真空滤油机的远程操控技术实现

文/梁洛耕 陈三伟 梁伟新 黄宇 钱晓东

变压器油处理是变压器检修工作中的一项重要工作，这项工作主要依靠真空滤油机完成，而目前滤油机的操作全部集中在现场的操作箱里，需要检修人员时刻值守在滤油机旁监视并根据需要进行调整，不仅耗费大量人力物力，还无法保证其实时性，有效性。为了解决这一问题，业内一直致力于研究真空滤油机的管道连接方式与阀门远程控制，并取得了一定的进展。但少有与视频监控相结合的系统出现，滤油机阀门远程监控控制无法做到实时查看，便会使实际操作收到一定的限制，存在不直观化的问题。[1-4]基于此，本次研究将远程视频监控应用于滤油机阀门控制中，实现了只需坐在电脑前，就能对滤油机阀门进行远程监控与调控的系统。

为控制滤油机阀门安全可靠工作，近年来，设计出多种阀门监测方式。文献[5]对输油管线泵机组的各项监测，并对监测点出现的故障进行分析；文献[6]利用3G无线网络实现远程视频监测，并提供定时传输于实时传输两种方式，但缺少云端对监控设备的控制；文献[7]采用光纤实现在线监测，并对四种传感光纤进行温度传递特性实验，选择最适合光纤并测试，但采用光纤传感增加了经济成本，不适宜大量部署；文献[8]利用ΟPC通信协议连接并采用PLC控制采集管道运行参数，但缺乏云端与下位机的通讯，当系统发生故障时无法由控制界面命令下位机动作并及时处理故障；文献[9]通过对阀门的材料分析和受力分析，进而判断了阀体的结构强度；文献[10]深入分析了PΙD控制在输油管道中的影响，并对影响给出相应的防控措施；文献[11]综合分析阀门材料的导热性、抗腐蚀性等需求，采用有限元分析方法对阀门进行分析。

为满足远程控制阀门要求，本文设计了一种滤油机阀门远程控制系统。本次设计在现有的继电器控制方式下增加了PLC自动控制，将采集滤油机阀门内部参数、故障信息通过无线网络与云端交互，同时，将滤油机阀门处装设视频监控，从而实现滤油机阀门工作时环境监控，满足远程阀门控制与环境监测需求。

1 总体架构设计

本研究是集远程视频监控与远程阀门控制于一体的滤油机阀门远程监控控制系统，主要由上位机、云端服务器、下位机和客户端组成。系统整体框架如图1所示。

1.1 系统硬件设计

根据上述功能的阐述，本系统用到的主要硬件设备是局域网主机、广域网服务器和阀门控制器。

局域网主机：本系统兼顾局域网控制与广域网控制，局域网控制系统运行在局域网主机中，允许处于同一个局域网环境下的客户机进行登录访问。

广域网服务器：广域网服务器负责本系统的广域网控制部分，包括远程监控展示与远程阀门控制，允许任意一台广域网客户机进行登陆访问。

阀门控制器：本系统采用的阀门控制器与plc相连，能够实现远程控制，它以西门子的PLCS7-200CPU224为核心。最大的优势就是使用较低功耗，完成对阀门信息的采集与控制。

1.2 系统功能模块设计

上位机功能：

（1）信息接受与分析：接受由下位机plc采集到的串口信息，利用编写好的程序进行分析处理。

（2）数据显示：数据由上位机整合进Web页面，并发送给客户机，在客户机实时显示人机交互页面。

（3）发送命令：根据接收到的客户端人机交互指令，对下位机发送阀门进行何种操作。

（4）实时监控：下位机实时监控阀门状态，并发送给上位机。

下位机功能：

（1）信息采集：信息采集主要通过下位机中的传感器完成，采集的主要是阀门的开合度状态信息。

图1：滤油机阀门远程监控控制系统整体框架

图2：滤油机阀门远程监控控制系统实现流程

（2）命令执行：主要完成上位机发出的命令，如阀门的开启与关闭。

NVR功能：

实时视频监控：NVR采集摄像头的视频数据，并发送给连接好的客户端。

1.3 系统软件设计

硬件的流畅运行需要软件进行操控，如果说硬件是系统的躯干的话，那软件就是系统的灵魂所在。

通过上述系统功能模块的设计，系统软件程序主要用来完成数据信息采集、视频信号展示、系统状态图形化展示、通过Web页面可视化操作进行阀门控制。

系统主程序设计由以下几部分构成：实现系统状态图的展示、阀门控制器的显示、主机与云端的通讯模块、客户机与主机的通讯模块。其运行流程如图3所示。

图3：滤油机阀门远程监控控制系统人机交互界面

1.4 系统实现流程

滤油机阀门远程监控控制系统实现流程如图2所示。

本系统由两个子系统构成，其中一个子系统是是视频监控系统，由萤石云终端网络硬盘机（Network Video Recorder，简称NVR）设备采集摄像头视频信息，该视频信息有两种访问模式，局域网方位与广域网访问，其中，局域网访问直接由客户端远程接入NVR设备，读取视频信息，并显示在服务系统页面中；广域网访问由页面接入萤石云端服务，同步传输视频信号，并显示在服务系统页面中。另一个子系统是远程控制系统，由下位机控制阀门开闭，与上位机通过串口通讯，传递阀门开闭信息，并接受上位机的控制信号，客户机与上位机之间使用websocket进行通讯连接。

2 系统的测试

系统功能的测试是检验整个系统是否能够达到预设目标、进行正确控制的必要步骤，在实验中分别对局域网视频传输子系统、广域网视频传输子系统和阀门控制系统进行测试。

首先使用客户端电脑访问局域网服务器，连接NVR，调取摄像头数据并显示在页面上，切换页面，实时显示系统阀门的开闭情况。其次使用客户端电脑访问广域网服务器，调取摄像头的实时监控数据并显示在页面上，切换页面，实时显示系统阀门的开闭情况。最后调节阀门按钮，测试下位机的信号接收情况与阀门控制情况。显示与控制效果如图3所示。

经测试，该系统能够精确的实现阀门的实时视频监控与阀门的远程调节工作。

3 结论

本文通过对现有的滤油机阀门控制系统进行分析，选择了合适的下位机PLC与上位机，同时兼顾了局域网访问与广域网访问两种方式，并通过软件设计解决了视频信号与控制信号在不同网络系统中的兼容传输。与现有的滤油机阀门控制技术相比，本滤油机阀门控制系统在原有的继电控制技术基础上，通过PLC实现远程自动控制，并将上位机下位机相连，利用传感器通过无线网络对滤油机内部参数进行监控和远程调节，增加视频监控系统对周围环境进行监测，极大的减轻了工作人员的负担，并能在运行故障时及时远程调控。通过实验验证，本系统实现了滤油机阀门的远程实时调控与运行环境安全监测。