基本信息
- 项目名称：
- 管道泄漏检测实验系统无线控制台的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本系统由微处理器、无线通信系统、键盘、显示器、温度传感器及人工控制台构成。工作时，下位机将数据打包并通过无线通信系统将数据包发送给上位机，上位机将数据拆分后分离提取出各项数据，进行分析判定并显示。上位机将数据和指令打包后通过无线通信系统发送给下位机装置，下位机中的微处理器对数据包进行拆分，并提取出相应指令和数据，再将指令和数据传递给PLC，由PLC还原给工业现场。微处理器通过串口与通信系统相连接。
- 详细介绍：
- 针对现有技术的不足，本发明提供一种用于管道泄漏监控系统的无线测控装置及测控方法。该装置包括微处理器、无线通信单元、温度传感器、键盘、显示器和PC机，其中无线通信单元包括两个ZigBee模块； PC机和一个ZigBee模块组成上位机单元，一个ZigBee模块、温度传感器、微处理器、键盘和显示器组成下位机单元；上位机单元中PC机连接ZigBee模块RS-232串行接口；下位机单元中ZigBee模块RS-232串行接口连接微处理器RS-232串行接口；温度传感器、键盘和显示器均连接微处理器GPIO接口。管道泄漏实验室的无线控制台系统主要实现以下功能： 1)能对石油管线进出站压力信号，温度信号，流量信号进行采集； 2)通过控制PLC机柜对电磁阀的开度进行快速精确的控制 3)能对石油管道各阀门状态实施全面实时监控； 4)管理系统可以通过无线通信获取信号参数以及对控制台的操作。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计思路：该无线控制平台系统通过对上位机软件系统的操作实现下位机实施控制。当输油管道阀门（电磁阀）需要打开和关闭时候，通过对上位机SCADA监控系同进行的操作、设置，从而达到对下位机的无线操控的效果。此过程中，下位机主要负责采集压力、流量、温度等重要参数和控制管道电磁阀门，上位机主要实现对管道系统运行状态的监控和调度。上位机与下位机之间的数据传输，通过ZigBee无线模块实现。下位机采用ARM7 LPC2138微控器，以增强系统实时、稳定性。通过继电器来控制电磁阀，通过16位高速A/D转换器AD7656检测和采集管道中的流量，压力，温度等信号，并且该16位模数转换器具有精度高、速度快的优点，弥补了ARM7中8位模数转换器的不足。项目创新点： 1．控制台无线操控技术，可以实现真正意义上的远程智能操控。无线操作控制台的机动性，便利性，是有线网络所不及，就成本上，它可省下一笔可观的布线费用，修改装潢费用，其使用空间有很大弹性,另一方面，使用无线操作控制系统可以减少安全隐患，减少发生意外时人受伤害的概率。控制台的无线操控技术是一项可以节省大量人力物力财力的先进技术。 2．ZigBee无线通信实时性和稳定性。ZigBee是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ARM7 是通用的32 位微处理器，它具有高性能和低功耗的特性。本课题主要是用ARM7 控制ZigBee 模块，把数据通过无线接口传给计算机，实现数据的无线传输。 3．融入监控站管理系统。
科学性、先进性
- 1.提出构建基于Zigbee的网络化管道运输远程监控指挥系统的思想，该系统集管道运输全线生产过程的监控、事故处理和应急调度功能于一体，属基础自动化技术与高端调度管理功能的集成创新。该系统可以实现如下功能： a)对石油管线进、出站压力信号、流量信号、温度信号进行采集； b)对管线各阀门状态进行监控和对电各阀门开关的控制； c)上位机系统通过无线通信获取信号参数并对控制台进行操作。 2.本发明的各部分装置采用模块化设计，具有良好的可扩充性；通过相应的扩展模板，不仅可扩充输入通道，而且可使装置升级，保持高的性价比，同时由于采用无线传输方式，本装置具有很强的抗干扰能力，可以适用于各种复杂的工业现场。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年10月，作品参与第四批全国大学生创新计划中期评审，本作品被评为国家级项目.
作品所处阶段
- 本作品已经完成预定工作量的95%以上，处于项目收尾阶段阶段
技术转让方式
- 本作品已申请专利，有偿转让
作品可展示的形式
- 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本发明可应用于石油管道泄漏实时监控领域。使用本发明的无线测控装置时，本发明与现场现有的PLC装置等配套使用，组建所需的数据采样和传输系统。将本发明上位机装置安装在石油管道输送监控站内的主监控室，下位机安装在石油管道输送现场，充分利用现场现有的温度、压力、流量传感器进行数据采集。主监控室的上位机通过ZigBee通讯系统接收下位机发送的数据，可以实时显示首站和末站的压力、流量等参数。与此同时，上位机也可以通过ZigBee通讯系统控制下位机的各种操作。本发明的微控制器对从石油管道输送现场采集到的数据进行打包后，通过ZigBee通讯系统发送数据，同时接收和响应主监控室发送的控制信号，具有独立的数据处理功能。本发明的应用，可以提高管道运输的科学管理水平，有效地对管道运行实施安全监控，降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率；提高管道检测控制的自动化水平，大大降低了管道运输的安全隐患，有效地保障了输油管道的正常运行。而且，在很大程度上可节省布线费用，降低了管道输送企业的运营成本。
同类课题研究水平概述
- 石油管道泄漏的无线实时监控一直是管道输送安全监控领域未能很好解决的难题。目前，国内所有管道输送企业和国外绝大多数管道输送企业均不得不采用有线监控。国内外关于泄漏的检测控制台的研究集中在较少布线数量方面，由于技术的成本问题，至今没有达到实用化。国际上主流的预警与泄漏检测定位技术研究可以分为基于管外软件和基于管内硬件的两类方法。基于管外软件的方法大多是对管道两端若干个固定位置传感器的信号进行采集和分析，主要有基于模型的方法和基于信号处理的方法。基于信号处理的方法无需建立管道数学模型，主要有输差法和负压波定位法。输差法不能定位，只作为辅助检测手段；负压波法对快速突变泄漏和大泄漏敏感，对已存在的泄漏及缓慢、无明显负压波的泄漏则失效，该方法对噪声敏感易误报警。 管道内检测技术是将各种无损检测（NDT）设备加在清管器（PIG）上，将原来用作清扫的非智能设备改造为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器（SMART PIG），通过清管器在管道内的运动，达到检测管道缺陷的目的。基于管外软件的高精度声波预警技术，是依靠铺设在管道沿线的声波传感器接收来自管道沿线的破坏活动以及管道上的震击、钻孔以及流质流出管道的摩擦声音，从而进行预警提示。由于该方法的检测设备安装不需要大规模的二次开挖，是现役管道破损预警与泄漏检测技术中一个比较实用的方法，也是管道需重点保护区段的有效解决方案。结合破损预警的泄漏检测技术研究目前在国内尚处于起步阶段，相对国外同类研究起步较晚，更未出现成熟的专利技术。由于国外已有的一些成果没有针对我国管道泄漏事故的特点进行设计，因此在国内应用效果不十分理想。 传统的依据固定位置、感知单一属性的传感技术获取的工况信息并利用经典诊断方法实现泄漏故障决策已不能满足要求。近年来, 越来越多的研究者倾向于使用多点传感网络（多源性）来支持工况监控和故障决策。而采用多传感器实现信号盲源解耦的多源性和利用自适应推理解决诊断中的不确定性（尤其是模糊性）问题，这在国际上还是一个未经探索的开放性研究课题。 总体来看，为满足预警与泄漏检测定位的实时性、可靠性及高精度的要求，以自行研制的双核嵌入式网络化数据采集分析为基础，设计研发一项集预警、检测和定位于一体的管道泄漏检测无线控制台是国内流程工业现场的迫切需求.
