統(tǒng)狀態(tài)圖形化展示、通過(guò)Web頁(yè)面可視化操作進(jìn)行閥門(mén)控制。

系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)由以下幾部分構(gòu)成：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)圖的展示、閥門(mén)控制器的顯示、主機(jī)與云端的通訊模塊、客戶(hù)機(jī)與主機(jī)的通訊模塊。其運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3：濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)人機(jī)交互界面

1.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

濾油機(jī)閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

本系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，其中一個(gè)子系統(tǒng)是是視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由螢石云終端網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)機(jī)（Network Video Recorder，簡(jiǎn)稱(chēng)NVR）設(shè)備采集攝像頭視頻信息，該視頻信息有兩種訪(fǎng)問(wèn)模式，局域網(wǎng)方位與廣域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)，其中，局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)直接由客戶(hù)端遠(yuǎn)程接入NVR設(shè)備，讀取視頻信息，并顯示在服務(wù)系統(tǒng)頁(yè)面中；廣域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)由頁(yè)面接入螢石云端服務(wù)，同步傳輸視頻信號(hào)，并顯示在服務(wù)系統(tǒng)頁(yè)面中。另一個(gè)子系統(tǒng)是遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，由下位機(jī)控制閥門(mén)開(kāi)閉，與上位機(jī)通過(guò)串口通訊，傳遞閥門(mén)開(kāi)閉信息，并接受上位機(jī)的控制信號(hào)，客戶(hù)機(jī)與上位機(jī)之間使用websocket進(jìn)行通訊連接。

2 系統(tǒng)的測(cè)試

系統(tǒng)功能的測(cè)試是檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)是否能夠達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)、進(jìn)行正確控制的必要步驟，在實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)局域網(wǎng)視頻傳輸子系統(tǒng)、廣域網(wǎng)視頻傳輸子系統(tǒng)和閥門(mén)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

首先使用客戶(hù)端電腦訪(fǎng)問(wèn)局域網(wǎng)服務(wù)器，連接NVR，調(diào)取攝像頭數(shù)據(jù)并顯示在頁(yè)面上，切換頁(yè)面，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)閥門(mén)的開(kāi)閉情況。其次使用客戶(hù)端電腦訪(fǎng)問(wèn)廣域網(wǎng)服務(wù)器，調(diào)取攝像頭的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并顯示在頁(yè)面上，切換頁(yè)面，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)閥門(mén)的開(kāi)閉情況。最后調(diào)節(jié)閥門(mén)按鈕，測(cè)試下位機(jī)的信號(hào)接收情況與閥門(mén)控制情況。顯示與控制效果如圖3所示。

經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠精確的實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控與閥門(mén)的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)工作。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的濾油機(jī)閥門(mén)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，選擇了合適的下位機(jī)PLC與上位機(jī)，同時(shí)兼顧了局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)與廣域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)兩種方式，并通過(guò)軟件設(shè)計(jì)解決了視頻信號(hào)與控制信號(hào)在不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的兼容傳輸。與現(xiàn)有的濾油機(jī)閥門(mén)控制技術(shù)相比，本濾油機(jī)閥門(mén)控制系統(tǒng)在原有的繼電控制技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，并將上位機(jī)下位機(jī)相連，利用傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)濾油機(jī)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，極大的減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，并能在運(yùn)行故障時(shí)及時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了濾油機(jī)閥門(mén)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)控與運(yùn)行環(huán)境安全監(jiān)測(cè)。