智能電子壓力開關(guān)研制及應(yīng)用

1、智能電子壓力開關(guān)研制及應(yīng)用 摘要： 分析 了智能 電子 壓力開關(guān)的特點(diǎn)， 研究 并論述了智能 電子壓力開關(guān)采取的模型識別技術(shù)及信號自動分段技術(shù)。研制的智能電子壓力開關(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關(guān)技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：電子壓力開關(guān) 信號分段 單片機(jī)1研制開發(fā)重要性和必要性 目前 ，國內(nèi)針對原油的運(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4090 km就設(shè)一個分站來進(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

2、關(guān)。為防止輸油泵抽空在進(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 ：(1)工作不可靠在對進(jìn)站壓力開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)時多次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給定壓力低于設(shè)定壓力時，壓 力開關(guān)仍不動作，當(dāng)用物體敲擊時又恢復(fù)正常。(2)誤動作用戶反應(yīng)曾多次發(fā)生當(dāng)管線內(nèi)壓力產(chǎn)生輕微波動時造成甩泵。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。(3)精度低、校準(zhǔn)難在校驗(yàn)時需反復(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

3、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：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)、抗高過壓和高靜壓(耐壓16 mpa)、量程遷移比大(201)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。信號調(diào)理部分采用集成運(yùn)放及電子元件組成，它對壓力傳感器信號進(jìn)行調(diào)理，變成微電腦 能接受的信號，送給微電腦。微電腦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(2.73.6

4、 v)、 功耗低(可低于1 ma)、體積小(8 mm8 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進(jìn)行分析、處理、記憶，消除干擾及壓力 波動，發(fā)出正確的壓力開關(guān)狀態(tài)信號。電子開關(guān)將微電腦發(fā)出的壓力開關(guān)狀態(tài)信號轉(zhuǎn)化為智能電子壓力開關(guān)的導(dǎo)通及斷開。校準(zhǔn)按鈕，在對智能電子壓力開關(guān)校驗(yàn)時只要按下“校準(zhǔn)按鈕”，微電腦就會自動記憶當(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)。流程選擇開關(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

5、投用的難題。2.2關(guān)鍵技術(shù)2.2.1模型識別技術(shù)輸油泵入口壓力較低時會對葉輪產(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)站壓力較低時調(diào)節(jié)系統(tǒng)首 先進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)自動調(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)動作值時就會進(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，由于自動調(diào)節(jié)系 統(tǒng) 存在滯后，未等自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮作用壓力開關(guān)就產(chǎn)生動作造成甩泵。突然甩泵給輸油設(shè)備 造成的危害比短時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)行識別，決定是否甩泵。以魯寧線為例

6、，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后約為2 s，調(diào)節(jié)閥單行程耗時約為9 s。當(dāng)發(fā)生異常情況造 成進(jìn)站壓力下降時，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)的識別 模型如下：y的單位：mpa2.2.2信號自動分段技術(shù)經(jīng)過對現(xiàn)場信號多次模型分析，采用信號自動分段技術(shù)與模型識別技術(shù)從而能有效的克服壓 力波動等各種干擾，提高壓力開關(guān)的可靠性。信號自動分段 方法 的基本原理是選用一個固定的窗選取平穩(wěn)運(yùn)行的信號作為 參考 段，不斷與 當(dāng)前信號作比較，非平穩(wěn)性(如上站停泵引起的信號特性的變化)可以由不同段之間的過程統(tǒng) 計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，就

7、認(rèn)為信號進(jìn)入了另一段(異常段)。2.2.3平均幅值距離前段信號值)。2.2.4均方根距離轉(zhuǎn)貼于 2.2.5斜率均值距離擬合數(shù)據(jù)段長度)當(dāng)前段信號的斜率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)計判據(jù)d=ad1+bd2+cd3，其中權(quán)值a、b、c根據(jù)檢測要求和3個 距離的 重要性，通過實(shí)驗(yàn)確定。通過每段 計算 出的d與dthres閾值相比較，來確定 信號是否進(jìn)入新段(異常段)，同時，當(dāng)前段小于給定值時也確定信號進(jìn)入新段(異常段)。信號進(jìn)入新段后設(shè)置t=0(識別模型內(nèi)的t)，開始計時，并進(jìn)行模型識別。識別判據(jù)b=xc-yt其中yt由y計算，為當(dāng)前段信號

8、的均值，當(dāng)判據(jù)b小于0時壓力 開關(guān) 動作。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)采用了模型識別技術(shù)克服了現(xiàn)有壓力開關(guān)的壓力瞬間超低時，壓力開關(guān)動作造成不正常 甩泵。(2)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 。(3)增設(shè)了校準(zhǔn)按鈕，在對智能電子壓力開關(guān)校驗(yàn)時只要按下“校準(zhǔn)按鈕”，微電腦就會自 動記憶當(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：-1050；(6)耐壓