1研制開發(fā)重要性和必要性
目前,國內(nèi)針對(duì)原油的運(yùn)送方式主要采用管道加熱輸送工藝。原油在管道輸 送中每間隔40~90 km就設(shè)一個(gè)分站來進(jìn)行加熱、加壓。為降低能源消耗我國輸油管道都進(jìn) 行了現(xiàn)代化技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控。在輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)中為保護(hù)管線防止出站壓力超 高造成爆管,在出站及泵出口匯管處安裝了壓力開關(guān)" title="壓力開關(guān)">壓力開關(guān)。為防止輸油泵" title="輸油泵">輸油泵抽空在進(jìn)站管線及泵入 口管線上也安裝了壓力開關(guān)。但目前使用的壓力開關(guān)存在如下問題:
?。?)工作不可靠在對(duì)進(jìn)站壓力開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)多次發(fā)現(xiàn),當(dāng)給定壓力低于設(shè)定壓力時(shí),壓 力開關(guān)仍不動(dòng)作,當(dāng)用物體敲擊時(shí)又恢復(fù)正常。
?。?)誤動(dòng)作用戶反應(yīng)曾多次發(fā)生當(dāng)管線內(nèi)壓力產(chǎn)生輕微波動(dòng)時(shí)造成甩泵。致使某些壓力 開關(guān)長期不能投用,使輸油泵失去應(yīng)有的保護(hù),帶來不安全因素。
?。?)精度低、校準(zhǔn)難在校驗(yàn)時(shí)需反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)才能確定設(shè)定值。
(4)密閉流程解除后由于進(jìn)站壓力較低,使壓力開關(guān)無法使用。
為解決現(xiàn)有壓力開關(guān)存在的這些問題,研制高可靠性、高精度和智能電子" title="智能電子">智能電子壓力開關(guān)十分必要 。
2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)
2.1結(jié)構(gòu)原理
智能電子壓力開關(guān)外型如圖1所示。它的結(jié)構(gòu)由壓力傳感器、主機(jī)板及防 爆外殼等部分組成。
智能電子壓力開關(guān)原理框圖見圖2。
智能電子壓力開關(guān)由以下幾部分組成:
?、賶毫鞲衅骷捎脝尉Ч柚悄軌毫鞲衅?。該傳感器具有高精度(±0.075%)、高穩(wěn)定性( 優(yōu)于0.1%FS/年)、抗高過壓和高靜壓(耐壓16 MPa)、量程遷移比大(20∶1)等特點(diǎn)。選用 單晶硅智能壓力傳感器作為傳感部件,使智能電子壓力開關(guān)的控制精度及可靠性有了保證。
?、谛盘?hào)調(diào)理部分采用集成運(yùn)放及電子元件組成,它對(duì)壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,變成微電腦 能接受的信號(hào),送給微電腦。
?、畚㈦娔X采用低功耗嵌入式單片機(jī)C8051F007,該單片機(jī)具有供電電壓低(2.7~3.6 V)、 功耗低(可低于1 mA)、體積?。? mm×8 mm)、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。該單片機(jī)具有12Bit ADC,35 6BRAM,32kFlash MCU。微電腦將采集到的壓力信號(hào)進(jìn)行分析、處理、記憶,消除干擾及壓力 波動(dòng),發(fā)出正確的壓力開關(guān)狀態(tài)信號(hào)。
?、茈娮娱_關(guān)將微電腦發(fā)出的壓力開關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化為智能電子壓力開關(guān)的導(dǎo)通" title="導(dǎo)通">導(dǎo)通及斷開。
?、菪?zhǔn)按鈕,在對(duì)智能電子壓力開關(guān)校驗(yàn)時(shí)只要按下“校準(zhǔn)按鈕”,微電腦就會(huì)自動(dòng)記憶當(dāng) 前壓力值,并把該值作為智能電子壓力開關(guān)設(shè)定值,從而實(shí)現(xiàn)壓力開關(guān)的智能校驗(yàn)。
?、蘖鞒踢x擇開關(guān),旁接罐流程、密閉流程可設(shè)置不同的門檻值,旁接罐流程設(shè)置的門檻值可 適當(dāng)降低,從而克服了旁接罐流程壓力開關(guān)不能投用的難題。
2.2關(guān)鍵技術(shù)
2.2.1模型識(shí)別技術(shù)" title="識(shí)別技術(shù)">識(shí)別技術(shù)
輸油泵入口壓力較低時(shí)會(huì)對(duì)葉輪產(chǎn)生氣蝕造成輸油泵的損壞,因此輸 油站設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)并在進(jìn)站及泵入口安裝了壓力開關(guān),當(dāng)進(jìn)站壓力較低時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)首 先進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)" title="自動(dòng)調(diào)節(jié)">自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后進(jìn)站壓力若繼續(xù)下降,達(dá)到壓力開關(guān)動(dòng)作值時(shí)就會(huì)進(jìn)行 甩泵從而達(dá)到保護(hù)輸油泵的目的。但實(shí)際運(yùn)行情況表明當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí),由于自動(dòng)調(diào)節(jié)系 統(tǒng) 存在滯后,未等自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮作用壓力開關(guān)就產(chǎn)生動(dòng)作造成甩泵。突然甩泵給輸油設(shè)備 造成的危害比短時(shí)間泵入口壓力超低造成的危害還要大。合理的選擇是依據(jù)泵站實(shí)際情況建 立泵入口壓力允許模型,壓力開關(guān)依據(jù)該模型進(jìn)行識(shí)別,決定是否甩泵。
以魯寧線為例,壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后約為2 s,調(diào)節(jié)閥單行程耗時(shí)約為9 s。當(dāng)發(fā)生異常情況造 成進(jìn)站壓力下降時(shí),進(jìn)站壓力在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用下其變化曲線如圖3所示,壓力開關(guān)的識(shí)別 模型如下:
y的單位:MPa
2.2.2信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)多次模型分析,采用信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)與模型識(shí)別技術(shù)從而能有效的克服壓 力波動(dòng)等各種干擾,提高壓力開關(guān)的可靠性。
信號(hào)自動(dòng)分段方法的基本原理是選用一個(gè)固定的窗選取平穩(wěn)運(yùn)行的信號(hào)作為參考段,不斷與 當(dāng)前信號(hào)作比較,非平穩(wěn)性(如上站停泵引起的信號(hào)特性的變化)可以由不同段之間的過程統(tǒng) 計(jì)特性和頻譜性的改變顯示出來。一般根據(jù)幾種判據(jù),當(dāng)判據(jù)大于一定的閾值或當(dāng)前段低于 設(shè)定值時(shí),就認(rèn)為信號(hào)進(jìn)入了另一段(異常段)。
2.2.3平均幅值距離
前段信號(hào)值)。
2.2.4均方根距離
2.2.5斜率均值距離
擬合數(shù)據(jù)段長度)
當(dāng)前段信號(hào)的斜率
kci為 xci~ xc(i+j)段的最小二乘擬合斜率,j為擬合數(shù)據(jù)段長度)
定義波形結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)判據(jù)D=aD1+bD2+cD3,其中權(quán)值a、b、c根據(jù)檢測(cè)要求和3個(gè) 距離的 重要性,通過實(shí)驗(yàn)確定。通過每段計(jì)算出的D與Dthres閾值相比較,來確定 信號(hào)是否進(jìn)入新段(異常段),同時(shí),當(dāng)前段小于給定值時(shí)也確定信號(hào)進(jìn)入新段(異常段)。
信號(hào)進(jìn)入新段后設(shè)置t=0(識(shí)別模型內(nèi)的t),開始計(jì)時(shí),并進(jìn)行模型識(shí)別。
識(shí)別判據(jù)B=xc-yt
其中yt由y計(jì)算,
為當(dāng)前段信號(hào)的均值,當(dāng)判據(jù)B小于0時(shí)壓力 開關(guān) 動(dòng)作。若進(jìn)入新段8 s內(nèi)判據(jù)B均大于0,新段結(jié)束程序進(jìn)入到平穩(wěn)段。
3與同類產(chǎn)品的比較
智能電子壓力開關(guān)目前與普通的壓力開關(guān)相比有如下特點(diǎn):
(1)采用了模型識(shí)別技術(shù)克服了現(xiàn)有壓力開關(guān)的壓力瞬間超低時(shí),壓力開關(guān)動(dòng)作造成不正常 甩泵。
?。?)增加了流程選擇開關(guān),旁接罐流程、密閉流程可設(shè)置不同的閾值,旁接罐流程設(shè)置的閾 值可適當(dāng)降低,從而解決了旁接罐流程壓力開關(guān)不能投用的問題。 來源:http://tede.cn
?。?)增設(shè)了校準(zhǔn)按鈕,在對(duì)智能電子壓力開關(guān)校驗(yàn)時(shí)只要按下“校準(zhǔn)按鈕”,微電腦就會(huì)自 動(dòng)記憶當(dāng)前壓力值,并把該值作為“智能電子壓力開關(guān)”設(shè)定值,從而實(shí)現(xiàn)壓力開關(guān)的智能 校驗(yàn)。
4技術(shù)指標(biāo)
(1)精度:0.002MPa;(2)導(dǎo)通壓降:12V;(3)非導(dǎo)通工作電流: ≤6mA;(4)系統(tǒng)供電:24V;(5)環(huán)境溫度:-10~50℃;(6)耐壓:16MPa。
5結(jié)論
智能電子壓力開關(guān)選用了先進(jìn)的壓力傳感器件,采用了模型識(shí)別及信號(hào)自動(dòng) 分段技術(shù),消除了壓力波動(dòng)等各種干擾,解決了由于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后造成的甩泵。一年多 的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明該智能電子壓力開關(guān)技術(shù)先進(jìn),性能可靠,適用于輸油管道。