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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 管道泄漏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)線控制臺(tái)的設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)由微處理器、無(wú)線通信系統(tǒng)、鍵盤、顯示器、溫度傳感器及人工控制臺(tái)構(gòu)成。工作時(shí)，下位機(jī)將數(shù)據(jù)打包并通過無(wú)線通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將數(shù)據(jù)拆分后分離提取出各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析判定并顯示。上位機(jī)將數(shù)據(jù)和指令打包后通過無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)送給下位機(jī)裝置，下位機(jī)中的微處理器對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)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(chǎng)。微處理器通過串口與通信系統(tǒng)相連接。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對(duì)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(wú)線測(cè)控裝置及測(cè)控方法。該裝置包括微處理器、無(wú)線通信單元、溫度傳感器、鍵盤、顯示器和PC機(jī)，其中無(wú)線通信單元包括兩個(gè)ZigBee模塊； PC機(jī)和一個(gè)ZigBee模塊組成上位機(jī)單元，一個(gè)ZigBee模塊、溫度傳感器、微處理器、鍵盤和顯示器組成下位機(jī)單元；上位機(jī)單元中PC機(jī)連接ZigBee模塊RS-232串行接口；下位機(jī)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(shí)驗(yàn)室的無(wú)線控制臺(tái)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 1)能對(duì)石油管線進(jìn)出站壓力信號(hào)，溫度信號(hào)，流量信號(hào)進(jìn)行采集； 2)通過控制PLC機(jī)柜對(duì)電磁閥的開度進(jìn)行快速精確的控制 3)能對(duì)石油管道各閥門狀態(tài)實(shí)施全面實(shí)時(shí)監(jiān)控； 4)管理系統(tǒng)可以通過無(wú)線通信獲取信號(hào)參數(shù)以及對(duì)控制臺(tái)的操作。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)思路：該無(wú)線控制平臺(tái)系統(tǒng)通過對(duì)上位機(jī)軟件系統(tǒng)的操作實(shí)現(xiàn)下位機(jī)實(shí)施控制。當(dāng)輸油管道閥門（電磁閥）需要打開和關(guān)閉時(shí)候，通過對(duì)上位機(jī)SCADA監(jiān)控系同進(jìn)行的操作、設(shè)置，從而達(dá)到對(duì)下位機(jī)的無(wú)線操控的效果。此過程中，下位機(jī)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(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)管道系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和調(diào)度。上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，通過ZigBee無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)采用ARM7 LPC2138微控器，以增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定性。通過繼電器來(lái)控制電磁閥，通過16位高速A/D轉(zhuǎn)換器AD7656檢測(cè)和采集管道中的流量，壓力，溫度等信號(hào)，并且該16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有精度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了ARM7中8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不足。項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)： 1．控制臺(tái)無(wú)線操控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程智能操控。無(wú)線操作控制臺(tái)的機(jī)動(dòng)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(fèi)用，修改裝潢費(fèi)用，其使用空間有很大彈性,另一方面，使用無(wú)線操作控制系統(tǒng)可以減少安全隱患，減少發(fā)生意外時(shí)人受傷害的概率。控制臺(tái)的無(wú)線操控技術(shù)是一項(xiàng)可以節(jié)省大量人力物力財(cái)力的先進(jìn)技術(shù)。 2．ZigBee無(wú)線通信實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。ZigBee是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)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(wú)線接口傳給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。 3．融入監(jiān)控站管理系統(tǒng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.提出構(gòu)建基于Zigbee的網(wǎng)絡(luò)化管道運(yùn)輸遠(yuǎn)程監(jiān)控指揮系統(tǒng)的思想，該系統(tǒng)集管道運(yùn)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(dòng)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(shí)現(xiàn)如下功能： a)對(duì)石油管線進(jìn)、出站壓力信號(hào)、流量信號(hào)、溫度信號(hào)進(jìn)行采集； b)對(duì)管線各閥門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)電各閥門開關(guān)的控制； c)上位機(jī)系統(tǒng)通過無(wú)線通信獲取信號(hào)參數(shù)并對(duì)控制臺(tái)進(jìn)行操作。 2.本發(fā)明的各部分裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，具有良好的可擴(kuò)充性；通過相應(yīng)的擴(kuò)展模板，不僅可擴(kuò)充輸入通道，而且可使裝置升級(jí)，保持高的性價(jià)比，同時(shí)由于采用無(wú)線傳輸方式，本裝置具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以適用于各種復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年10月，作品參與第四批全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃中期評(píng)審，本作品被評(píng)為國(guó)家級(jí)項(xiàng)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(xiàng)目收尾階段階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本作品已申請(qǐng)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本發(fā)明可應(yīng)用于石油管道泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域。使用本發(fā)明的無(wú)線測(cè)控裝置時(shí)，本發(fā)明與現(xiàn)場(chǎng)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(jī)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(jī)安裝在石油管道輸送現(xiàn)場(chǎng)，充分利用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的溫度、壓力、流量傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主監(jiān)控室的上位機(jī)通過ZigBee通訊系統(tǒng)接收下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)顯示首站和末站的壓力、流量等參數(shù)。與此同時(shí)，上位機(jī)也可以通過ZigBee通訊系統(tǒng)控制下位機(jī)的各種操作。本發(fā)明的微控制器對(duì)從石油管道輸送現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包后，通過ZigBee通訊系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收和響應(yīng)主監(jiān)控室發(fā)送的控制信號(hào)，具有獨(dú)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(yùn)輸?shù)目茖W(xué)管理水平，有效地對(duì)管道運(yùn)行實(shí)施安全監(jiān)控，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；提高管道檢測(cè)控制的自動(dòng)化水平，大大降低了管道運(yùn)輸?shù)陌踩[患，有效地保障了輸油管道的正常運(yùn)行。而且，在很大程度上可節(jié)省布線費(fèi)用，降低了管道輸送企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。
同類課題研究水平概述
- 石油管道泄漏的無(wú)線實(shí)時(shí)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(guó)內(nèi)所有管道輸送企業(yè)和國(guó)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(guó)內(nèi)外關(guān)于泄漏的檢測(cè)控制臺(tái)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(shí)用化。國(guó)際上主流的預(yù)警與泄漏檢測(cè)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?duì)管道兩端若干個(gè)固定位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集和分析，主要有基于模型的方法和基于信號(hào)處理的方法?；谛盘?hào)處理的方法無(wú)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(cè)手段；負(fù)壓波法對(duì)快速突變泄漏和大泄漏敏感，對(duì)已存在的泄漏及緩慢、無(wú)明顯負(fù)壓波的泄漏則失效，該方法對(duì)噪聲敏感易誤報(bào)警。 管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是將各種無(wú)損檢測(cè)（NDT）設(shè)備加在清管器（PIG）上，將原來(lái)用作清掃的非智能設(shè)備改造為有信息采集、處理、存儲(chǔ)等功能的智能型管道缺陷檢測(cè)器（SMART PIG），通過清管器在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到檢測(cè)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(lái)自管道沿線的破壞活動(dòng)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(jìn)行預(yù)警提示。由于該方法的檢測(cè)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(cè)技術(shù)中一個(gè)比較實(shí)用的方法，也是管道需重點(diǎn)保護(hù)區(qū)段的有效解決方案。結(jié)合破損預(yù)警的泄漏檢測(cè)技術(shù)研究目前在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，相對(duì)國(guó)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(guó)外已有的一些成果沒有針對(duì)我國(guó)管道泄漏事故的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此在國(guó)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(shí)現(xiàn)泄漏故障決策已不能滿足要求。近年來(lái), 越來(lái)越多的研究者傾向于使用多點(diǎn)傳感網(wǎng)絡(luò)（多源性）來(lái)支持工況監(jiān)控和故障決策。而采用多傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(guó)際上還是一個(gè)未經(jīng)探索的開放性研究課題。 總體來(lái)看，為滿足預(yù)警與泄漏檢測(cè)定位的實(shí)時(shí)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(jì)研發(fā)一項(xiàng)集預(yù)警、檢測(cè)和定位于一體的管道泄漏檢測(cè)無(wú)線控制臺(tái)是國(guó)內(nèi)流程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的迫切需求.
