基于GSM的SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統研究

周斌 袁鏡江 吳樹平 王文獻 蔡寶龍

摘 ?要：針對傳統遠程控制系統存在控制延遲時間長，無法滿足對溫室氣體SF6控制的時效性需要的問題，開展SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統研究。通過基于GSM的數據收發裝置、遠程控制裝置等硬件結構設計，和基于GSM的SF6在線凈化裝置現場數據傳輸、可視化遠程控制設計，完成遠程操作控制系統設計。通過實驗證明，該系統與傳統控制系統相比可有效縮短延遲時間，更加及時地對SF6氣體進行凈化處理。

關鍵詞：GSM ?SF6在線凈化裝置 ?遠程操作 ?系統研究

中圖分類號：TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）10（a）-0026-04

Abstract： In view of the problem that the traditional remote-control system has a long control delay time， which cannot meet the timeliness requirements of greenhouse gas SF6 control， the remote operation control system of SF6 online purification device was studied. Through the hardware structure design of GSM based data transceiver device and remote-control device， and the design of SF6 online purification device field data transmission and visual remote control based on GSM， the design of remote operation control system is completed. The experimental results show that compared with the traditional control system， the system can effectively shorten the delay time and purify SF6 gas timelier.

Key Words： GSM; SF6 online purification device; Remote operation; System study

在有觸電的電氣設備中，觸頭接通或斷開電流的過程中常常會造成電弧的產生和熄滅，而電弧是一種氣體放電的現象，會對設備會造成一定的損害[1]。SF6是一種滅弧性良好的氣體，因此被廣泛應用于電氣設備的保護氣體。但同時SF6氣體也是常見六種溫室氣體之一，對生態環境造成一定的威脅，因此為了進一步制止SF6氣體的直接排放，為環境保護提供條件，并在一定程度上促進電氣設備的安全運行，開展對SF6氣體的回收、凈化處理及再利用研究十分重要。伴隨著國家對于影響環境的溫室氣體排放力度不斷加強，以及電網相關企業對SF6氣體排放、回收、凈化處理的循環再利用工作的高度重視，使得當前集控型的SF6氣體在線凈化處理裝置的數量的不斷增加。當前大部分SF6在線凈化裝置內部都是通過布設壓力容器以及相關帶壓管路實現對SF6氣體的凈化功能，當操作人員出現操作錯誤時，可能會對其人身安全造成危害，因此有關部門對于該裝置的運行穩定性提出了更高的要求[2]。綜合上述問題，該文結合全球移動通信技術GSM，提出一種有關SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統，通過控制系統實現對SF6在線凈化裝置的遠程操作，保障操作人員的人身安全。

1 ?系統硬件設計

1.1 基于GSM的數據收發裝置

該文系統中的數據收發裝置采用核心為全球移動通信系統模塊的數據收發器，采用西門子公司生產的TC35i雙頻900/1800MHz高度集成的GSM模塊，該模塊具備與其他同等類型更加強大的功能，通過該模塊可實現對SF6氣體在線凈化裝置的遠程語音傳輸、數據傳輸等功能，并且該裝置已經獲得了國家通信入網的許可。其次，數據收發裝置上還包括GSM系統的移動用戶所持有的IC卡、接口電路、天線等硬件結構[3]。通過基于GSM的數據收發裝置，系統用戶可通過PC機配置模塊，在SF6在線凈化裝置不同的工作狀態下進行隨意的切換，在GSM模式下，路由模塊具有自動路由的功能，用戶可通過多模塊組合的方式，形成無盲區無距離限制的組網傳輸。用戶還可通過PC軟件或串口指令對無線數據進行AES128加密，使數據傳輸更為安全。數據收發電路如圖1所示。

1.2 遠程控制裝置

該文系統中使用的控制中心計算機設備，采用的是常用PC機設備，與上文中的數據收發裝置相互連接，主要運行原理是通過轉換芯片Xl 4001將邏輯門電路中的電平轉換為穿行通信接口標準電平，再與計算機的串口相互連接。遠程控制裝置主要是由基于ARM內核的32位微控制裝置、微處理裝置組成的78B41單片機，以及LED數碼管、鍵盤、4個發光二極管等相關元件組成。采用的控制器型號為SPC-STW-2612CMS移動控制器，是德國STW與碩博電子聯合開發的一款經濟型移動控制器，控制器核心為AT78B41單片機[4]。SPC-STW-2612CMS型號控制器具備3路CAN總線，1路RS232串口通信，26路IO資源，端口高度復用，輸入端口可采集高低電平、電壓、電流、脈沖等信號，同時端口還復用輸出資源，輸出為DO，3A，可直接驅動電磁閥，還具備12路PWM及2路H橋功能。SPC-STW-2612CMS型號控制器與其他相同類型控制器相比，具有高防護等級、小體積、高集成度、高響應速度等優點，因此更加適用于該文基于GSM的SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統。

2 ?系統軟件設計

2.1 SF6在線凈化裝置現場數據傳輸

SF6在線凈化裝置現場數據傳輸主要通過上位機及網絡云臺構成的數據傳輸通道對現場數據進行采集和傳輸。首先由上位機通過互聯網實現與網絡云臺的通信，對SF6在線凈化裝置產生的相應數據信息進行讀取和存儲，數據信息包括裝置內部的溫度、壓力、SF6氣體濃度等。通過遠程控制平臺還需要對裝置運行過程中的狀態以及周圍環境參數進行控制，根據不同的狀態及環境參數，對裝置下達SF6氣體處理、尾氣處理、充氮再生以及抽真空等控制指令。

利用GSM系統中的PLC、CPRS無線傳感以及SF6氣體在線凈化裝置現場4個拐角上方的無線網絡攝像機裝置，通過無線網絡攝像機點對接的方式，自動匹配和無線直接，通過網絡接口處連接的路由器自動將現場采集到的視頻數據傳輸到網絡控制云臺當中[5]。通過可控制邏輯控制器連接故障預警模塊，將輸出端與排風設備的控制端相連，并經過通用分組無線服務與網絡控制云臺連接，自動將SF6氣體凈化裝置現場的溫度、壓力等數據發送到網絡控制云臺當中，實現對SF6在線凈化裝置現場數據傳輸。

2.2 可視化遠程控制

可視化遠程控制以單片機作為控制核心，通過GSM控制模塊接收到的數據信息，利用外部中斷檢測數據信息的輸入。將當前被控制的SF6在線凈化裝置狀態返回到網絡控制云臺中，通過發光二極管實現對裝置控制的可視化。通過單片機程序流程對發光二極管點陣動態顯示接受信息，具體單片機程序可視化遠程控制流程如圖2所示。

第一步，開始中斷SF6在線凈化裝置處理程序對可視化遠程控制模塊進行初始化。第二步，設置異步串口通信方式，設置波特率為7200bps，無檢驗位，6個數據位，接收模塊將傳輸的數據信息返回。第三步，根據傳輸數據向單片機發送正確的AT讀指令，并檢驗發送是否成功，單片機端設置鍵盤元件，用于輸入發送的數據信息。第四步，系統接收返回信息，采用終端方式檢驗是否有信息傳輸，并判斷數據的安全性，若數據正確，則判斷該數據為信息類型，并由模塊將單片機信息的不同頭信息返回，以一個ok結束，對提取的信息進行不同處理。若數據屬于下傳數據，則再將其利用LED數碼管顯示控制信息，LED數碼管嫻熟的是從鍵盤輸入到發送的數據，以及接收到的SF6在線凈化裝置實施運行數據，清空接收緩沖區。第五步，中斷返回，結束控制。

3 ?實驗論證分析

為了進一步驗證基于GSM的SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統，在實際運行過程中是否可以正常運轉以及檢測系統的相關技術參數。將該文系統與傳統控制系統進行對比，比較兩種系統在實際運行過程中的性能。采用同一廠家生產的2臺規格、性能均相同的SF6凈化裝置，分別利用該文控制系統與傳統控制系統對該裝置進行控制，并將其設為實驗組和對照組，進行5次對比實驗，并設定裝置在完成控制時應達到的相關要求，比較兩組對裝置的控制延遲時間，表1為實驗組與對照組控制延遲結果。

根據表1中的實驗結果可以看出，實驗組與對照組在對同一臺裝置進行5次控制實驗，對照組延遲時間與實驗組的延遲時間差即為延遲差，控制延遲時間差在8.88～11.51s不等。通過5組實驗數據看出，實驗組的延遲時間明顯比對照組延遲時間更短，在對裝置進行5次不同控制時，實驗組的控制延遲時間相差較小，而對照組的延時時間相差較大。經計算，5組控制實驗中實驗組相比對照組提升效率均在44%以上。因此，通過對比實驗證明，該文提出的基于GSM的SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統在實際運行過程中延遲時間更短，且不同控制效果對延遲時間的影響不大，因此不易受到外界環境因素的影響。

4 ?結語

該文提出的基于GSM的SF6在線凈化裝置遠程操作控制系統借助于控制中心及遠端控制器的GSM模塊，對SF6在線凈化裝置進行遠程控制，該系統的設計原理不僅可以應用于SF6氣體的凈化裝置，還可將其廣泛應用于工業、農業、交通等多個領域用于對遠程數據的傳輸和可視化控制。

參考文獻

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[2] 胡金良，李志成，張翠俠.基于STC89C52單片機和GSM的廚房安全監測系統設計[J].河北北方學院學報：自然科學版，2018，34（5）：12-16，23.

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