運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力電纜生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)造

       隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)提出更高的要求，電力電纜作為電網(wǎng)建設(shè)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其產(chǎn)品質(zhì)量受到用戶越來(lái)越高的重視。隨著電力電纜電壓等級(jí)越來(lái)越高、截面越來(lái)越大，工藝控制越來(lái)越苛刻，對(duì)電纜的加工制造提出了更精的要求，也要求電纜的監(jiān)造人員不斷改進(jìn)和完善監(jiān)造工作。
       一、電纜監(jiān)造工作現(xiàn)狀
       電纜監(jiān)造工作通常包括生產(chǎn)工序的檢查和電纜的出廠試驗(yàn)。在電力電纜的生產(chǎn)工序監(jiān)造中，通常包括的重要工序有：導(dǎo)體絞合工序、絕緣線芯三層擠出工序、銅帶繞包工序、成纜絞合工序和護(hù)套擠出工序。而電力電纜的出廠檢驗(yàn)主要包括的電氣性能試驗(yàn)項(xiàng)目有：導(dǎo)體直流電阻測(cè)試、局部放電測(cè)試和耐壓測(cè)試。
       電力電纜的生產(chǎn)制造過(guò)程往往需要24h開(kāi)機(jī)，受限于監(jiān)造的人力物力投入，再加上每個(gè)監(jiān)造點(diǎn)散布于車(chē)間的各個(gè)工位，監(jiān)造人員往往無(wú)法全過(guò)程監(jiān)造電纜的所有制造流程，往往只能選擇固定的時(shí)間和工序進(jìn)行監(jiān)造，這就大大降低了監(jiān)造工作的效率。
       電力電纜的出廠試驗(yàn)部分（如局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)）只能派監(jiān)造工程師在電纜制造企業(yè)進(jìn)行目擊試驗(yàn)。電纜出廠后，受限于施工現(xiàn)場(chǎng)的干擾和測(cè)試設(shè)備的容量限制，很難在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，這樣無(wú)形增加了用戶的使用風(fēng)險(xiǎn)和驗(yàn)收成本。
       而局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)是檢測(cè)電力電纜絕緣層潛在缺陷的有效手段，是電力電纜中極為重要的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目，該試驗(yàn)項(xiàng)目要求試驗(yàn)人員不僅要具有較高的專業(yè)知識(shí)背景，還要有較強(qiáng)的責(zé)任心，這也表明出廠試驗(yàn)的監(jiān)造工作尤為必要。
       二、系統(tǒng)總體架構(gòu)
       在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展背景下，將這些技術(shù)引入電力電纜的生產(chǎn)監(jiān)造過(guò)程成為可能，進(jìn)而使電纜的工藝控制水平得到提高，電纜生產(chǎn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)得到記錄。
       基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力電纜生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)造系統(tǒng)，包括以下幾個(gè)部分：①電力電纜絕緣線芯三層共擠工藝的監(jiān)造；②電力電纜成纜工藝中銅帶屏蔽層、成纜和護(hù)套擠出工藝的監(jiān)造；③電力電纜出廠試驗(yàn)中局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)的監(jiān)造；④以上三個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)和視頻圖像的存儲(chǔ)及調(diào)用系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。
       圖1　中壓電力電纜生產(chǎn)過(guò)程遠(yuǎn)程監(jiān)造系統(tǒng)架構(gòu)
       
       對(duì)于絕緣線芯三層共擠工藝，數(shù)據(jù)采集程序內(nèi)置于絕緣線芯三層共擠裝置的控制主機(jī)中，從主機(jī)的內(nèi)存中讀取所需工藝數(shù)據(jù)，并向接頭單元發(fā)送，由接頭單元轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置。數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。
       圖2 數(shù)據(jù)采集流程
       
       對(duì)于局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，則分成兩種情況：
       1、對(duì)于有數(shù)據(jù)處理功能的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，編寫(xiě)能夠在Windows下（包括Windows 95，Windows XP，Windows 7）運(yùn)行的軟件，從局部放電的軟件中，通過(guò)底層的內(nèi)存讀取技術(shù)，直接獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)工控機(jī)通信接口將獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)計(jì)算機(jī)（如圖3所示）；
       圖3 數(shù)字型局放數(shù)據(jù)采集流程
      
       2、對(duì)于沒(méi)有數(shù)據(jù)處理功能的模擬局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)局部放電和耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裝置，將信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理單元輸入到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（如圖4所示）。
       圖4 模型信號(hào)局放數(shù)據(jù)采集流程
       
       系統(tǒng)采集工廠生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和出廠試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)上傳到企業(yè)數(shù)據(jù)中心，而遠(yuǎn)程控制中心利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與企業(yè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息交互，實(shí)時(shí)調(diào)用工廠生產(chǎn)情況或查詢歷史生產(chǎn)信息。系統(tǒng)可以根據(jù)電纜制造時(shí)的工藝參數(shù)，在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中設(shè)置關(guān)鍵工位的參數(shù)要求，當(dāng)生產(chǎn)線的實(shí)際數(shù)據(jù)超出設(shè)定要求時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送警告信息給工廠質(zhì)量工程師或遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)人員。
       三、系統(tǒng)各部分功能
       在整個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)部分通過(guò)不同的數(shù)據(jù)傳感器和攝像頭分別采集各類(lèi)數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)流傳送到數(shù)據(jù)中心，各部分的功能如下。
       1、絕緣線芯三層共擠工藝監(jiān)造
       本部分主要為機(jī)頭溫度傳感器采集擠出機(jī)機(jī)頭溫度，X光機(jī)厚度傳感器采集擠出線芯導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層和絕緣屏蔽層厚度，走線傳感器采集走線信息，高清攝像頭采集擠出機(jī)控制室和擠出機(jī)的機(jī)頭畫(huà)面。
在電纜線芯的三層擠出工藝中，絕緣層的平均厚度、最薄處厚度和偏心度為關(guān)鍵工藝指標(biāo)，通過(guò)參數(shù)的預(yù)置，系統(tǒng)可以將測(cè)量值和預(yù)置參數(shù)值進(jìn)行比較，然后對(duì)超標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記和報(bào)警，人機(jī)界面如圖5所示。
       圖5 三層共擠工藝監(jiān)造人機(jī)界面
       
       2、成纜工藝中銅帶屏蔽層、成纜和護(hù)套擠出工藝監(jiān)造
本部分通過(guò)多個(gè)高清攝像頭分別拍攝銅帶屏蔽繞包工藝、纜芯成纜工藝和外護(hù)套擠出工藝的生產(chǎn)線畫(huà)面，之后將數(shù)據(jù)流傳送到數(shù)據(jù)中心，遠(yuǎn)程監(jiān)造中心可以通過(guò)高清攝像頭的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等功能進(jìn)行局部與整體監(jiān)造，如圖6所示。
       圖6 生產(chǎn)過(guò)程高清視頻界面
       
       3、出廠試驗(yàn)的局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)監(jiān)造
       本部分通過(guò)局部放電傳感器和電壓傳感器采集試驗(yàn)時(shí)的局部放電量值和電壓值，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心并進(jìn)行分析判斷；同時(shí)通過(guò)兩個(gè)攝像頭分別拍攝高壓試驗(yàn)廳控制室圖像和高壓屏蔽室圖像并傳送到數(shù)據(jù)中心，記錄升壓和降壓過(guò)程，規(guī)范實(shí)驗(yàn)員的操作程序。
       系統(tǒng)依據(jù)電力電纜國(guó)標(biāo)、行標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合用戶需求，對(duì)出廠試驗(yàn)中的局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警，典型判斷標(biāo)準(zhǔn)包括局部放電的背景放電量需要小于5pC，試驗(yàn)時(shí)樣品的放電量小于10pC（例行試驗(yàn)要求）；或局部放電的背景放電量需要小于2.5pC，試驗(yàn)時(shí)樣品的放電量小于5pC（型式試驗(yàn)要求），當(dāng)局部放電值和背景噪聲值大于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。
       對(duì)于耐壓試驗(yàn)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間，當(dāng)試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)人機(jī)界面如圖7所示。
       圖7 局部放電試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)人機(jī)界面
       
       四、結(jié)語(yǔ)
       綜上所述，電力電纜的制造設(shè)備種類(lèi)繁多，數(shù)量龐大，同時(shí)設(shè)備分散，難以同時(shí)監(jiān)造，而監(jiān)造人員又不能長(zhǎng)期駐廠監(jiān)造，因此推進(jìn)電力電纜遠(yuǎn)程監(jiān)造系統(tǒng)是非常必要和重要的工作。
       （1）通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)造系統(tǒng)，可以使企業(yè)管理層和用戶及時(shí)、全面準(zhǔn)確地掌握電纜生產(chǎn)制造過(guò)程中的工藝質(zhì)量狀況和設(shè)備的使用情況，對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，提高質(zhì)量水平。
       （2）通過(guò)監(jiān)造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，進(jìn)而生成表單，形成質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)表，節(jié)省了大量的人力物力，將信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與質(zhì)量監(jiān)督活動(dòng)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，優(yōu)化了工廠的人力資源配置，降低了制造商的管理成本，同時(shí)也節(jié)省了客戶的監(jiān)造成本。
       （3）通過(guò)構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)造系統(tǒng)，使監(jiān)造人員遠(yuǎn)程監(jiān)造成為可能，克服了監(jiān)造人員有限、分散和遠(yuǎn)程辦公的不便，能夠在第一時(shí)間獲得監(jiān)造信息，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)能在第一時(shí)間反饋和進(jìn)行缺陷處理。
       （4）通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)造系統(tǒng)進(jìn)行缺陷的報(bào)警和預(yù)警，能有效避免人工監(jiān)造的疏漏，實(shí)現(xiàn)監(jiān)造的全天候無(wú)縫銜接。
       作者：1、胡正勇  徐湘憶  曹志強(qiáng)  陸冰冰  國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院  2、李驥  黃華  上海電纜研究所