智能電子壓力開關研制及應用

智能電子壓力開關研制及應用
1研制開發重要性和必要性
目前ˇ國內針對原油的運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就設一個分站來進行加熱、加壓。為降低能源ˇ耗我國輸油管道都進 行了ˇ代化技術改造實ˇ了計算機監控。在輸油管道監控系統中為保護管ˇ防止出站壓力超 高造成爆管ˇ在出站及泵出口匯管處安裝了壓力開關。為防止輸油泵抽空在進站管ˇ及泵入 口管ˇ上也安裝了壓力開關。但目前使用的壓力開關存在如下問題ˇ
(1)工作不可靠在對進站壓力開關進行校驗時多次發ˇˇ當給定壓力低于設定壓力時ˇ壓 力開關仍不動作ˇ當用物體敲擊時又恢復正常。
(2)誤動作用戶反應曾多次發生當管ˇ內壓力產生輕微波動時造成甩泵。致使某些壓力 開關長期不能投用ˇ使輸油泵失去應有的保護ˇ帶來不安全因素。
(3)精度低、校準難在校驗時需反復進行試驗才能確定設定值。
(4)密閉流程解除后由于進站壓力較低ˇ使壓力開關無法使用。
為解決ˇ有壓力開關存在的這些問題ˇ研制高可靠性、高精度和智能電子壓力開關十分必要 。
2產品結構及關鍵技術 2.1結構原理
智能電子壓力開關外型所示。它的結構由壓力傳感器、主機板及防 爆外殼等部分組成。
智能電子壓力開關原理框圖見。
智能電子壓力開關由以下幾部分組成ˇ
ˇ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%)、高穩定性( 優于0.1%FSˇ年)、抗高過壓和高靜壓(耐壓16 MPa)、量程遷移比大(20∶1)等特點。選用 單晶硅智能壓力傳感器作為傳感部件ˇ使智能電子壓力開關的控制精度及可靠性有了保證。
ˇ信號調理部分采用集成運放及電子元件組成ˇ它對壓力傳感器信號進行調理ˇ變成微電腦 能接受的信號ˇ送給微電腦。
ˇ微電腦采用低功耗嵌入式單片機C8051F007ˇ該單片機具有供電電壓低(2.7～3.6 V)、 功耗低(可低于1 mA)、體積小(8 mm8 mm)、功能強等特點。該單片機具有12Bit ADC,35 6BRAM,32kFlash MCU。微電腦將采集到的壓力信號進行分析、處理、記憶ˇˇ除干擾及壓力 波動ˇ發出正確的壓力開關狀態信號。
④電子開關將微電腦發出的壓力開關狀態信號轉化為智能電子壓力開關的導通及斷開。
y的單位ˇMPa
2.2.2信號自動分段技術
經過對ˇ場信號多次模型分析ˇ采用信號自動分段技術與模型識別技術從而能有效的克服壓 力波動等各種干擾ˇ提高壓力開關的可靠性。
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運行的信號作為參考段ˇ不斷與 當前信號作比較ˇ非平穩性(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 計特性和頻譜性的改變ˇ示出來。一般根據幾種判據ˇ當判據大于一定的閾值或當前段低于 設定值時ˇ就認為信號進入了另一段(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
2.2.5斜率均值距離
擬合數據段長度)
當前段信號的斜率
kci為 xci～ xc(i+j)段的 小二乘擬合斜率,j為擬合數據段長度)
定義波形結構統計判據D=aD1+bD2+cD3ˇ其中權值a、b、c根據檢測要求和3個 距離的 重要性ˇ通過實驗確定。通過每段計算出的D與Dthres閾值ˇ比較ˇ來確定 信號是否進入新段(異常段)ˇ同時ˇ當前段小于給定值時也確定信號進入新段(異常段)。
信號進入新段后設置t=0(識別模型內的t)ˇ開始計時ˇ并進行模型識別。
識別判據B=xc-ytˇ
其中yt由y計算ˇ
為當前段信號的均值ˇ當判據B小于0時壓力 開關 動作。若進入新段8 s內判據B均大于0ˇ新段結束程序進入到平穩段。
3與同類產品的比較
智能電子壓力開關目前與普通的壓力開關ˇ比有如下特點ˇ
(1)采用了模型識別技術克服了ˇ有壓力開關的壓力瞬間超低時ˇ壓力開關動作造成不正常 甩泵。
(2)增加了流程選擇開關ˇ旁接罐流程、密閉流程可設置不同的閾值ˇ旁接罐流程設置的閾 值可適當降低ˇ從而解決了旁接罐流程壓力開關不能投用的問題。
(3)增設了校準按鈕ˇ在對智能電子壓力開關校驗時只要按下校準按鈕ˇ微電腦就會自 動記憶當前壓力值ˇ并把該值作為智能電子壓力開關設定值ˇ從而實ˇ壓力開關的智能 校驗。
4技術指標
(1)精度ˇ0.002MPaˇ(2)導通壓降ˇ12Vˇ(3)非導通工作電流ˇ 6mAˇ(4)系統供電ˇ24Vˇ(5)環境溫度ˇ-10～50℃ˇ(6)耐壓ˇ16MPa。
5結論
智能電子壓力開關選用了先進的壓力傳感器件ˇ采用了模型識別及信號自動 分段技術ˇˇ除了壓力波動等各種干擾ˇ解決了由于自動調節系統滯后造成的甩泵。一年多 的ˇ場應用表明該智能電子壓力開關技術先進ˇ性能可靠ˇ適用于輸油管道。