發(fā)布時間：2017-07-30 13:17

  本文關鍵詞：埋地金屬管道遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 埋地管道 陰極保護 恒電位儀 數(shù)據(jù)采集 遠程監(jiān)測

【摘要】：施加陰極保護法是防止埋地管道受腐蝕的有效手段,但目前埋地金屬管道陰極保護法有以下幾個弊端:由于現(xiàn)有技術條件限制,人們一般通過人工定期錄取的方式獲得陰極保護參數(shù),不僅費時、費力,而且可能會因為測量勞動強度大,導致測量數(shù)據(jù)存在錯誤;陰極保護電位在每個季節(jié)、每個時間段,由于受降雨量以及管道附近環(huán)境的變化,在不同時期、不同位置斷電電位的值互不相同,傳統(tǒng)的方法不能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。因此,要保證埋地金屬時刻處于受保護狀態(tài),需要做到以下兩點:能夠?qū)﹃帢O保護電位進行實時的監(jiān)測;能夠?qū)ΡO(jiān)測結果進行自動化分析與科學化管理。本文完成了針對浙江嘉欣某天然氣在役埋地管道的遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)設計主要包括兩個部分:陰極保護參數(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計,恒電位儀參數(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計。其中,陰極保護參數(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要是采集斷電電位等參數(shù)了解埋地金屬管道的受保護狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅為金屬管道監(jiān)管提供實時、準確、具體、全面的監(jiān)控數(shù)據(jù)信息,提高工作效率,而且設計了軟件程序?qū)?shù)據(jù)進行分析處理,了解天然氣埋地金屬管道在不同時間段的腐蝕情況,針對性的設計數(shù)據(jù)采集方案,使得監(jiān)測更加準確、實時、智能化。恒電位儀參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測恒電位儀的工作情況,如果埋地金屬管道的斷電電位不在陰極保護范圍內(nèi),服務器可以發(fā)布命令到單片機,通過改變恒電位儀的功率,從而使得埋地金屬管道一直處于受保護狀態(tài)。本文的主要研究成果有:1、針對野外供電條件不足的問題,設計了電源管理模塊,滿足了野外低功耗的要求。通過開關芯片或者鬧鐘芯片對不同的電路進行控制,只有當需要電路工作時才打開開關或者鬧鐘芯片喚醒:對模擬±12V的電源進行管理,在電源進入信號調(diào)理電路前,首先通過一個開關芯片IRF7416,對電源進行管理;微控制器STM32一般處于休眠狀態(tài),當需要工作時由鬧鐘芯片DS1682喚醒。2、采用STM32F103VCT6作為微控制器,負責系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作、對陰極保護參數(shù)(通電電位、斷電點位、交流電位、自腐蝕電位)和恒電位儀參數(shù)(輸出電壓、輸出電流、通電電位)進行采樣、完成數(shù)據(jù)打包發(fā)送等工作。3、采用SIM900A GPRS無線模塊來實現(xiàn)陰極保護電位數(shù)據(jù)和恒電位儀參數(shù)的傳輸,將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)打包后通過GPRS無線網(wǎng)絡傳送至監(jiān)控中心。4、設計了通電電位調(diào)理電路,由于埋地金屬管道處于高壓輸電線或者變壓器附近,會在管道上耦合出工頻的感生交流電壓,實際施工表明,在有的高壓輸電線下的管道會感生出上百伏的交流電壓。另外,由于管道埋于地下,雷雨天氣時會在管道和參比電極上耦合出較強的感應雷信號,因此,系統(tǒng)不能夠直接將管道以及參比電極接入測量系統(tǒng),需要做端口保護。5、設計了交流電位調(diào)理電路,由于系統(tǒng)測量的交流信號通常是通過高壓輸電線和變壓器耦合到管道上的,其頻率通常為50Hz,因此系統(tǒng)選取AD736作為真有效值轉(zhuǎn)換芯片,該芯片的功耗極低(工作電流小于200μA),輸入阻抗高(約1012?),芯片的轉(zhuǎn)換頻率最高可達36KHz,滿足系統(tǒng)設計要求。6、設計了三通道4~20mA信號調(diào)理電路,由于恒電位儀或管道處于高壓輸電線或變電站附近,那么就有可能在管道和恒電位儀的4~20mA接口上感生出較強的交流信號。工程經(jīng)驗發(fā)現(xiàn),感生的交流信號峰值可達上百伏;另外,在雷雨天氣下也會在被保護管道和恒電位儀上感生出感應雷信號。7、設計了監(jiān)控中心。服務器對接收的數(shù)據(jù)進行解析、處理,對恒電位儀的功率進行控制。當數(shù)據(jù)異常時,發(fā)出警報,同時管理決策人員可立即通過服務器發(fā)送相關命令到單片機,單片機通過控制恒電位儀的功率進行控制,從而使得埋地金屬管道處于受保護狀態(tài)。
【關鍵詞】：埋地管道 陰極保護 恒電位儀 數(shù)據(jù)采集 遠程監(jiān)測
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.41;TP274
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-17
• 1.1 選題依據(jù)及研究意義11-12
• 1.2 陰極保護方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 論文結構安排15
• 1.5 本章小結15-17
• 第2章 相關技術理論分析及系統(tǒng)架構設計17-24
• 2.1 陰極保護方法17-19
• 2.1.1 陰極保護法原理17
• 2.1.2 陰極保護法主要參數(shù)17-18
• 2.1.3 陰極保護法防腐依據(jù)18-19
• 2.2 恒電位儀保護系統(tǒng)原理19-20
• 2.3 系統(tǒng)技術與結構分析20-22
• 2.3.1 遠程監(jiān)測終端參數(shù)分析20-21
• 2.3.2 網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)方案選擇21-22
• 2.3.3 監(jiān)控中心技術分析22
• 2.4 系統(tǒng)結構設計22-23
• 2.5 本章小結23-24
• 第3章 陰極保護參數(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計24-39
• 3.1 電源模塊24-28
• 3.1.1 模擬±12V電源25-26
• 3.1.2 微控制器STM32電源26-27
• 3.1.3 GPRS電源27-28
• 3.2 信號調(diào)理電路28-30
• 3.2.1 直流電位調(diào)理電路28-29
• 3.2.2 交流電位調(diào)理電路29-30
• 3.3 微控制器模塊30-36
• 3.3.1 微控制器最小系統(tǒng)31-33
• 3.3.2 微控制器外設33-34
• 3.3.3 固件流程34-36
• 3.4 GPRS通信模塊36-37
• 3.5 本章小結37-39
• 第4章 恒電位儀遠程監(jiān)測系統(tǒng)硬件電路設計39-44
• 4.1 電源模塊39-40
• 4.2 多通道 4～20mA信號調(diào)理電路40-41
• 4.3 RS485通信電路設計41
• 4.4 數(shù)據(jù)采集與無線傳輸41-42
• 4.5 固件流程42-43
• 4.6 本章小結43-44
• 第5章 系統(tǒng)軟件開發(fā)與設計44-47
• 5.1 軟件開發(fā)平臺44
• 5.2 軟件系統(tǒng)工作流程44-45
• 5.3 通信協(xié)議45-46
• 5.3.1 野外監(jiān)測終端到服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議45
• 5.3.2 服務器到野外監(jiān)測終端的配置通信協(xié)議45-46
• 5.3.3 恒電位儀到服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議46
• 5.3.4 恒電位儀心跳包通信協(xié)議46
• 5.4 本章小結46-47
• 第6章 系統(tǒng)成果及測試47-53
• 6.1 系統(tǒng)硬件成果47-50
• 6.1.1 系統(tǒng)硬件實物圖及功能介紹47-48
• 6.1.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測量精度48-49
• 6.1.3 野外監(jiān)測終端的功耗測試49-50
• 6.2 系統(tǒng)軟件成果50-52
• 6.2.1 上位機軟件展示及功能介紹50-51
• 6.2.2 上位機對監(jiān)測終端的配置51
• 6.2.3 上位機對本地服務器的配置51-52
• 6.3 本章小結52-53
• 結論53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻55-58
• 攻讀學位期間取得學術成果58

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