基于云平台的变压器无线滤油监控系统研究

贺延峰，高峰，朱转军，齐加恩，石槟源，熊敏俊

（1.甘肃送变电工程有限公司，甘肃 兰州 730000；2.深圳市索图科技有限公司，广东 深圳 518000）

在线滤油机由于长期安装在变压器上，安排人员值守将浪费大量人力物力，无人值守又不能及时发现问题及时处理。因此，在线滤油机远程监控技术孕育而生，而现有的在线滤油机远程监控技术大都以嵌入式控制器作为服务器，存在着通信架构不合理、连接复杂、使用不便等问题。

设计一种多功能可编程的无线数据监控报警终端——嵌入式通信模块，该模块将油温传感器及油流计采集的温度及流量信号转换为电信号，精确采集滤油机的油温油流，并将数据传输到云计算平台的数据库服务器，实时监控滤油机油温油流变化。同时，反馈到运行人员的手机等便携式移动终端上，提供实时油温油流数值，并设置告警启动值，提供油温油流告警触点，提供滤油机油的入口流量和温升的关系特性，控制关键部位的油流速度，使变压器油得到较好的过滤效果，优化滤油温度场及油流场。

1 嵌入式通信模块的组成

嵌入式通信模块集成稳定可靠的32 位高性能微处理器MCU，内嵌ARM® Cortex ™-M4 32 位RISC 内核实时操作系统μC/OS-Ⅱ，软件看门狗和硬件看门狗防止假死机；内嵌工业级GSM/GPRS/3G/4G 通信模块，提供8 路数字量输入，6路模拟量输入，4 路继电器输出以及1 路RS485 串口，支持Modbus Slave 协议，可接入SCADA、HMI、DSC、PLC 等上位机，支持Modbus RTU Master 协议，可用于扩展多达16 个Modbus Slave 设备，支持数据透明传输。用户可以根据应用场合的特殊需要，预先配置各种高低限参数，当触发后，无须亲临现场，嵌入式通信模块会自动通过GSM、GPRS、3G、4G 无线网络，以短信、微信、拨打电话等方式通知用户以及通过GSM、3G、4G 将数据传输到监控中心。方便用户快速接入第三方服务器或云平台。

2 超声波流量计

采用一款高精度工业级时差式超声波流量计（如图1、图2、3）。它采用最新的70 万门阵列的工业级PFGA 芯片，极大地提高了信号采样频率和气泡耐受率，TGA 技术使它有能力处理更多复杂逻辑、以及运算，实现更准、更快的测量。使流量计可耐受5 秒内的非连续气泡或杂质。同时，又具备超声波流量计安装简单使用方便，在不破管、不停水停工的情况下完成安装的特点，实现远距离传输。

图1 超声波流量计

图2 附带温度传感器

图3 超声波流量计探头

3 压力变送器

高精度智能变送器。它不仅具有4-20mA 输出功能，是一款功能强大的产品，具有可靠性高、抗干扰强、大屏幕的液晶显示(带背光)、全数字化设计，传感器直接数字化，温漂小，抗干扰能力强。先进的温度补偿算法确保传感器在每个区间都可以稳定补偿。支持无源迁移和量程缩放，采用modbus-rtu 协议读取和校准，多功能的温度补偿软件和算法，也适用于工业现场的RS485通信（如图4）。

4 系统架构

基于云平台的滤油无线监控系统对滤油过程中的油温、油压、油的流速、流量等进行实时监测，确保滤油过程的自动跟踪监控、数据反馈、形成数据库进行比对，使滤油过程规范有效。同时，结合现代物联网技术，将滤油过程发送到云平台，并推送到手机端，实现远程监控，时效性增强。图5 为变压器无线滤油监控系统架构。

图4 油压表（附带油温传感器）

图5 变压器无线滤油监控系统架构

5 云平台架构

物联网云平台，旨在提供一个安全、稳定、高效的物联网连接平台，能够低成本、快速地实现数据远程采集，设备远程控制。不仅可以实现设备之间的互动、设备的数据上报和控制指令下发，还可以基于云平台API 方便快捷地实现海量设备数据的存储、计算以及智能分析。其主要特点是：

5.1 安全

数据传输密文传输，防偷窥，防篡改。

机构、角色、用户三个维度的数据访问权限管控。

5.2 高可靠

数据备份：云平台数据异地容灾备份机制，防止数据丢失。

弹性扩展：高并发大流量时，可根据需要，弹性扩展服务器，增加服务能力。

高可靠性：负载均衡机制，单台服务器出现故障时，其他可用服务器会接手，服务不会中断。

不停机更新：微服务机制，平台更新不停服务，不影响设备运行。

6 核心功能

6.1 用户管理

权限管控：机构、角色、用户三个维度的用户管理机制，通过灵活配置可实现多级组织架构管理模式，同时支持个人用户模式/企业用户模式。

个人用户模式：用户只能查看本人名下设备。

企业用户模式：允许多个用户同时对设备进行管理，按角色区分用户操作权限。

6.2 设备管理

一键接入：嵌入式通信模块出厂默认接入云平台，APP一键扫描轻松接入，轻松实现设备的数据采集/控制。

设备分组：支持设备分组展示。

GIS 地图展示：地图展示设备所在位置，支持记录设备运行轨迹（如图6）。

图6 GIS 地图展示

6.3 实时监控

大屏展示：支持大屏展示设备总数、用户总数、告警记录、触发任务执行情况等信息（如图7）。

6.4 告警管理

触发任务：丰富多样的触发条件，支持上下限触发/延时确认告警/设备掉线/多个数据综合判断等触发条件，达到触发条件，支持群发告警信息。

告警方式多样：同时支持电话/短信/邮件/微信/APP推送。

图7 云平台网页展示

联动控制：达到触发条件，支持联动控制设备。

6.5 定时任务

定时任务：丰富多样的定时任务对设备进行管理，支持按日、按星期、固定时间间隔等定时方式。

6.6 统计分析

历史数据查询：支持传感器数据、设备上下线、设备告警、设备控制等历史数据的查询展示，支持图表展示。

历史数据导出：支持历史数据的按EXCEL 格式下载导出（如图8）。

图8 统计分析

6.7 多端展示

支持多端展示，如监控大屏、PC 端网页、微信公众号菜单栏内嵌H5 页面，Android/iOS APP（如图9）。

图9 手机端展示