智能電子壓力開(kāi)關(guān)研制及應(yīng)用.doc

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1、智能電子壓力開(kāi)關(guān)研制及應(yīng)用摘要：分析了智能電子壓力開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)，研究并論述了智能電子壓力開(kāi)關(guān)采取的模型識(shí)別技術(shù)及信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)。研制的智能電子壓力開(kāi)關(guān)已在輸油管道上應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明該智能電子壓力開(kāi)關(guān)技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：電子壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)分段單片機(jī)　1研制開(kāi)發(fā)重要性和必要性　　目前，國(guó)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40～90km就設(shè)一個(gè)分站來(lái)進(jìn)行加熱、加壓。為降低能源消耗我國(guó)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(xiàn)防止出站壓力超高造成爆管，在出站及泵

2、出口匯管處安裝了壓力開(kāi)關(guān)。為防止輸油泵抽空在進(jìn)站管線(xiàn)及泵入口管線(xiàn)上也安裝了壓力開(kāi)關(guān)。但目前使用的壓力開(kāi)關(guān)存在如下問(wèn)題：　　(1)工作不可靠在對(duì)進(jìn)站壓力開(kāi)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(kāi)關(guān)仍不動(dòng)作，當(dāng)用物體敲擊時(shí)又恢復(fù)正常?！　?2)誤動(dòng)作用戶(hù)反應(yīng)曾多次發(fā)生當(dāng)管線(xiàn)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(kāi)關(guān)長(zhǎng)期不能投用，使輸油泵失去應(yīng)有的保護(hù)，帶來(lái)不安全因素。　　(3)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(kāi)關(guān)無(wú)法使用。　　為解決現(xiàn)有壓力開(kāi)關(guān)存在的這些

3、問(wèn)題，研制高可靠性、高精度和智能電子壓力開(kāi)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(kāi)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?！　　　≈悄茈娮訅毫﹂_(kāi)關(guān)原理框圖見(jiàn)圖2?！　≈悄茈娮訅毫﹂_(kāi)關(guān)由以下幾部分組成：　　①壓力傳感器件采用單晶硅智能壓力傳感器。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(guò)壓和高靜壓(耐壓16MPa)、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(kāi)關(guān)的控制精度及可靠性有了保證?！　、谛?/p>

4、號(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。4　?、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(2.7～3.6V)、功耗低(可低于1mA)、體積小(8mm×8mm)、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。該單片機(jī)具有12BitADC,356BRAM,32kFlashMCU。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(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)?！　、茈娮娱_(kāi)關(guān)將微電腦發(fā)出的壓力開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化為智能電子壓力開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通及斷開(kāi)。　?、菪?zhǔn)按鈕，在對(duì)智能電子壓

5、力開(kāi)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(kāi)關(guān)設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)壓力開(kāi)關(guān)的智能校驗(yàn)?！　、蘖鞒踢x擇開(kāi)關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設(shè)置不同的門(mén)檻值，旁接罐流程設(shè)置的門(mén)檻值可適當(dāng)降低，從而克服了旁接罐流程壓力開(kāi)關(guān)不能投用的難題?！　?.2關(guān)鍵技術(shù)　　2.2.1模型識(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(kāi)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)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(kāi)關(guān)動(dòng)作值時(shí)就會(huì)進(jìn)行甩泵從

6、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(kāi)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(kāi)關(guān)依據(jù)該模型進(jìn)行識(shí)別，決定是否甩泵?！　∫贼攲幘€(xiàn)為例，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后約為2s，調(diào)節(jié)閥單行程耗時(shí)約為9s。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(xiàn)如圖3所示，壓力開(kāi)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)

7、過(guò)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(kāi)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(guò)程統(tǒng)計(jì)特性和頻譜性的改變顯示出來(lái)。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)?！　?.2.3平均幅值距離　　4　　前段信號(hào)值)?！　?.2.4均方根距離　　2.2.5斜率均值距離　　　　擬合數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度)　　當(dāng)前

8、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(zhǎng)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(guò)實(shí)驗(yàn)確定。通過(guò)每段計(jì)算