智能電子壓力開關研制及應用

1、智能電子壓力開關研制及應用    1研制開發(fā)重要性和必要性目前，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4090km就設一個分站來進行加熱、加壓。為降低能源消耗我國輸油管道都進行了現(xiàn)代化技術改造實現(xiàn)了計算機監(jiān)控。在輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)中為保護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關。為防止輸油泵抽空在進站管線及泵入口管線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：（1）工作不可1研制開發(fā)重要性和必要性 目前，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

2、間隔4090 km就設一個分站來進行加熱、加壓。為降低能源消耗我國輸油管道都進 行了現(xiàn)代化技術改造實現(xiàn)了計算機監(jiān)控。在輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)中為保護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關。為防止輸油泵抽空在進站管線及泵入 口管線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： （1）工作不可靠在對進站壓力開關進行校驗時多次發(fā)現(xiàn)，當給定壓力低于設定壓力時，壓 力開關仍不動作，當用物體敲擊時又恢復正常。 （2）誤動作用戶反應曾多次發(fā)生當管線內壓力產生輕微波動時造成甩泵。致使某些壓力 開關長期

3、不能投用，使輸油泵失去應有的保護，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，使壓力開關無法使用。 為解決現(xiàn)有壓力開關存在的這些問題，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如圖1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圖2。 智能電子壓力開關由以下幾部分組成： 壓力傳感器件采用單晶硅智能

4、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。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的控制精度及可靠性有了保證。 信號調理部分采用集成運放及電子元件組成，它對壓力傳感器信號進行調理，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C8051F007，該單片機具有供電電壓低（2.73.6 V）、 功耗低（可低于1 mA）、體積?。? mm

5、15;8 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，消除干擾及壓力 波動，發(fā)出正確的壓力開關狀態(tài)信號。 電子開關將微電腦發(fā)出的壓力開關狀態(tài)信號轉化為智能電子壓力開關的導通及斷開。校準按鈕，在對智能電子壓力開關校驗時只要按下“校準按鈕”，微電腦就會自動記憶當 前壓力值，并把該值作為智能電子壓力開關設定值，從而實現(xiàn)壓力開關的智能校驗。 流程選擇開關，旁接罐流程、密閉流程可設置不同的門檻值，旁接罐流程設置的門檻值可

6、60;適當降低，從而克服了旁接罐流程壓力開關不能投用的難題。 2.2關鍵技術 輸油泵入口壓力較低時會對葉輪產生氣蝕造成輸油泵的損壞，因此輸 油站設置有壓力調節(jié)系統(tǒng)并在進站及泵入口安裝了壓力開關，當進站壓力較低時調節(jié)系統(tǒng)首 先進行調節(jié)，當自動調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)后進站壓力若繼續(xù)下降，達到壓力開關動作值時就會進行 甩泵從而達到保護輸油泵的目的。但實際運行情況表明當發(fā)生異常情況時，由于自動調節(jié)系 統(tǒng) 存在滯后，未等自動調節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮作用壓力開關就產生動作造成甩泵。突然甩泵給輸油設備 造成的危害比短時間泵入口壓力超低造成的危害還要大

7、。合理的選擇是依據(jù)泵站實際情況建 立泵入口壓力允許模型，壓力開關依據(jù)該模型進行識別，決定是否甩泵。 以魯寧線為例，壓力調節(jié)系統(tǒng)滯后約為2 s，調節(jié)閥單行程耗時約為9 s。當發(fā)生異常情況造 成進站壓力下降時，進站壓力在調節(jié)系統(tǒng)的作用下其變化曲線如圖3所示，壓力開關的識別 模型如下： y的單位：MPa 經過對現(xiàn)場信號多次模型分析，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，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(wěn)運行的信號作為參考段，不

8、斷與 當前信號作比較，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)，當判據(jù)大于一定的閾值或當前段低于 設定值時，就認為信號進入了另一段（異常段）。 前段信號值）。 擬合數(shù)據(jù)段長度） 當前段信號的斜率 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） 定義波形結構統(tǒng)計判據(jù)D=aD1+bD2+cD3，其中權值a、b、c根據(jù)檢測要求和3個 距離的 重要性，通過實驗確定。通過每段計算出的D

9、與Dthres閾值相比較，來確定 信號是否進入新段（異常段），同時，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），開始計時，并進行模型識別。 識別判據(jù)B=xc-yt 其中yt由y計算， 為當前段信號的均值，當判據(jù)B小于0時壓力 開關 動作。若進入新段8 s內判據(jù)B均大于0，新段結束程序進入到平穩(wěn)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相比有如下特點： （1）采用了模型識別技術克服了現(xiàn)有壓力開關的壓力瞬間超

10、低時，壓力開關動作造成不正常 甩泵。 （2）增加了流程選擇開關，旁接罐流程、密閉流程可設置不同的閾值，旁接罐流程設置的閾 值可適當降低，從而解決了旁接罐流程壓力開關不能投用的問題。 來源: （3）增設了校準按鈕，在對智能電子壓力開關校驗時只要按下“校準按鈕”，微電腦就會自 動記憶當前壓力值，并把該值作為“智能電子壓力開關”設定值，從而實現(xiàn)壓力開關的智能 校驗。  4技術指標 （1）精度：0.002MPa；（2）導通壓降：12V；（3）非導通工作電流： 6mA；（4）系統(tǒng)供電：24V；（5）環(huán)境溫度：-1050；