運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)電力電纜生產(chǎn)過程的遠程監(jiān)造

       隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電網(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)量受到用戶越來越高的重視。隨著電力電纜電壓等級越來越高、截面越來越大，工藝控制越來越苛刻，對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。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、成纜絞合工序和護套擠出工序。而電力電纜的出廠檢驗主要包括的電氣性能試驗項目有：導(dǎo)體直流電阻測試、局部放電測試和耐壓測試。
       電力電纜的生產(chǎn)制造過程往往需要24h開機，受限于監(jiān)造的人力物力投入，再加上每個監(jiān)造點散布于車間的各個工位，監(jiān)造人員往往無法全過程監(jiān)造電纜的所有制造流程，往往只能選擇固定的時間和工序進行監(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部分（如局部放電試驗和耐壓試驗）只能派監(jiān)造工程師在電纜制造企業(yè)進行目擊試驗。電纜出廠后，受限于施工現(xiàn)場的干擾和測試設(shè)備的容量限制，很難在現(xiàn)場進行局部放電試驗和耐壓試驗，這樣無形增加了用戶的使用風(fēng)險和驗收成本。
       而局部放電試驗和耐壓試驗是檢測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項目，該試驗項目要求試驗人員不僅要具有較高的專業(yè)知識背景，還要有較強的責(zé)任心，這也表明出廠試驗的監(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)造過程成為可能，進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、成纜和護套擠出工藝的監(jiān)造；③電力電纜出廠試驗中局部放電試驗和耐壓試驗的監(jiān)造；④以上三個部分數(shù)據(jù)和視頻圖像的存儲及調(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)過程遠程監(jiān)造系統(tǒng)架構(gòu)
       
       對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中，從主機的內(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
       
       對于局部放電試驗和耐壓試驗，則分成兩種情況：
       1、對于有數(shù)據(jù)處理功能的局部放電檢測系統(tǒng)，編寫能夠在Windows下（包括Windows 95，Windows XP，Windows 7）運行的軟件，從局部放電的軟件中，通過底層的內(nèi)存讀取技術(shù)，直接獲得試驗數(shù)據(jù)，然后通過工控機通信接口將獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_計算機（如圖3所示）；
       圖3 數(shù)字型局放數(shù)據(jù)采集流程
      
       2、對于沒有數(shù)據(jù)處理功能的模擬局部放電檢測系統(tǒng)，設(shè)計局部放電和耐壓試驗數(shù)據(jù)采集裝置，將信號通過信號處理單元輸入到工業(yè)控制計算機（如圖4所示）。
       圖4 模型信號局放數(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)和出廠試驗的試驗數(shù)據(jù)，然后通過企業(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)中心進行信息交互，實時調(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，當生產(chǎn)線的實際數(shù)據(jù)超出設(shè)定要求時，系統(tǒng)將自動發(fā)送警告信息給工廠質(zhì)量工程師或遠端監(jiān)測人員。
       三、系統(tǒng)各部分功能
       在整個系統(tǒng)中，各個部分通過不同的數(shù)據(jù)傳感器和攝像頭分別采集各類數(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
       本部分主要為機頭溫度傳感器采集擠出機機頭溫度，X光機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控制室和擠出機的機頭畫面。
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，通過參數(shù)的預(yù)置，系統(tǒng)可以將測量值和預(yù)置參數(shù)值進行比較，然后對超標數(shù)據(jù)進行標記和報警，人機界面如圖5所示。
       圖5 三層共擠工藝監(jiān)造人機界面
       
       2、成纜工藝中銅帶屏蔽層、成纜和護套擠出工藝監(jiān)造
本部分通過多個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套擠出工藝的生產(chǎn)線畫面，之后將數(shù)據(jù)流傳送到數(shù)據(jù)中心，遠程監(jiān)造中心可以通過高清攝像頭的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等功能進行局部與整體監(jiān)造，如圖6所示。
       圖6 生產(chǎn)過程高清視頻界面
       
       3、出廠試驗的局部放電試驗和耐壓試驗監(jiān)造
       本部分通過局部放電傳感器和電壓傳感器采集試驗時的局部放電量值和電壓值，并將試驗數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心并進行分析判斷；同時通過兩個攝像頭分別拍攝高壓試驗廳控制室圖像和高壓屏蔽室圖像并傳送到數(shù)據(jù)中心，記錄升壓和降壓過程，規(guī)范實驗員的操作程序。
       系統(tǒng)依據(jù)電力電纜國標、行標等標準規(guī)范，結(jié)合用戶需求，對出廠試驗中的局部放電試驗和耐壓試驗進行檢測和報警，典型判斷標準包括局部放電的背景放電量需要小于5pC，試驗時樣品的放電量小于10pC（例行試驗要求）；或局部放電的背景放電量需要小于2.5pC，試驗時樣品的放電量小于5pC（型式試驗要求），當局部放電值和背景噪聲值大于標準要求時，系統(tǒng)將自動報警。
       對于耐壓試驗，系統(tǒng)自動記錄試驗電壓和試驗時間，當試驗電壓和試驗時間不滿足標準要求時系統(tǒng)將自動報警。局部放電試驗和耐壓試驗人機界面如圖7所示。
       圖7 局部放電試驗和耐壓試驗人機界面
       
       四、結(jié)語
       綜上所述，電力電纜的制造設(shè)備種類繁多，數(shù)量龐大，同時設(shè)備分散，難以同時監(jiān)造，而監(jiān)造人員又不能長期駐廠監(jiān)造，因此推進電力電纜遠程監(jiān)造系統(tǒng)是非常必要和重要的工作。
       （1）通過遠程監(jiān)造系統(tǒng)，可以使企業(yè)管理層和用戶及時、全面準確地掌握電纜生產(chǎn)制造過程中的工藝質(zhì)量狀況和設(shè)備的使用情況，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)計分析，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，進行質(zhì)量改進，提高質(zhì)量水平。
       （2）通過監(jiān)造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心進行海量數(shù)據(jù)的存儲，進而生成表單，形成質(zhì)量數(shù)據(jù)報表，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)督活動進行了有機的結(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，同時也節(jié)省了客戶的監(jiān)造成本。
       （3）通過構(gòu)建遠程監(jiān)造系統(tǒng)，使監(jiān)造人員遠程監(jiān)造成為可能，克服了監(jiān)造人員有限、分散和遠程辦公的不便，能夠在第一時間獲得監(jiān)造信息，同時在發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題時能在第一時間反饋和進行缺陷處理。
       （4）通過遠程監(jiān)造系統(tǒng)進行缺陷的報警和預(yù)警，能有效避免人工監(jiān)造的疏漏，實現(xiàn)監(jiān)造的全天候無縫銜接。
       作者：1、胡正勇  徐湘憶  曹志強  陸冰冰  國網(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