LabVIEW在輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、第23卷第1期2005年1月北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版Journal of Beijing Techno logy and Business U niversity (N atural Science Editi on V o l 123N o 11Jan .2005文章編號(hào):167121513(20050120030203LabV IE W 在輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用廉小親,蘇維均,何杰(北京工商大學(xué)信息工程學(xué)院,北京100037摘要:利用L abV IE W 軟件開發(fā)輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)的通信及數(shù)據(jù)處理模塊,實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)開發(fā)的下位機(jī)的串口通信通過對(duì)下位機(jī)采集到的壓力數(shù)據(jù)分析處理

2、,能推算出壓力異常的拐點(diǎn)時(shí)間,為計(jì)算輸油管道泄漏點(diǎn)的實(shí)際位置提供條件關(guān)鍵詞:L abV IE W ;串口通信;泄漏監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào):T P 277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 收稿日期:20040902基金項(xiàng)目:北京市教委科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目資助(01KJ 2043作者簡(jiǎn)介:廉小親(1967-,女,河南沁陽(yáng)人,博士,副教授,主要從事信號(hào)與信息處理方面的研究輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)輸油管道兩端的壓力采集信號(hào),以負(fù)壓力波方法為理論基礎(chǔ)12,對(duì)輸油管道中所出現(xiàn)的泄漏及時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào),并確定泄漏點(diǎn)位置系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為上位機(jī)與下位機(jī)兩部分上位機(jī)為放置在首站控制間的一臺(tái)工控機(jī)下位機(jī)由放置在輸油管道首、末站的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

3、對(duì)于末站,工控機(jī)首先通過R S 232對(duì)調(diào)制解調(diào)器(M OD E M 進(jìn)行撥號(hào),連通遠(yuǎn)端的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端站點(diǎn)的壓力、流量數(shù)據(jù)采集與通信傳輸;對(duì)于首站,上下位機(jī)通過R S 232進(jìn)行通訊上位機(jī)采用L abV IE W 軟件對(duì)采集上來的壓力、流量信號(hào)以曲線的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,并根據(jù)泄漏檢測(cè)算法判斷管道運(yùn)行的情況主要介紹L abV IE W 軟件在系統(tǒng)中的應(yīng)用情況主要涉及以下內(nèi)容:1實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的串口通信,并正確區(qū)分下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送的正常、異常數(shù)據(jù);2當(dāng)正 異常通信協(xié)議中的校驗(yàn)和出錯(cuò)時(shí)2,如何通過串口向下位發(fā)送錯(cuò)誤警報(bào),要求重新發(fā)送校驗(yàn)和出錯(cuò)的那組數(shù)據(jù);3從下位接收來的異常數(shù)據(jù)

4、格式不同于正常數(shù)據(jù),比正常數(shù)據(jù)復(fù)雜的多,如何處理異常數(shù)據(jù)成了上位機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容;4系統(tǒng)基于負(fù)壓力波理論檢測(cè)輸油管道泄漏情況,所以當(dāng)管道出現(xiàn)異常情況時(shí),如何計(jì)算兩端異常壓力的拐點(diǎn)時(shí)間也成為設(shè)計(jì)的重中之重,為下一步判斷是否存在泄漏及泄漏的位置做準(zhǔn)備1LabV IE W 軟件簡(jiǎn)介L(zhǎng) abV IE W 是labo rato ry virtual in strum en t engineering w o rkbench (實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡(jiǎn)稱,它是美國(guó)國(guó)家儀器公司(N I 創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析軟件應(yīng)用開發(fā)工具它把復(fù)雜、繁瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用菜單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能

5、(圖形,并用線條把各種功能(圖形連接起來的簡(jiǎn)單圖形編程方式3L abV IE W 是一種圖形編程語(yǔ)言通常稱為G 編程語(yǔ)言,其編程過程就是通過圖形符號(hào)描述程序的行為L(zhǎng) abV IE W 中集成了大量的生成圖形界面的模塊、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字信號(hào)處理功能以及多種硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能(包括R S 232,GP I B ,V X I ,數(shù)據(jù)采集板卡、網(wǎng)絡(luò)等L abV IE W 也包含了特殊的應(yīng)用庫(kù),用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、文件輸入 輸出、GP I B 和串行儀器控制及數(shù)據(jù)分析L abV IE W 還包括了常規(guī)的程序調(diào)試工具,用這些工具可以設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行程序及動(dòng)畫模擬執(zhí)行,以便觀察數(shù)據(jù)流為用戶開發(fā)時(shí)節(jié)省大量的編程時(shí)

6、間2LabV IE W 與下位機(jī)的串口通信211LabV IE W 的串口讀寫模塊L abV IE W 提供的基于V ISA 的I O 函數(shù)庫(kù)適3合于各種儀器類型和各種硬件接口類型,對(duì)串口的讀寫同樣提供了許多專用的函數(shù)圖1是上位機(jī)從串口讀(寫數(shù)據(jù)的模塊 圖1從串口讀取數(shù)據(jù)圖1中各函數(shù)的用途:Channel :即V ISAR esou rce N am e 選擇L abV IE W 要讀寫的串口的名字,可在相對(duì)應(yīng)的前面板控件中選擇,如Com 1或Com 2V ISA Configu re Serial Po rt :這個(gè)函數(shù)主要是對(duì)串口通信的4個(gè)參數(shù):傳送波特率、用于字符編碼的數(shù)據(jù)位數(shù)、可選擇的

7、校驗(yàn)位取值以及停止位的個(gè)數(shù)的配置雙擊這個(gè)函數(shù)便可顯示函數(shù)的具體參數(shù)用戶可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)它進(jìn)行配置 V ISA Configu re Serial Po rt 函數(shù),還可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)串口讀數(shù)據(jù)設(shè)置好超時(shí),使得函數(shù)能定時(shí)從串口讀取數(shù)據(jù),以避免串口采集數(shù)據(jù)的延時(shí)問題B ytes at po rt :主要是監(jiān)視串口緩存中的字節(jié)數(shù),并把這個(gè)值賦給V ISA R ead 的bytes coun t V ISA R ead :是從串口讀數(shù)據(jù)的函數(shù),它實(shí)現(xiàn)的主要功能是將串口緩存中的數(shù)據(jù)讀取出來,函數(shù)V ISA R ead 讀取的是16進(jìn)制的字符串212正常 異常數(shù)據(jù)的判斷基于L abV IE W 開發(fā)的上位

8、機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行串口通信,雙方通訊的內(nèi)容分命令和數(shù)據(jù)兩種,因此必須設(shè)置相應(yīng)的通訊協(xié)議首先,上位機(jī)在下位機(jī)采集數(shù)據(jù)前先與下位機(jī)進(jìn)行一次握手:由上位給下位發(fā)準(zhǔn)備命令A(yù)A 5552,當(dāng)下位接收到準(zhǔn)備命令時(shí)則對(duì)上位進(jìn)行應(yīng)答,然后上位給下位發(fā)采集數(shù)據(jù)的命令,收到下位的正確應(yīng)答后,下位開始采集數(shù)據(jù)并定時(shí)給上位發(fā)送數(shù)據(jù)握手過程中若某一環(huán)節(jié)出錯(cuò),則做相應(yīng)處理下位給上位機(jī)發(fā)的數(shù)據(jù)有兩種,這兩種數(shù)據(jù)都有各自的標(biāo)識(shí)符即字頭、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)和正常數(shù)據(jù)字頭是AA 554E ,異常數(shù)據(jù)字頭是AA 554C ,所以上位只要對(duì)接收到的字符串前6位進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷就可以知道接收到的是正常數(shù)據(jù)還是異常數(shù)據(jù)用Scan from String

9、 這個(gè)函數(shù)跟一個(gè)比較器來對(duì)接收到的字符串做正常、異常數(shù)據(jù)的判斷首先利用函數(shù)Scan from String 將接收到的字符串拆分成兩個(gè)子字符串,前6位即字頭為一部分,剩下的為一部分將拆分后的前6位字符串與AA 554E 比較,如果等于AA 554E 則判斷是正常數(shù)據(jù),對(duì)后面的數(shù)據(jù)只要作簡(jiǎn)單的處理運(yùn)算即可;否則,判斷是異常數(shù)據(jù),對(duì)除字頭后的數(shù)據(jù)做異常數(shù)據(jù)處理需要注意的是:Scan from String 這個(gè)函數(shù)拆分字符串的格式,如果是字符串,則是%s ,十六進(jìn)制是%x 特別注意的是:需要拆分幾位也就是需要掃描幾位必須標(biāo)注相應(yīng)的個(gè)數(shù),如系統(tǒng)需對(duì)前6位進(jìn)行掃描,則掃描字符串的格式為%6s 另外需要

10、特別提醒的是,%1s 和%s 是兩個(gè)不同的概念,%1s 是掃描1位,而%s 是掃描整個(gè)字符串圖2為掃描從串口接收到字符串,并判斷數(shù)據(jù)類型程序 圖2掃描字符串并判斷數(shù)據(jù)類型213校驗(yàn)和錯(cuò)誤的處理當(dāng)校驗(yàn)和錯(cuò)誤時(shí),系統(tǒng)需要通過串口向下位發(fā)送錯(cuò)誤警報(bào),要求下位機(jī)重新發(fā)送校驗(yàn)和出錯(cuò)的那組數(shù)據(jù)根據(jù)上下位機(jī)的通信協(xié)議,這時(shí),上位需通過串口給下位發(fā)送字符串55AA 45的錯(cuò)誤警報(bào)具體的程序流程是將校驗(yàn)和錯(cuò)誤的這個(gè)布爾量賦給Case 結(jié)構(gòu),當(dāng)為F 時(shí),觸發(fā)Case 結(jié)構(gòu)的False 程序框運(yùn)行,利用V ISA W rite 這個(gè)函數(shù)將字符串55AA 45通過串口發(fā)送給下位機(jī),下位機(jī)接到此命令會(huì)重新發(fā)送剛才校驗(yàn)和

11、錯(cuò)誤的那組數(shù)據(jù)正、異常數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯(cuò)誤的處理方法基本一樣:正常數(shù)據(jù)是利用加法器將高低字節(jié)相加,并把相加的結(jié)果與FF 相與,再將與的結(jié)果跟校驗(yàn)和比較;而1000個(gè)異常壓力數(shù)據(jù)相加是利用一個(gè)累加器來實(shí)現(xiàn)1000數(shù)相加的功能,并將相加的結(jié)果與FF 相與,再把與的結(jié)果跟檢驗(yàn)和比較3異常數(shù)據(jù)處理及異常拐點(diǎn)求取算法311一組異常數(shù)據(jù)的處理由于異常數(shù)據(jù)的格式與正常數(shù)據(jù)不一樣,處理起來比正常數(shù)據(jù)麻煩的多異常數(shù)據(jù)在字頭后邊有一組異常情況下的壓力值(設(shè)為n 個(gè),每個(gè)壓力值按照十六進(jìn)制的高、低字節(jié)存放所以如何正確求取13第23卷第1期廉小親等:L abV IE W 在輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用這一組壓力數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和

12、,從而判斷壓力數(shù)據(jù)傳送的正確性,以及如何將高低位相加并且單個(gè)輸出每個(gè)壓力數(shù)據(jù)也是研究的關(guān)鍵之處此處用到了移位寄存器首先將一組數(shù)據(jù)分成3部分,第i個(gè)壓力異常數(shù)據(jù)的壓力低字節(jié)、壓力高字節(jié)、剩下的(n-i個(gè)壓力數(shù)據(jù)及校驗(yàn)和,這里i的初始值為1這樣將剩下的字節(jié)送到右端子,經(jīng)左端子繼續(xù)送給Scan from String的輸入端,再利用W h ile循環(huán),可以將這一組異常數(shù)據(jù)單個(gè)輸出并逐個(gè)送給波形圖312壓力異常拐點(diǎn)時(shí)間求取的算法根據(jù)一組壓力異常數(shù)據(jù)及最后一個(gè)異常數(shù)據(jù)的發(fā)生時(shí)間,采用循環(huán)比較的方式來推算拐點(diǎn)時(shí)間,具體做法是將每個(gè)異常壓力數(shù)據(jù)與壓力基準(zhǔn)值相減,如果差值在設(shè)定的范圍內(nèi),則認(rèn)定這個(gè)異常壓力數(shù)據(jù)

13、就是拐點(diǎn)求取拐點(diǎn)的具體算法是:將判斷為拐點(diǎn)的這個(gè)異常壓力數(shù)據(jù)i的值即移位寄存器循環(huán)的次數(shù)乘上異常壓力數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔T,被最后一個(gè)異常數(shù)據(jù)的時(shí)間相減,即可得到壓力拐點(diǎn)的時(shí)間即:壓力拐點(diǎn)時(shí)間=最后一個(gè)異常壓力的時(shí)間-i3T4結(jié)束語(yǔ)基于L abV IE W軟件開發(fā)了輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件,實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的串口通信;通過對(duì)下位機(jī)采集到的壓力數(shù)據(jù)分析處理,能推算出壓力異常的拐點(diǎn)時(shí)間,為計(jì)算輸油管道泄漏點(diǎn)的實(shí)際位置做了一些準(zhǔn)備工作參考文獻(xiàn):1蘇維均,廉小親,于重重,等.負(fù)壓波定位理論在輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用J.微計(jì)算機(jī)信息,2003,(3:4344.2曹志國(guó).長(zhǎng)輸石油管道泄漏

14、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究D.北京工商大學(xué)碩士論文集,2004.3畢曉普(B ishop R H.LABV IE W6i實(shí)用教程M.喬瑞萍譯.北京:電子工業(yè)出版社,2003.APPL I CATI ON OF LABV IE W IN THE L EAK D ETECTINGS Y STE M OF O I L P IPEL I AN X iao2qin,SU W ei2jun,H E J ie(Colleg e of Inf or m a tion E ng ineering,B eij ing T echnology and B usiness U n iversity,B eij ing100037

15、,Ch inaAbstract:It develop ed the comm un icati on and data p rocessing sessi on of the leak detecting system of o il p i p e based on L abV IE W,w h ich can com p lete comm un icati on th rough the serial in terface,ob tain the ti m e of the p ressu re abno rm al tu rn ing po in t th rough the p re