LabVIEW在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

1、第23卷第1期2005年1月北京工商大學學報(自然科學版Journal of Beijing Techno logy and Business U niversity (N atural Science Editi on V o l 123N o 11Jan .2005文章編號:167121513(20050120030203LabV IE W 在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應用廉小親,蘇維均,何杰(北京工商大學信息工程學院,北京100037摘要:利用L abV IE W 軟件開發(fā)輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)上位機的通信及數據處理模塊,實現與單片機開發(fā)的下位機的串口通信通過對下位機采集到的壓力數據分析處理

2、,能推算出壓力異常的拐點時間,為計算輸油管道泄漏點的實際位置提供條件關鍵詞:L abV IE W ;串口通信;泄漏監(jiān)測中圖分類號:T P 277文獻標識碼:A 收稿日期:20040902基金項目:北京市教委科技發(fā)展計劃項目資助(01KJ 2043作者簡介:廉小親(1967-,女,河南沁陽人,博士,副教授,主要從事信號與信息處理方面的研究輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)根據輸油管道兩端的壓力采集信號,以負壓力波方法為理論基礎12,對輸油管道中所出現的泄漏及時進行預報,并確定泄漏點位置系統(tǒng)總體結構分為上位機與下位機兩部分上位機為放置在首站控制間的一臺工控機下位機由放置在輸油管道首、末站的單片機數據采集系統(tǒng)組成

3、對于末站,工控機首先通過R S 232對調制解調器(M OD E M 進行撥號,連通遠端的單片機數據采集系統(tǒng),實現遠端站點的壓力、流量數據采集與通信傳輸;對于首站,上下位機通過R S 232進行通訊上位機采用L abV IE W 軟件對采集上來的壓力、流量信號以曲線的形式進行實時顯示,并根據泄漏檢測算法判斷管道運行的情況主要介紹L abV IE W 軟件在系統(tǒng)中的應用情況主要涉及以下內容:1實現上位機與下位機的串口通信,并正確區(qū)分下位機向上位機發(fā)送的正常、異常數據;2當正 異常通信協(xié)議中的校驗和出錯時2,如何通過串口向下位發(fā)送錯誤警報,要求重新發(fā)送校驗和出錯的那組數據;3從下位接收來的異常數據

4、格式不同于正常數據,比正常數據復雜的多,如何處理異常數據成了上位機設計的重要內容;4系統(tǒng)基于負壓力波理論檢測輸油管道泄漏情況,所以當管道出現異常情況時,如何計算兩端異常壓力的拐點時間也成為設計的重中之重,為下一步判斷是否存在泄漏及泄漏的位置做準備1LabV IE W 軟件簡介L abV IE W 是labo rato ry virtual in strum en t engineering w o rkbench (實驗室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱,它是美國國家儀器公司(N I 創(chuàng)立的一個功能強大而又靈活的儀器和分析軟件應用開發(fā)工具它把復雜、繁瑣、費時的語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能

5、(圖形,并用線條把各種功能(圖形連接起來的簡單圖形編程方式3L abV IE W 是一種圖形編程語言通常稱為G 編程語言,其編程過程就是通過圖形符號描述程序的行為L abV IE W 中集成了大量的生成圖形界面的模塊、數據分析、數字信號處理功能以及多種硬件設備驅動功能(包括R S 232,GP I B ,V X I ,數據采集板卡、網絡等L abV IE W 也包含了特殊的應用庫,用于實現數據采集、文件輸入 輸出、GP I B 和串行儀器控制及數據分析L abV IE W 還包括了常規(guī)的程序調試工具,用這些工具可以設置斷點、單步執(zhí)行程序及動畫模擬執(zhí)行,以便觀察數據流為用戶開發(fā)時節(jié)省大量的編程時

6、間2LabV IE W 與下位機的串口通信211LabV IE W 的串口讀寫模塊L abV IE W 提供的基于V ISA 的I O 函數庫適3合于各種儀器類型和各種硬件接口類型,對串口的讀寫同樣提供了許多專用的函數圖1是上位機從串口讀(寫數據的模塊 圖1從串口讀取數據圖1中各函數的用途:Channel :即V ISAR esou rce N am e 選擇L abV IE W 要讀寫的串口的名字,可在相對應的前面板控件中選擇,如Com 1或Com 2V ISA Configu re Serial Po rt :這個函數主要是對串口通信的4個參數:傳送波特率、用于字符編碼的數據位數、可選擇的

7、校驗位取值以及停止位的個數的配置雙擊這個函數便可顯示函數的具體參數用戶可根據實際需要對它進行配置 V ISA Configu re Serial Po rt 函數,還可根據實際情況對串口讀數據設置好超時,使得函數能定時從串口讀取數據,以避免串口采集數據的延時問題B ytes at po rt :主要是監(jiān)視串口緩存中的字節(jié)數,并把這個值賦給V ISA R ead 的bytes coun t V ISA R ead :是從串口讀數據的函數,它實現的主要功能是將串口緩存中的數據讀取出來,函數V ISA R ead 讀取的是16進制的字符串212正常 異常數據的判斷基于L abV IE W 開發(fā)的上位

8、機與下位機進行串口通信,雙方通訊的內容分命令和數據兩種,因此必須設置相應的通訊協(xié)議首先,上位機在下位機采集數據前先與下位機進行一次握手:由上位給下位發(fā)準備命令AA 5552,當下位接收到準備命令時則對上位進行應答,然后上位給下位發(fā)采集數據的命令,收到下位的正確應答后,下位開始采集數據并定時給上位發(fā)送數據握手過程中若某一環(huán)節(jié)出錯,則做相應處理下位給上位機發(fā)的數據有兩種,這兩種數據都有各自的標識符即字頭、數據、校驗和正常數據字頭是AA 554E ,異常數據字頭是AA 554C ,所以上位只要對接收到的字符串前6位進行簡單判斷就可以知道接收到的是正常數據還是異常數據用Scan from String

9、 這個函數跟一個比較器來對接收到的字符串做正常、異常數據的判斷首先利用函數Scan from String 將接收到的字符串拆分成兩個子字符串,前6位即字頭為一部分,剩下的為一部分將拆分后的前6位字符串與AA 554E 比較,如果等于AA 554E 則判斷是正常數據,對后面的數據只要作簡單的處理運算即可;否則,判斷是異常數據,對除字頭后的數據做異常數據處理需要注意的是:Scan from String 這個函數拆分字符串的格式,如果是字符串,則是%s ,十六進制是%x 特別注意的是:需要拆分幾位也就是需要掃描幾位必須標注相應的個數,如系統(tǒng)需對前6位進行掃描,則掃描字符串的格式為%6s 另外需要

10、特別提醒的是,%1s 和%s 是兩個不同的概念,%1s 是掃描1位,而%s 是掃描整個字符串圖2為掃描從串口接收到字符串,并判斷數據類型程序 圖2掃描字符串并判斷數據類型213校驗和錯誤的處理當校驗和錯誤時,系統(tǒng)需要通過串口向下位發(fā)送錯誤警報,要求下位機重新發(fā)送校驗和出錯的那組數據根據上下位機的通信協(xié)議,這時,上位需通過串口給下位發(fā)送字符串55AA 45的錯誤警報具體的程序流程是將校驗和錯誤的這個布爾量賦給Case 結構,當為F 時,觸發(fā)Case 結構的False 程序框運行,利用V ISA W rite 這個函數將字符串55AA 45通過串口發(fā)送給下位機,下位機接到此命令會重新發(fā)送剛才校驗和

11、錯誤的那組數據正、異常數據校驗和錯誤的處理方法基本一樣:正常數據是利用加法器將高低字節(jié)相加,并把相加的結果與FF 相與,再將與的結果跟校驗和比較;而1000個異常壓力數據相加是利用一個累加器來實現1000數相加的功能,并將相加的結果與FF 相與,再把與的結果跟檢驗和比較3異常數據處理及異常拐點求取算法311一組異常數據的處理由于異常數據的格式與正常數據不一樣,處理起來比正常數據麻煩的多異常數據在字頭后邊有一組異常情況下的壓力值(設為n 個,每個壓力值按照十六進制的高、低字節(jié)存放所以如何正確求取13第23卷第1期廉小親等:L abV IE W 在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應用這一組壓力數據的校驗和

12、,從而判斷壓力數據傳送的正確性,以及如何將高低位相加并且單個輸出每個壓力數據也是研究的關鍵之處此處用到了移位寄存器首先將一組數據分成3部分,第i個壓力異常數據的壓力低字節(jié)、壓力高字節(jié)、剩下的(n-i個壓力數據及校驗和,這里i的初始值為1這樣將剩下的字節(jié)送到右端子,經左端子繼續(xù)送給Scan from String的輸入端,再利用W h ile循環(huán),可以將這一組異常數據單個輸出并逐個送給波形圖312壓力異常拐點時間求取的算法根據一組壓力異常數據及最后一個異常數據的發(fā)生時間,采用循環(huán)比較的方式來推算拐點時間,具體做法是將每個異常壓力數據與壓力基準值相減,如果差值在設定的范圍內,則認定這個異常壓力數據

13、就是拐點求取拐點的具體算法是:將判斷為拐點的這個異常壓力數據i的值即移位寄存器循環(huán)的次數乘上異常壓力數據采集的時間間隔T,被最后一個異常數據的時間相減,即可得到壓力拐點的時間即:壓力拐點時間=最后一個異常壓力的時間-i3T4結束語基于L abV IE W軟件開發(fā)了輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的上位機軟件,實現了上位機與下位機的串口通信;通過對下位機采集到的壓力數據分析處理,能推算出壓力異常的拐點時間,為計算輸油管道泄漏點的實際位置做了一些準備工作參考文獻:1蘇維均,廉小親,于重重,等.負壓波定位理論在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的具體應用J.微計算機信息,2003,(3:4344.2曹志國.長輸石油管道泄漏

14、監(jiān)測系統(tǒng)的研究D.北京工商大學碩士論文集,2004.3畢曉普(B ishop R H.LABV IE W6i實用教程M.喬瑞萍譯.北京:電子工業(yè)出版社,2003.APPL I CATI ON OF LABV IE W IN THE L EAK D ETECTINGS Y STE M OF O I L P IPEL I AN X iao2qin,SU W ei2jun,H E J ie(Colleg e of Inf or m a tion E ng ineering,B eij ing T echnology and B usiness U n iversity,B eij ing100037

15、,Ch inaAbstract:It develop ed the comm un icati on and data p rocessing sessi on of the leak detecting system of o il p i p e based on L abV IE W,w h ich can com p lete comm un icati on th rough the serial in terface,ob tain the ti m e of the p ressu re abno rm al tu rn ing po in t th rough the p re