真空濾油機的遠程操控技術實現

文/梁洛耕 陳三偉 梁偉新 黃宇 錢曉東

變壓器油處理是變壓器檢修工作中的一項重要工作，這項工作主要依靠真空濾油機完成，而目前濾油機的操作全部集中在現場的操作箱里，需要檢修人員時刻值守在濾油機旁監視并根據需要進行調整，不僅耗費大量人力物力，還無法保證其實時性，有效性。為了解決這一問題，業內一直致力于研究真空濾油機的管道連接方式與閥門遠程控制，并取得了一定的進展。但少有與視頻監控相結合的系統出現，濾油機閥門遠程監控控制無法做到實時查看，便會使實際操作收到一定的限制，存在不直觀化的問題。[1-4]基于此，本次研究將遠程視頻監控應用于濾油機閥門控制中，實現了只需坐在電腦前，就能對濾油機閥門進行遠程監控與調控的系統。

為控制濾油機閥門安全可靠工作，近年來，設計出多種閥門監測方式。文獻[5]對輸油管線泵機組的各項監測，并對監測點出現的故障進行分析；文獻[6]利用3G無線網絡實現遠程視頻監測，并提供定時傳輸于實時傳輸兩種方式，但缺少云端對監控設備的控制；文獻[7]采用光纖實現在線監測，并對四種傳感光纖進行溫度傳遞特性實驗，選擇最適合光纖并測試，但采用光纖傳感增加了經濟成本，不適宜大量部署；文獻[8]利用ΟPC通信協議連接并采用PLC控制采集管道運行參數，但缺乏云端與下位機的通訊，當系統發生故障時無法由控制界面命令下位機動作并及時處理故障；文獻[9]通過對閥門的材料分析和受力分析，進而判斷了閥體的結構強度；文獻[10]深入分析了PΙD控制在輸油管道中的影響，并對影響給出相應的防控措施；文獻[11]綜合分析閥門材料的導熱性、抗腐蝕性等需求，采用有限元分析方法對閥門進行分析。

為滿足遠程控制閥門要求，本文設計了一種濾油機閥門遠程控制系統。本次設計在現有的繼電器控制方式下增加了PLC自動控制，將采集濾油機閥門內部參數、故障信息通過無線網絡與云端交互，同時，將濾油機閥門處裝設視頻監控，從而實現濾油機閥門工作時環境監控，滿足遠程閥門控制與環境監測需求。

1 總體架構設計

本研究是集遠程視頻監控與遠程閥門控制于一體的濾油機閥門遠程監控控制系統，主要由上位機、云端服務器、下位機和客戶端組成。系統整體框架如圖1所示。

1.1 系統硬件設計

根據上述功能的闡述，本系統用到的主要硬件設備是局域網主機、廣域網服務器和閥門控制器。

局域網主機：本系統兼顧局域網控制與廣域網控制，局域網控制系統運行在局域網主機中，允許處于同一個局域網環境下的客戶機進行登錄訪問。

廣域網服務器：廣域網服務器負責本系統的廣域網控制部分，包括遠程監控展示與遠程閥門控制，允許任意一臺廣域網客戶機進行登陸訪問。

閥門控制器：本系統采用的閥門控制器與plc相連，能夠實現遠程控制，它以西門子的PLCS7-200CPU224為核心。最大的優勢就是使用較低功耗，完成對閥門信息的采集與控制。

1.2 系統功能模塊設計

上位機功能：

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

（2）數據顯示：數據由上位機整合進Web頁面，并發送給客戶機，在客戶機實時顯示人機交互頁面。

（3）發送命令：根據接收到的客戶端人機交互指令，對下位機發送閥門進行何種操作。

（4）實時監控：下位機實時監控閥門狀態，并發送給上位機。

下位機功能：

（1）信息采集：信息采集主要通過下位機中的傳感器完成，采集的主要是閥門的開合度狀態信息。

圖1：濾油機閥門遠程監控控制系統整體框架

圖2：濾油機閥門遠程監控控制系統實現流程

（2）命令執行：主要完成上位機發出的命令，如閥門的開啟與關閉。

NVR功能：

實時視頻監控：NVR采集攝像頭的視頻數據，并發送給連接好的客戶端。

1.3 系統軟件設計

硬件的流暢運行需要軟件進行操控，如果說硬件是系統的軀干的話，那軟件就是系統的靈魂所在。

通過上述系統功能模塊的設計，系統軟件程序主要用來完成數據信息采集、視頻信號展示、系統狀態圖形化展示、通過Web頁面可視化操作進行閥門控制。

系統主程序設計由以下幾部分構成：實現系統狀態圖的展示、閥門控制器的顯示、主機與云端的通訊模塊、客戶機與主機的通訊模塊。其運行流程如圖3所示。

圖3：濾油機閥門遠程監控控制系統人機交互界面

1.4 系統實現流程

濾油機閥門遠程監控控制系統實現流程如圖2所示。

本系統由兩個子系統構成，其中一個子系統是是視頻監控系統，由螢石云終端網絡硬盤機（Network Video Recorder，簡稱NVR）設備采集攝像頭視頻信息，該視頻信息有兩種訪問模式，局域網方位與廣域網訪問，其中，局域網訪問直接由客戶端遠程接入NVR設備，讀取視頻信息，并顯示在服務系統頁面中；廣域網訪問由頁面接入螢石云端服務，同步傳輸視頻信號，并顯示在服務系統頁面中。另一個子系統是遠程控制系統，由下位機控制閥門開閉，與上位機通過串口通訊，傳遞閥門開閉信息，并接受上位機的控制信號，客戶機與上位機之間使用websocket進行通訊連接。

2 系統的測試

系統功能的測試是檢驗整個系統是否能夠達到預設目標、進行正確控制的必要步驟，在實驗中分別對局域網視頻傳輸子系統、廣域網視頻傳輸子系統和閥門控制系統進行測試。

首先使用客戶端電腦訪問局域網服務器，連接NVR，調取攝像頭數據并顯示在頁面上，切換頁面，實時顯示系統閥門的開閉情況。其次使用客戶端電腦訪問廣域網服務器，調取攝像頭的實時監控數據并顯示在頁面上，切換頁面，實時顯示系統閥門的開閉情況。最后調節閥門按鈕，測試下位機的信號接收情況與閥門控制情況。顯示與控制效果如圖3所示。

經測試，該系統能夠精確的實現閥門的實時視頻監控與閥門的遠程調節工作。

3 結論

本文通過對現有的濾油機閥門控制系統進行分析，選擇了合適的下位機PLC與上位機，同時兼顧了局域網訪問與廣域網訪問兩種方式，并通過軟件設計解決了視頻信號與控制信號在不同網絡系統中的兼容傳輸。與現有的濾油機閥門控制技術相比，本濾油機閥門控制系統在原有的繼電控制技術基礎上，通過PLC實現遠程自動控制，并將上位機下位機相連，利用傳感器通過無線網絡對濾油機內部參數進行監控和遠程調節，增加視頻監控系統對周圍環境進行監測，極大的減輕了工作人員的負擔，并能在運行故障時及時遠程調控。通過實驗驗證，本系統實現了濾油機閥門的遠程實時調控與運行環境安全監測。