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天然气管道无线监控系统的研究与实现

作　者: 刘虎
导　师: 何泉
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 天然气管道 LP3500 μC/OS-Ⅱ 泄漏定位 LabVIEW
分类号: TE973
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着石油资源的日渐枯竭天然气能源逐渐被人类重视,我们国家也在大力发展天然气项目。由于天然气是高度易燃易爆的危险品,其运输过程中存在很大的风险。管道运输在经济、快捷以及安全等方面有着得天独厚的优势,所以在天然气运输行业中得到广泛应用。我国的天然气资源主要依靠西部地区和从乌兹别克斯坦等国进口,但是用户大多集中在经济发达的东部地区。随着经济的不断发展,天然气的消耗量越来越大。我国加大了天然气管道建设力度,陆续完成了西气东输等十余条的管道建设工程,天然气管道网络中的主体构造已成型。管道运输虽然有很多的优点,但是由于管道本身是被埋在地下,所处环境特点会加速管道老化并产生形变。虽然我们采取了众多手段防腐,但是只能减慢管道老化的速度不能从根本上解决管道变形问题。管道中的天然气压力很高,老化的管道是否能够确保运输的安全收到广泛关注。一旦发生泄漏事故如何减少损失防止爆炸是研究管道安全的主要方面。若管道发生泄漏则需要以最短的时间关闭阀门保障生命财产的安全。管道破裂事故的监测控制以及泄漏位置的确定是本课题研究的重点。因此,本文以工控开发板LP3500为主体结合天然气管道的应用特点开发出一套针对管道的监测控制系统。并结合改进的滤波方法对泄漏点定位方法进行改进。在管道出现泄漏时,系统一方面可以通过关断上下游阀门来切断气体流动,另一方面系统将报警信号传送给上位机,使得异常状况可以及时的被发现,在报警状态下中心也可以对阀门追加动作命令。从而使得管道运输的安全性和可监控性得到了提高。本论文首先对终端和中心功能需求进行分析,选取了GPRS通讯网络和太阳能供电方式等确定了系统的总体设计。然后,设计监测终端的硬件电路并按照其实现的功能模块分别进行了详细的介绍。接着,对监测终端的软件实现和主要的程序流程进行介绍。然后,开发了基于LabVIEW的中心监测软件,实现了对上传数据的显示和分析以及对阀门的远程控制。最后,对管道的泄漏点定位方法进行了研究和改进来提高定位精度,保证及时修护的及时性。本文设计的系统基本实现了对天然气管道的运行情况的监控。在实验中,系统运行稳定,功能可靠。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-16
第一章绪论  16-22
  1.1 本课题的研究背景  16-17
  1.2 课题意义和发展现状  17-19
    1.2.1 常用管道执行机构简介  17-18
    1.2.2 气液联动执行机构存在的问题  18-19
    1.2.3 气液联动执行机构的发展方向  19
  1.3 课题的主要工作内容  19-22
第二章系统的总体设计  22-32
  2.1 用户的需求性分析  22
  2.2 系统设计原则  22-23
  2.3 系统的总体设计方案  23-24
  2.4 系统供电方式的选择和系统功耗的计算  24-26
  2.5 系统通讯方式的选择  26-29
    2.5.1 阀室监控系统对通信网络的要求  26
    2.5.2 GPRS无线通讯方式和实现方法  26-27
    2.5.3 GPRS通讯的组网方式  27-29
    2.5.4 无线通讯模块的设置  29
  2.6 系统防爆防盗功能的实现  29-32
第三章基于LP3500监测终端的硬件电路设计  32-52
  3.1 监测终端的总体设计  32-33
    3.1.1 监测终端的设计需求分析  32-33
    3.1.2 监测终端的硬件框架  33
  3.2 LP3500核心板电路分析  33-39
    3.2.1 LP3500的接口电路  34-36
    3.2.2 LP3500的处理器Rabbit3000  36-37
    3.2.3 LP3500的功耗管理功能  37-39
  3.3 扩展电路板设计  39-45
    3.3.1 电源电路设计  39-41
    3.3.2 GPRS模块的设计  41-44
    3.3.3 外扩的Flash存储  44-45
  3.4 蓝牙模块  45-47
  3.5 传感器的选择与电路  47-49
  3.6 RS-485通讯  49
  3.7 USB接口  49-51
  3.8 继电器电路  51-52
第四章监测终端的软件实现  52-62
  4.1 编译环境介绍  52
  4.2 μC/OS-Ⅱ操作系统  52
  4.3 监测终端的主要功能分析  52-53
  4.4 信号采集与滤波  53-56
  4.5 GPRS通讯程序  56-57
  4.6 其他部分软件设计  57-60
  4.7 μC/OS-Ⅱ系统的启动  60-62
第五章监控中心的应用软件开发及泄漏定位方法的创新性研究  62-74
  5.1 监控中心的应用软件开发环境  62
    5.1.1 虚拟仪器  62
    5.1.2 应用软件开发结构  62
  5.2 监控中心的软件开发  62-64
    5.2.1 数据读取和显示模块  62-64
    5.2.2 压力等数据的存储模块  64
  5.3 泄漏定位方法的创新性研究  64-74
    5.3.1 常用泄漏检测方法介绍  64-65
    5.3.2 负压波泄漏检测与定位原理  65-66
    5.3.3 对现有滤波算法的分析  66-69
    5.3.4 基于改进三次函数滤波的泄漏定位法  69-74
第六章结论与展望  74-78
  6.1 系统与目前国内主要应用监测装置的比较  74
  6.2 结论  74-75
  6.3 展望  75-78
参考文献  78-80
致谢  80-82
研究成果及发表的学术论文  82-84
作者和导师简介  84-85
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  85-86

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