物联网的智能阀门控制系统分析范文

摘要：

通过对现有阀门控制系统存在问题的分析，提出基于云计算和物联网的智能阀门控制系统基本结构，通过软硬件的集成设计，实现了阀门的智能控制。

关键词：

物联网；云计算；智能阀门；控制系统

1概述

现有的阀门控制系统一般是基于PLC控制或继电器控制，其大型工业生产自动化配套DCS控制系统，DCS的理念是分散控制，集中管理。虽然自动控制的阀门能联网控制，并能在控制中心监控状态而通过操作员来集中管理。但是现有的阀门控制系统主要存在以下问题待解：（1）故障预警缺失（如短信报警等），无法做到主动维护；（2）阀门故障无法自动识别；（3）设备生产厂家无法获取阀门的运行数据，设备一旦投运，对用户是“黑盒子”，而对生产厂家逐渐变成“陌生人”；（4）阀门后台数据处理缺失；（5）移动终端的远程监控缺失；（6）阀门与其它设备之间的优化管理受限于用户的操作及维护人员的个人能力水平。中阀科技（长沙）阀门有限公司全新研发的基于云计算和物联网的智能阀门控制系统，针对上述问题给出了完美的解决方案。

2物联网阀门控制系统基本原理

智能阀门控制系统系统全面采用物联网模块，物联网IOT（Inter－netofThings）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征，即把所有阀门设备通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，即物物相通，以实现智能化识别和管理。物联网概念是在互联网概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与任何物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。物联网阀门控制系统同样可按照物联网架构，分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器构成，包括压力或压差传感器、管道流量传感器、温度传感器、位置传感器（如阀芯开度、执行器行程等）、速度及加速度传感器、振动传感器、液位传感器、液压油污染传感器或过滤器寿命传感器、阀门井或泵房的GPS位置、温湿度传感器、kks编码或二维码标签、RFID标签、限位开关等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种有线或无线通信网络，包括以太网、互联网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。当为人服务的信息孤岛问题通过互联网解决后，需要在更大范围解决物与人的信息孤岛问题。只有人获取物的信息，以及物与物互通获得信息后，才能通过数据智能分析与优化技术，依据历史经验以及理论模型，快速做出最优决策。

3智能阀门控制系统简介

通过融入了最新的人工智能、物联网、4G或5G无线移动通信、微功耗单片机技术、先进制造技术、使产品具备了无线上传阀门数据、自动故障识别、故障短信预警、自动数据处理、远程监控等功能。它能自动对设备故障进行诊断，并通过移动网络将阀门数据实时发回监控中心，由厂家和客户对产品进行24小时不间断的监控，厂家将主动介入设备全寿命生命周期，可以实现主动及定制式售后服务，以保证设备运行安全和状态最优。主要功能：（1）阀门状态远程监测：在任何时间、任何地点，只要通过加密算法授权的终端便可以监控设备状态。（2）阀门故障短信预警：当阀门出现故障时，自动在第一时间以短信形式或微信等第三方即时通信软件通知客户。（3）自动诊断和发送阀门保养通知：根据传感器检测的数据，与云计算服务器上的历史数据进行综合分析，能自动发出需停机维修、需限制油泵运行、需润滑等通知，给出保养建议并发送至客户手机。（4）自动故障识别：自动识别阀门卡组、阀芯或阀板位置异常，振动异常，未拔锁定开阀、油液脏等异常情况，具备自动故障诊断和主动提醒功能，从而将阀门的异常消除在萌芽状态，阻止异常进一步扩大升级。

4系统组成

智能阀的控制系统包括软件和硬件两部分，其中硬件包括智能传感器、基于PLC的电液控制系统、CBV-I型数据采集终端、云计算服务器四部分组成。系统逻辑图见图1。

4.1智能传感器组类型智能传感器组，常用的主要类型如下，可根据实际阀门类型和工况要求配置：（1）液位传感器；实时监控液压系统液位，以数字量或开关量方式显示在系统中，并设报警阈值；（2）液温传感器；对液温进行实时监控，可以数字量或开关量方式显示在系统中，并设报警阈值；（3）压力传感器；通过压力变送器和压力继电器监控系统压力；（4）开度传感器；通过角位移变送器显示阀门开度；（5）流量传感器；检测阀门过流能力和动水力矩等的影响；（6）振动传感器；检测阀芯的工作状态。（7）油液清洁度传感器；对清洁度的检测包括两个部分，一是压差发讯，二是油液颗粒物检测。

4.2CBV-I型智能数据采集终端CBV-I是中阀科技（长沙）阀门有限公司具有自主知识产权的专利产品，其采用32位单片机作为主控芯片，通过通信协议与PLC进行数据通信，上传或下载数据。采集的数据通过有线或无线通信接入国际互联网，与服务器之间的传输采用专用协议及加密算法传输，保证了数据的安全性。

4.3共用或私有云计算服务云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。云计算服务器提供阀门数据的存储及分析功能，配置有数据库及web服务器，云计算服务确保具有足够的带宽从而实现多终端并发操作；因此，云计算服务是实现物联网阀门控制系统的核心，其有效促进物联网和互联网的智能融合。

4.4机电液控制系统机电液控制系统是在传统产品的基础上发展起来的，增加了大量的传感器接口，并内置了与采集终端的通信协议，提供一部分逻辑功能进行简单的实时故障分析和处理，而复杂的逻辑在服务器端来实现数据挖掘和分析。

4.5软件系统软件包括单片机软件和服务器软件两部分，其中服务器软件基于B/S架构开发，应用软件在服务器上运行，从而大大降低了对终端的要求，一台能上网的终端，电脑、手机、平板都可以运行监控程序；无论客户在哪里，打开浏览器或第三方即时通讯软件（如微信等）就可以看到阀门的运行状态，从而对阀门的运行情况了如指掌。

5结束语

基于云计算和物联网的智能阀门控制系统是对传统阀门产品的一次重大升级，该系统是顺应互联网+和设备智能化大潮；通过依托湖南省特大口径电站阀门工程技术研究中心的平台，历经三年多时间研发，取得了智能阀门控制系统的集成电路布图设计著作权一项，软件著作权一项，发明专利2项，实用新型专利2项。

该产品经过乌鲁木齐水务集团以及衡阳自来水公司等客户的成功运行，不仅大大提高了液控蝶阀和调流减压阀的性能、可靠性，而且实现了可预见性维护，大大提升了用户体验。它是当代先进电子技术、人工智能技术和传统阀门制造行业的融合，代表着阀门设备智能化的必然趋势，是当前具有世界领先水平的阀门产品。

作者：袁邦 童成彪 臧兴华 张希恒 单位：兰州理工大学石油化工学院 湖南省特大口径电站阀门工程技术研究中心