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基于物联网和区块链技术的油品净化方案研究

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资料介绍

润滑油与液压油是润滑和液压系统的血液,因此油品净化的重要性越来越显著.为了实现对油品净化设备的综合管控、全优润滑,其至佳方案的研究势在必行.将物联网与区块链技术相结合,以物联网的智能控制为依托,实现油品净化设备的自动控制;以区块链技术的共识机制和分布式数字存储模块为补充,解决物物相连的设备之间协作与安全问题.最终实现物联网的共识机制和分布式网络,对分散的各主体设备油站以及分散布置的油品净化设备的各数据参数进行实时测控、远程共享,从而实现润滑油与液压油的净化和全优润滑,降低设备损耗和故障率,提高设备寿命.

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液压与气动

2018年第12期

doi：10．1

1832／j．issn．1000—4858．2018．12．010

基于物联网和区块链技术的油品净化方案研究

孙洁1，蔡佳亮2，张立臣2，李然3，贾鹏4，李智5

(1．华北理工大学电气工程学院，河北唐山063200；2．华北理工大学以升创新教育基地，河北唐山063200；

3．唐山学院机电工程系，河北唐山063000；4．唐山市产品质量监督检验所，河北唐山063000；

5．唐山市丰南区文化广电新闻出版局，河北唐山063303)

摘要：润滑油与液压油是润滑和液压系统的血液，因此油品净化的重要性越来越显著。为了实现对

油品净化设备的综合管控、全优润滑，其至佳方案的研究势在必行。将物联网与区块链技术相结合，以物联

网的智能控制为依托，实现油品净化设备的自动控制；以区块链技术的共识机制和分布式数字存储模块为补

充，解决物物相连的设备之间协作与安全问题。最终实现物联网的共识机制和分布式网络，对分散的各主体

设备油站以及分散布置的油品净化设备的各数据参数进行实时测控、远程共享，从而实现润滑油与液压油的

净化和全优润滑，降低设备损耗和故障率，提高设备寿命。

关键词：物联网；区块链；共识机制；分布式网络

中图分类号：THl37；TE626．3文献标志码：B文章编号：1000-4858(2018)12-0054-06

Oil Purification

Based on Internet of

and Blockchain

Proiect

Things

Technology

Zhi5

Pen94，LI

SUN

Jiel，CAI

Li．chen2，LI Ran3，JIA

of Science and

063200；

Technology，Tangshan，Hebei

Jia—lian92，ZHANG

China

of Electrical

(1．College

Engineering，Noah

University

China

of Science and

Technology，Tangshan，Hebei 063200；

2．yi

Sheng College，North

University

of Mechanical and

3．Department

Product

Tangshan

and

063000；

College，Tangshan，Hebei

Institute，Tangshan，Hebei 063000；

Inspection

4．Tangshan

Quality Supervision

District Culture

and Television Press and Publication

Radio，Film

063303)

Bureau，Tangshan，Hebei

5．Tangshan Fengnan

oil are used as the blood of lubrication and

Abstract：Lubricating ^{oil and}hydraulic

hydraulic systems respectively，

achieve control of oil

significantly important．To

SO oil

more and more

purification

becoming

comprehensive

combine

and full

its best

the Intemet of

lubrication，the

purification equipment

study

program

imperative．We

of the Internet of

things

with blockchain

things

control

realize automatic

technology，and

intelligent

rely

of oil

the consensus mechanism of blockchain

and

control

equipment．It

supplemented by

technology

purification

and

distributed

modules to solve the

consensus mechanism

between devices connected to

digital storage

problem

cooperation

security

and

theInternet of

Things

of the distributed data

are

distributed network of

realized，which

of each

parameters

objects．And finally，the

to real-time measurement and control as well as remote

contributes

sharing

main

oil station and the

full

oil

oil and

equipment

dispersed

purification equipment．thereby purifying lubricating

loss and failure

life．

rate，and

hydraulic oil，achieving

lubrication，reducing equipment

improving equipment

network

mechanism，distributed

words：Internet

Key

things，blockchain，consensus

引言

纵观国内外油品净化的现状，目前众多企业已经

收稿日期：2018-08-22

基金项目：河北省自然科学基金(F2013209326)

认识到油品净化的重要性，但也只是采取定期更换新

油或以在线、离线对油液进行真空过滤、离心净化等方

式进行人工或半自动化的初步净化，且各净化设备布

作者简介：孙洁(1963一)，男，河北唐山人，教授，博士，主要

从事控制理论与控制工程方面研究和教学工作。

万方数据

2018年第12期

液压与气动

置分散，不易综合管理，使得设备故障率高，维护成本

高，设备出现故障无法及时修复等问题，极大地制约了

生产的低成本、高产出的良性发展¨ 。5j。

分离比重大于油液的污染物(各种非金属固体污染

物、金属粒子、水等)。分离出来的各种污染物沿离心

桶壁流入底部的纳污盒，初步净化后的油液通过回油

管返回到各系统的油箱，经过多次循环，从而实现油液

高精度的净化‘9|，离心式油液净化原理结构图如图1

所示。

随着物联网和区块链技术的快速发展，物物相连、

数据共享已成为必然趋势。利用物联网和区块链技术

实现主体设备油站及净化设备的物物相连、数据共享，

将分散的各主体设备油站以及分散布置的油品净化设

备的各数据参数进行实时监测，远程共享与控制，从而

实现油品净化的综合管控、全优润滑，降低设备损耗和

故障率，提高设备寿命，为生产的低成本、高产出的良

性发展奠定坚实的基础。

表1传统油品净化方案工作原理

油品净化方案

过滤式

工作原理

以滤纸或高精度滤芯作为过滤介质，通过

多层过滤的方式防止油液中的污染物进

入系统，使用期间需要工作人员严格执行

操作程序，根据污染状况定期更换滤纸或

滤芯达到净化标准。

本研究旨在基于物联网与区块链的技术基础，

对润滑与液压系统的油品净化方案进行研究，利用

物联网与区块链技术结合实现物联网的共识机制和

分布式网络。共识机制可以解决各设备之间的协作

通过真空泵将空气抽出形成真空，去除空

气，油液在大气压的作用下进入系统，经

过初滤器清除较大的颗粒，经加热后，通

过喷翼高速旋转，将油分离成半雾状，使

油中水分迅速蒸发成水蒸气，并不断被吸

入冷凝器内排出系统，通过滤纸或滤芯将

微粒杂质过滤。

问题，巩固物联网的安全性；而分布式网络则使得节

点不再需要中心化的数据库，能实现自我管理，极大

地降低物联网的运行成本，最终实现对油品净化的

统筹管理∞。8J。

真空式

国内外研究现状及发展动态

1．1

传统油品污染度控制方案

利用不同功能的滤芯：预过滤滤芯一聚结

滤芯一分离滤芯组成聚结分离器。当油

液流经聚结分离器时，在内部经历过滤阶

段、聚结阶段、沉降阶段和分离阶段。实现

过滤颗粒污染物、脱除水分的功能。

国内对于油品净化的研究起步较晚，随着企业不

断发展才出现各种各样的油品净化设备，包括普通过

滤式、真空式、聚结分离式等。每一种都有其优势与局

限性，但只能初步解决油液污染的问题。设备的全自

动化控制以及油品净化的综合管控、全优润滑还处于

比较落后的状态。传统油品净化方案工作原理如表1

所示。

聚结分离式

尽管上述几种传统的净油方案可实现油品较高精

度的净化和部分水分的分离，但是普遍存在净化效率

低的问题，净化效果取决于过滤介质的精度和更换频

度。传统净油方案在油品净化过程中耗材量大、运行

成本高，工作量大。如果真空瞬间加热时间过长，也可

能导致油品劣化，缩短油液使用寿命，增加油液的

浪费。

1．2离心式油品净化方案

图1 离心式油液净化J票理结构图

首先，在增压泵M2的作用下，未净化的油液从

油箱经吸油管被送至辅助油箱，在此，真空泵M1排

出油液中的气体，液位控制器控制辅助油箱中油液

液位。

利用该方案设计的离心式净油机如图2所示，

已在天津荣程钢铁有限公司炼钢厂炉前液压站进行

了试用，将离心式净油机净化前后的油样分别进行

了定性和定量对比，油品净化前后对比结果如图3

所示‘9|。

然后增压泵将油液送至离心桶组件所产生的离心

场中，油液随离心桶组件高速旋转，从而以纯物理方式

万方数据

2018年第12期

液压与气动

互动的技术基础设施，可以监督和渗透任何生产的重

要过程，研究表明物联网技术在智能控制方面有不可

替代的作用。

2)区块链技术的发展

区块链技术主要分为3个阶段：区块链1．0主要

应用于货币[12-”]，如货币转移汇总和支付；区块链

2．0为智能合约¨ n17]，不仅仅局限于货币，也覆盖了

经济、市场、金融全方面的应用；区块链3．0应用于各

行业和各领域，是能够实现智能控制的必要技术。

Clare

图2离心式净油机实物图

乔治敦大学华盛顿特区法律中一t3

Sullivan和

华盛顿乔治敦大学计算机科学系Eric Burger¨ 引研究

数字身份信息数据保护，使用电子居住区块链可以从

根本上改变身份信息的控制和认证方式。

目前区块链技术更多的停留在2．O阶段，主要解

决信任问题，以共识机制、去中心化【19。2¨ 为主。区块

链所有节点拥有同样的效果，所有的数据信息通过整

个系统所有的节点一起参与维护，所以区块链中的数

据可靠性、稳定性极高且非常方便，但目前针对各领域

的区块链3．o并没有完全实现。

图3油品；争化前后对比图

1．3

国内外物联网与区块链技术的研究及发展趋势

目前随着信息技术的飞速发展，物物相连、数据共

3)区块链中的分布式网络

享已经是大势所趋。物联网和区块链技术已经实现了

我们生活中的远程控制，包括智能家居产品、车辆等各

参照区块链技术在比特币中的应用，对分布式网

络的理解如表2所示。支持500台设备平台3年生命

种设备的远程管控，但是在油站和油品净化设备的控

制上仍是一片空白。各大企业仅停留在人工或半自动

化对油液进行净化处理的阶段，并没有实现油站各数

周期客户拥有成本对比如表3所示。

表2区块链中分布式网络理解

据参数的实时监控以及设备之间的物物相连、综合

管控。

分布式网络

理解

每个参与系统的节点都可以发起信息，每

一个参与的节点可与相邻节点进行信息

交互，全网公开传递有价值的信息。

1)物联网技术的发展

分布式的信息

发布与传输

近年来，随着物联网技术以及油品净化技术的飞

速发展，设备的全自动化控制以及油品净化质量越来

越得到重视，国内外纷纷进行油品质量全自动化控制

和油品净化的研究。

每个参与系统的节点只要根据共识机制，

完成工作量的设定，便能取得数据库的记

账权，且记录可以追溯查询，但不可篡改。

分布式记账

分布式储存

罗国超¨ 0]通过对液压系统工作参数的实时在线

综合监控，为系统的正常工作提供保障，提高系统运行

的可靠性与安全性。朱伟伟等旧1设计了一套静态在

线监测系统，以避免温度及压力对传感器测试结果的

影响。李启磷等H1提出将静电传感器技术运用到液

压系统在线监测中，设计了一套适用于液压系统的油

液在线监测系统，验证了静电监测方法在液压系统在

线监测中的有效性与可行性。

分布式记账后在记录信息加工中加上一

个时间戳，便会产生区块数据，网络广播

出去后，就会在区块链中形成，每个节点

可以选择储存完整的数据或者是部分数

据。而且每个节点都可以拥有一份完整

的本地数据储存的实时更新。

里加科技大学的弗拉迪斯拉夫· 亚历山大罗维奇

等¨ ¨ 通过调查物联网的一般结构和管理，创建了一个

区块链技术在分布式网络中作为激励层，提供了

建设中心化网络的基础，让其能够在没有任何中心机

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