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基本信息
- 項目名稱：
- 管道泄漏檢測實驗系統(tǒng)無線控制臺的設(shè)計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)由微處理器、無線通信系統(tǒng)、鍵盤、顯示器、溫度傳感器及人工控制臺構(gòu)成。工作時，下位機將數(shù)據(jù)打包并通過無線通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給上位機，上位機將數(shù)據(jù)拆分后分離提取出各項數(shù)據(jù)，進行分析判定并顯示。上位機將數(shù)據(jù)和指令打包后通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送給下位機裝置，下位機中的微處理器對數(shù)據(jù)包進行拆分，并提取出相應(yīng)指令和數(shù)據(jù)，再將指令和數(shù)據(jù)傳遞給PLC，由PLC還原給工業(yè)現(xiàn)場。微處理器通過串口與通信系統(tǒng)相連接。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于管道泄漏監(jiān)控系統(tǒng)的無線測控裝置及測控方法。該裝置包括微處理器、無線通信單元、溫度傳感器、鍵盤、顯示器和PC機，其中無線通信單元包括兩個ZigBee模塊； PC機和一個ZigBee模塊組成上位機單元，一個ZigBee模塊、溫度傳感器、微處理器、鍵盤和顯示器組成下位機單元；上位機單元中PC機連接ZigBee模塊RS-232串行接口；下位機單元中ZigBee模塊RS-232串行接口連接微處理器RS-232串行接口；溫度傳感器、鍵盤和顯示器均連接微處理器GPIO接口。管道泄漏實驗室的無線控制臺系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能： 1)能對石油管線進出站壓力信號，溫度信號，流量信號進行采集； 2)通過控制PLC機柜對電磁閥的開度進行快速精確的控制 3)能對石油管道各閥門狀態(tài)實施全面實時監(jiān)控； 4)管理系統(tǒng)可以通過無線通信獲取信號參數(shù)以及對控制臺的操作。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計思路：該無線控制平臺系統(tǒng)通過對上位機軟件系統(tǒng)的操作實現(xiàn)下位機實施控制。當(dāng)輸油管道閥門（電磁閥）需要打開和關(guān)閉時候，通過對上位機SCADA監(jiān)控系同進行的操作、設(shè)置，從而達(dá)到對下位機的無線操控的效果。此過程中，下位機主要負(fù)責(zé)采集壓力、流量、溫度等重要參數(shù)和控制管道電磁閥門，上位機主要實現(xiàn)對管道系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控和調(diào)度。上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)傳輸，通過ZigBee無線模塊實現(xiàn)。下位機采用ARM7 LPC2138微控器，以增強系統(tǒng)實時、穩(wěn)定性。通過繼電器來控制電磁閥，通過16位高速A/D轉(zhuǎn)換器AD7656檢測和采集管道中的流量，壓力，溫度等信號，并且該16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有精度高、速度快的優(yōu)點，彌補了ARM7中8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不足。項目創(chuàng)新點： 1．控制臺無線操控技術(shù)，可以實現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程智能操控。無線操作控制臺的機動性，便利性，是有線網(wǎng)絡(luò)所不及，就成本上，它可省下一筆可觀的布線費用，修改裝潢費用，其使用空間有很大彈性,另一方面，使用無線操作控制系統(tǒng)可以減少安全隱患，減少發(fā)生意外時人受傷害的概率。控制臺的無線操控技術(shù)是一項可以節(jié)省大量人力物力財力的先進技術(shù)。 2．ZigBee無線通信實時性和穩(wěn)定性。ZigBee是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ARM7 是通用的32 位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性。本課題主要是用ARM7 控制ZigBee 模塊，把數(shù)據(jù)通過無線接口傳給計算機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。 3．融入監(jiān)控站管理系統(tǒng)。
科學(xué)性、先進性
- 1.提出構(gòu)建基于Zigbee的網(wǎng)絡(luò)化管道運輸遠(yuǎn)程監(jiān)控指揮系統(tǒng)的思想，該系統(tǒng)集管道運輸全線生產(chǎn)過程的監(jiān)控、事故處理和應(yīng)急調(diào)度功能于一體，屬基礎(chǔ)自動化技術(shù)與高端調(diào)度管理功能的集成創(chuàng)新。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能： a)對石油管線進、出站壓力信號、流量信號、溫度信號進行采集； b)對管線各閥門狀態(tài)進行監(jiān)控和對電各閥門開關(guān)的控制； c)上位機系統(tǒng)通過無線通信獲取信號參數(shù)并對控制臺進行操作。 2.本發(fā)明的各部分裝置采用模塊化設(shè)計，具有良好的可擴充性；通過相應(yīng)的擴展模板，不僅可擴充輸入通道，而且可使裝置升級，保持高的性價比，同時由于采用無線傳輸方式，本裝置具有很強的抗干擾能力，可以適用于各種復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年10月，作品參與第四批全國大學(xué)生創(chuàng)新計劃中期評審，本作品被評為國家級項目.
作品所處階段
- 本作品已經(jīng)完成預(yù)定工作量的95%以上，處于項目收尾階段階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本作品已申請專利，有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本發(fā)明可應(yīng)用于石油管道泄漏實時監(jiān)控領(lǐng)域。使用本發(fā)明的無線測控裝置時，本發(fā)明與現(xiàn)場現(xiàn)有的PLC裝置等配套使用，組建所需的數(shù)據(jù)采樣和傳輸系統(tǒng)。將本發(fā)明上位機裝置安裝在石油管道輸送監(jiān)控站內(nèi)的主監(jiān)控室，下位機安裝在石油管道輸送現(xiàn)場，充分利用現(xiàn)場現(xiàn)有的溫度、壓力、流量傳感器進行數(shù)據(jù)采集。主監(jiān)控室的上位機通過ZigBee通訊系統(tǒng)接收下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以實時顯示首站和末站的壓力、流量等參數(shù)。與此同時，上位機也可以通過ZigBee通訊系統(tǒng)控制下位機的各種操作。本發(fā)明的微控制器對從石油管道輸送現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進行打包后，通過ZigBee通訊系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時接收和響應(yīng)主監(jiān)控室發(fā)送的控制信號，具有獨立的數(shù)據(jù)處理功能。本發(fā)明的應(yīng)用，可以提高管道運輸?shù)目茖W(xué)管理水平，有效地對管道運行實施安全監(jiān)控，降低了工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率；提高管道檢測控制的自動化水平，大大降低了管道運輸?shù)陌踩[患，有效地保障了輸油管道的正常運行。而且，在很大程度上可節(jié)省布線費用，降低了管道輸送企業(yè)的運營成本。
同類課題研究水平概述
- 石油管道泄漏的無線實時監(jiān)控一直是管道輸送安全監(jiān)控領(lǐng)域未能很好解決的難題。目前，國內(nèi)所有管道輸送企業(yè)和國外絕大多數(shù)管道輸送企業(yè)均不得不采用有線監(jiān)控。國內(nèi)外關(guān)于泄漏的檢測控制臺的研究集中在較少布線數(shù)量方面，由于技術(shù)的成本問題，至今沒有達(dá)到實用化。國際上主流的預(yù)警與泄漏檢測定位技術(shù)研究可以分為基于管外軟件和基于管內(nèi)硬件的兩類方法?；诠芡廛浖姆椒ù蠖嗍菍艿纼啥巳舾蓚€固定位置傳感器的信號進行采集和分析，主要有基于模型的方法和基于信號處理的方法?；谛盘柼幚淼姆椒o需建立管道數(shù)學(xué)模型，主要有輸差法和負(fù)壓波定位法。輸差法不能定位，只作為輔助檢測手段；負(fù)壓波法對快速突變泄漏和大泄漏敏感，對已存在的泄漏及緩慢、無明顯負(fù)壓波的泄漏則失效，該方法對噪聲敏感易誤報警。 管道內(nèi)檢測技術(shù)是將各種無損檢測（NDT）設(shè)備加在清管器（PIG）上，將原來用作清掃的非智能設(shè)備改造為有信息采集、處理、存儲等功能的智能型管道缺陷檢測器（SMART PIG），通過清管器在管道內(nèi)的運動，達(dá)到檢測管道缺陷的目的。基于管外軟件的高精度聲波預(yù)警技術(shù)，是依靠鋪設(shè)在管道沿線的聲波傳感器接收來自管道沿線的破壞活動以及管道上的震擊、鉆孔以及流質(zhì)流出管道的摩擦聲音，從而進行預(yù)警提示。由于該方法的檢測設(shè)備安裝不需要大規(guī)模的二次開挖，是現(xiàn)役管道破損預(yù)警與泄漏檢測技術(shù)中一個比較實用的方法，也是管道需重點保護區(qū)段的有效解決方案。結(jié)合破損預(yù)警的泄漏檢測技術(shù)研究目前在國內(nèi)尚處于起步階段，相對國外同類研究起步較晚，更未出現(xiàn)成熟的專利技術(shù)。由于國外已有的一些成果沒有針對我國管道泄漏事故的特點進行設(shè)計，因此在國內(nèi)應(yīng)用效果不十分理想。 傳統(tǒng)的依據(jù)固定位置、感知單一屬性的傳感技術(shù)獲取的工況信息并利用經(jīng)典診斷方法實現(xiàn)泄漏故障決策已不能滿足要求。近年來, 越來越多的研究者傾向于使用多點傳感網(wǎng)絡(luò)（多源性）來支持工況監(jiān)控和故障決策。而采用多傳感器實現(xiàn)信號盲源解耦的多源性和利用自適應(yīng)推理解決診斷中的不確定性（尤其是模糊性）問題，這在國際上還是一個未經(jīng)探索的開放性研究課題。 總體來看，為滿足預(yù)警與泄漏檢測定位的實時性、可靠性及高精度的要求，以自行研制的雙核嵌入式網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集分析為基礎(chǔ)，設(shè)計研發(fā)一項集預(yù)警、檢測和定位于一體的管道泄漏檢測無線控制臺是國內(nèi)流程工業(yè)現(xiàn)場的迫切需求.
