基于云平臺的變壓器無線濾油監(jiān)控系統(tǒng)研究

賀延峰，高峰，朱轉(zhuǎn)軍，齊加恩，石檳源，熊敏俊

（1.甘肅送變電工程有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.深圳市索圖科技有限公司，廣東 深圳 518000）

在線濾油機(jī)由于長期安裝在變壓器上，安排人員值守將浪費(fèi)大量人力物力，無人值守又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。因此，在線濾油機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)孕育而生，而現(xiàn)有的在線濾油機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)大都以嵌入式控制器作為服務(wù)器，存在著通信架構(gòu)不合理、連接復(fù)雜、使用不便等問題。

設(shè)計(jì)一種多功能可編程的無線數(shù)據(jù)監(jiān)控報(bào)警終端——嵌入式通信模塊，該模塊將油溫傳感器及油流計(jì)采集的溫度及流量信號轉(zhuǎn)換為電信號，精確采集濾油機(jī)的油溫油流，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算平臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實(shí)時(shí)監(jiān)控濾油機(jī)油溫油流變化。同時(shí)，反饋到運(yùn)行人員的手機(jī)等便攜式移動終端上，提供實(shí)時(shí)油溫油流數(shù)值，并設(shè)置告警啟動值，提供油溫油流告警觸點(diǎn)，提供濾油機(jī)油的入口流量和溫升的關(guān)系特性，控制關(guān)鍵部位的油流速度，使變壓器油得到較好的過濾效果，優(yōu)化濾油溫度場及油流場。

1 嵌入式通信模塊的組成

嵌入式通信模塊集成穩(wěn)定可靠的32 位高性能微處理器MCU，內(nèi)嵌ARM? Cortex ?-M4 32 位RISC 內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，軟件看門狗和硬件看門狗防止假死機(jī)；內(nèi)嵌工業(yè)級GSM/GPRS/3G/4G 通信模塊，提供8 路數(shù)字量輸入，6路模擬量輸入，4 路繼電器輸出以及1 路RS485 串口，支持Modbus Slave 協(xié)議，可接入SCADA、HMI、DSC、PLC 等上位機(jī)，支持Modbus RTU Master 協(xié)議，可用于擴(kuò)展多達(dá)16 個(gè)Modbus Slave 設(shè)備，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸。用戶可以根據(jù)應(yīng)用場合的特殊需要，預(yù)先配置各種高低限參數(shù)，當(dāng)觸發(fā)后，無須親臨現(xiàn)場，嵌入式通信模塊會自動通過GSM、GPRS、3G、4G 無線網(wǎng)絡(luò)，以短信、微信、撥打電話等方式通知用戶以及通過GSM、3G、4G 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。方便用戶快速接入第三方服務(wù)器或云平臺。

2 超聲波流量計(jì)

采用一款高精度工業(yè)級時(shí)差式超聲波流量計(jì)（如圖1、圖2、3）。它采用最新的70 萬門陣列的工業(yè)級PFGA 芯片，極大地提高了信號采樣頻率和氣泡耐受率，TGA 技術(shù)使它有能力處理更多復(fù)雜邏輯、以及運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)、更快的測量。使流量計(jì)可耐受5 秒內(nèi)的非連續(xù)氣泡或雜質(zhì)。同時(shí)，又具備超聲波流量計(jì)安裝簡單使用方便，在不破管、不停水停工的情況下完成安裝的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

圖1 超聲波流量計(jì)

圖2 附帶溫度傳感器

圖3 超聲波流量計(jì)探頭

3 壓力變送器

高精度智能變送器。它不僅具有4-20mA 輸出功能，是一款功能強(qiáng)大的產(chǎn)品，具有可靠性高、抗干擾強(qiáng)、大屏幕的液晶顯示(帶背光)、全數(shù)字化設(shè)計(jì)，傳感器直接數(shù)字化，溫漂小，抗干擾能力強(qiáng)。先進(jìn)的溫度補(bǔ)償算法確保傳感器在每個(gè)區(qū)間都可以穩(wěn)定補(bǔ)償。支持無源遷移和量程縮放，采用modbus-rtu 協(xié)議讀取和校準(zhǔn)，多功能的溫度補(bǔ)償軟件和算法，也適用于工業(yè)現(xiàn)場的RS485通信（如圖4）。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

基于云平臺的濾油無線監(jiān)控系統(tǒng)對濾油過程中的油溫、油壓、油的流速、流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保濾油過程的自動跟蹤監(jiān)控、數(shù)據(jù)反饋、形成數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，使濾油過程規(guī)范有效。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將濾油過程發(fā)送到云平臺，并推送到手機(jī)端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，時(shí)效性增強(qiáng)。圖5 為變壓器無線濾油監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)。

圖4 油壓表（附帶油溫傳感器）

圖5 變壓器無線濾油監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

5 云平臺架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)云平臺，旨在提供一個(gè)安全、穩(wěn)定、高效的物聯(lián)網(wǎng)連接平臺，能夠低成本、快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集，設(shè)備遠(yuǎn)程控制。不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互動、設(shè)備的數(shù)據(jù)上報(bào)和控制指令下發(fā)，還可以基于云平臺API 方便快捷地實(shí)現(xiàn)海量設(shè)備數(shù)據(jù)的存儲、計(jì)算以及智能分析。其主要特點(diǎn)是：

5.1 安全

數(shù)據(jù)傳輸密文傳輸，防偷窺，防篡改。

機(jī)構(gòu)、角色、用戶三個(gè)維度的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限管控。

5.2 高可靠

數(shù)據(jù)備份：云平臺數(shù)據(jù)異地容災(zāi)備份機(jī)制，防止數(shù)據(jù)丟失。

彈性擴(kuò)展：高并發(fā)大流量時(shí)，可根據(jù)需要，彈性擴(kuò)展服務(wù)器，增加服務(wù)能力。

高可靠性：負(fù)載均衡機(jī)制，單臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，其他可用服務(wù)器會接手，服務(wù)不會中斷。

不停機(jī)更新：微服務(wù)機(jī)制，平臺更新不停服務(wù)，不影響設(shè)備運(yùn)行。

6 核心功能

6.1 用戶管理

權(quán)限管控：機(jī)構(gòu)、角色、用戶三個(gè)維度的用戶管理機(jī)制，通過靈活配置可實(shí)現(xiàn)多級組織架構(gòu)管理模式，同時(shí)支持個(gè)人用戶模式/企業(yè)用戶模式。

個(gè)人用戶模式：用戶只能查看本人名下設(shè)備。

企業(yè)用戶模式：允許多個(gè)用戶同時(shí)對設(shè)備進(jìn)行管理，按角色區(qū)分用戶操作權(quán)限。

6.2 設(shè)備管理

一鍵接入：嵌入式通信模塊出廠默認(rèn)接入云平臺，APP一鍵掃描輕松接入，輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集/控制。

設(shè)備分組：支持設(shè)備分組展示。

GIS 地圖展示：地圖展示設(shè)備所在位置，支持記錄設(shè)備運(yùn)行軌跡（如圖6）。

圖6 GIS 地圖展示

6.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控

大屏展示：支持大屏展示設(shè)備總數(shù)、用戶總數(shù)、告警記錄、觸發(fā)任務(wù)執(zhí)行情況等信息（如圖7）。

6.4 告警管理

觸發(fā)任務(wù)：豐富多樣的觸發(fā)條件，支持上下限觸發(fā)/延時(shí)確認(rèn)告警/設(shè)備掉線/多個(gè)數(shù)據(jù)綜合判斷等觸發(fā)條件，達(dá)到觸發(fā)條件，支持群發(fā)告警信息。

告警方式多樣：同時(shí)支持電話/短信/郵件/微信/APP推送。

圖7 云平臺網(wǎng)頁展示

聯(lián)動控制：達(dá)到觸發(fā)條件，支持聯(lián)動控制設(shè)備。

6.5 定時(shí)任務(wù)

定時(shí)任務(wù)：豐富多樣的定時(shí)任務(wù)對設(shè)備進(jìn)行管理，支持按日、按星期、固定時(shí)間間隔等定時(shí)方式。

6.6 統(tǒng)計(jì)分析

歷史數(shù)據(jù)查詢：支持傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備上下線、設(shè)備告警、設(shè)備控制等歷史數(shù)據(jù)的查詢展示，支持圖表展示。

歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出：支持歷史數(shù)據(jù)的按EXCEL 格式下載導(dǎo)出（如圖8）。

圖8 統(tǒng)計(jì)分析

6.7 多端展示

支持多端展示，如監(jiān)控大屏、PC 端網(wǎng)頁、微信公眾號菜單欄內(nèi)嵌H5 頁面，Android/iOS APP（如圖9）。

圖9 手機(jī)端展示