基于LabVIEW與GPRS的油氣管道泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計

1、基于LabVIEW與GPRS的油氣管道泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計發(fā)布: 2011-9-7 | 作者:| 來源:lilaohushi| 查看: 309次| 用戶關注:1引言由于輸油管道的打孔盜油等泄漏事故頻繁發(fā)生,各種泄漏檢測方法紛紛提出。目前,國內外管道泄漏檢測方法分為內檢測法和外檢測法。其中,外檢測法包括光纖法、負壓波法、聲學法等?；贚ABVIEW與GPRS的油氣管道泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)聲學法的原理研制而成。上位機監(jiān)控程序,作為人機界面直接反饋管道運行的狀態(tài),向人們傳達管道是否發(fā)生泄漏的消息。對于這一人機界面,它要求可視化效果好,信息表達直觀、易懂、高效,具有信息存1 引言由于輸油管道的打孔盜

2、油等泄漏事故頻繁發(fā)生,各種泄漏檢測方法紛紛提出。目前,國內外管道泄漏檢測方法分為內檢測法和外檢測法。其中,外檢測法包括光纖法、負壓波法、聲學法等?；贚ABVIEW與GPRS的油氣管道泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)聲學法的原理研制而成。上位機監(jiān)控程序,作為人機界面直接反饋管道運行的狀態(tài),向人們傳達管道是否發(fā)生泄漏的消息。對于這一人機界面,它要求可視化效果好,信息表達直觀、易懂、高效,具有信息存儲、歷史數(shù)據(jù)回放等功能。基于這些功能,非常適合采用虛擬儀器技術來實現(xiàn)。虛擬儀器技術是現(xiàn)代自動測試領域中一門快速發(fā)展的技術,它是現(xiàn)代計算機技術和儀器技術深層次結合的產(chǎn)物。其核心是充分利用計算機軟件與硬件資源,采用圖形

3、化的編程語言,有效的實現(xiàn)計算機與現(xiàn)場儀器的連接。具有可操作性強, 通用性好, 性價比高, 功能強大, 快捷方便, 可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和遠程在線實時監(jiān)測的特點。另外,基于LABVIEW平臺,可以很好的與通信技術和網(wǎng)絡化技術結合,在已有VI的基礎上開發(fā)并設計VI以實現(xiàn)TCP通信,這就為GPRS無線通訊客戶端的開發(fā)提供了便利。本文采用GPRS無線通訊方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,通過DSP最小系統(tǒng)現(xiàn)場采集管道振動信號,并對信號進行實時處理,通過振動信號的異常性來判斷管道是否發(fā)生泄漏,利用LABVIEW 語言編寫上位機程序,通過網(wǎng)絡讀取數(shù)據(jù),對漏點進行定位,以直觀易懂的形式將信息反饋給用戶。2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)組

4、成基于LABVIEW與GPRS的油氣管道泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng)由DSP最小系統(tǒng)、GRPS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、LABVIEW上位機程序三大部分組成。如圖1所示:圖1 監(jiān)測系統(tǒng)組成油氣管道在受到人為破壞或自然毀壞時形成振動信號源產(chǎn)生振動信號,該振動信號沿著管道向信號源兩側呈指數(shù)形式遞減傳播,其頻率和幅值異于管道正常運行產(chǎn)生的信號。如圖2所示:圖2 敲擊振動信號系統(tǒng)通過信號的幅度特性和頻率特性來判斷管道是否發(fā)生異常;計算振動信號到達離振動信號源最近的兩傳感器的時間差,通過時間差進行泄漏點定位。該方法的一大優(yōu)點:能預警,即管道未發(fā)生泄漏時,只要管道受到敲擊并產(chǎn)生異常的振動信號,那么系統(tǒng)就會發(fā)出報警。監(jiān)測系統(tǒng)中DS

5、P最小系統(tǒng)負責實時采集管道的振動信號,并對采集的信號進行實時處理和異常判斷,當管道處于異常情況時,DSP最小系統(tǒng)將異常時間段的振動信號傳輸給GPRS 模塊;GPRS模塊負責將DSP系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)接入到Internet特定的網(wǎng)址中,進行遠程無線通訊;LABVIEW上位機程序負責讀取Internet特定網(wǎng)址中的數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù),進行泄漏定位、泄漏報警、泄漏信息記錄存儲。3 系統(tǒng)硬件設計監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要安裝在油氣管道現(xiàn)場,其主要包括傳感器、信號調理器、DSP最小系統(tǒng)、GPRS模塊、電源。如圖3所示:圖3 硬件結構組成系統(tǒng)中傳感器選用高靈敏度振動加速度傳感器,傳感器依據(jù)振動信號加速度大小線性輸出電

6、壓信號,非線性誤差小于1%。為了在噪聲環(huán)境下提取有用信號,對傳感器輸出的原始信號進行自適應放大、濾波、極性轉換和信號過壓保護等模擬信號調理。其中,自適應放大電路為本系統(tǒng)的一個創(chuàng)新點,其目的是提高系統(tǒng)的定位精度。傳感器與泄漏點距離較近時,若以默認的放大倍數(shù)對信號放大,信號幅值必然超過采集輸入范圍,信號經(jīng)過電壓保護電路后,將轉變成直流信號輸出。對于一個飽和的直流信號,系統(tǒng)無法進行泄漏點定位。因此對信號調理的放大倍數(shù)采用自適應控制,增加信號輸入的動態(tài)范圍,使上位機程序能夠很好的利用信號的動態(tài)特性進行泄漏點定位。系統(tǒng)中DSP采用TI公司的TMS320F2812,該芯片具有12位的片內AD轉換,充許模擬

7、輸入范圍:03V,最大不超過4V。轉換時間最快可為80ns,AD工作頻率可調,最大工作時鐘頻率為25HZ,由DSP系統(tǒng)時鐘配置提供。F2812其CPU主頻最大可為:150MHZ,可通過外接30MHZ時鐘電路,在片內通過PLL電路配置系統(tǒng)時鐘。系統(tǒng)中有兩個UART口,在與GPRS模塊通信時,可直接采用異步串口通訊。其主要工作:進行信號采集,處理,以及泄漏判斷。當信號幅值、頻率異常時,將異常時間段的數(shù)據(jù)傳輸給GPRS模塊。當管道運行正常無異常時,不發(fā)送數(shù)據(jù)。GPRS模塊接口為RS232,支持標準TCP/IP協(xié)議,UDP協(xié)議,緩存大小:8M,支持永遠在線,按時在線。當GPRS模塊接收到DSP系統(tǒng)傳來

8、的數(shù)據(jù)時,通過無線通訊將數(shù)據(jù)接入到Internet當中。4 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)的軟件部分采用圖形化的編程語言LABVIEW編寫,其主要模塊分為:數(shù)據(jù)讀取模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、泄漏定位及地圖顯示模塊、泄漏信息存儲模塊、歷史數(shù)據(jù)回放模塊、退出。系統(tǒng)軟件結構組成如圖4所示:圖4 軟件結構組成4.1 數(shù)據(jù)讀取與數(shù)據(jù)顯示模塊數(shù)據(jù)讀取主要是以查詢的方式向GPRS接入的Internet IP讀取泄漏信號數(shù)據(jù),而后將數(shù)據(jù)顯示在前面板窗口。上位機程序一旦查詢有泄漏數(shù)據(jù)時,立即發(fā)出預警,同時讀取數(shù)據(jù)。管道線上等間隔布置傳感器,管道發(fā)生異常時,能接收到泄漏點振動信號的傳感器至少有二個,至多有三個。LABVIEW程序讀取

9、的數(shù)據(jù)至少有兩組,至多有三組,取幅值較大的兩組數(shù)據(jù)作為泄漏定位數(shù)據(jù)源,并將兩組數(shù)據(jù)同時顯示在前面板,數(shù)據(jù)讀取與數(shù)據(jù)顯示程序框圖如圖5所示:圖5 數(shù)據(jù)讀取與顯示程序框圖4.2泄漏定位及地圖顯示模塊泄漏定位是系統(tǒng)的核心部分,本系統(tǒng)采用的定位方法為時差法定位。系統(tǒng)通過對前向輸出的兩組數(shù)據(jù)進行互相關計算,估計時間差,根據(jù)時間差匹配振動信號管道傳遞模型,實現(xiàn)泄漏定位。定位結果的文字信息將以對話框的形式反饋在前面板,對話框被確認后將調出地圖,顯示泄漏地點,同時記錄泄漏事件。4.3泄漏信息存儲模塊與歷史數(shù)據(jù)回放模塊系統(tǒng)發(fā)出泄漏預警后,系統(tǒng)對泄漏發(fā)生的時間、地點、泄漏的程度以及接收到的振動信號進行存儲。歷史數(shù)據(jù)回放模塊,供工作人員查看已存儲的信息。5 實驗結果及結論為了測試系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的能力與預警的能力,設計實驗方案如下:在1公里實驗管道兩端安裝兩套硬件系統(tǒng),包括傳感器、DSP系統(tǒng)、GPRS模塊,其中傳感器貼管壁安裝。在離傳感器100米、300米、500米、700米、900米處,模擬盜油動作,對管道實施破壞。破壞管道500米處得到的實驗結果如圖6所示:圖6 實驗結果顯示圖中波形顯示的數(shù)據(jù)為管道遭到破壞時的振動信號,數(shù)據(jù)時間長度為1秒鐘,DSP系統(tǒng)的采樣率為10KHz。