智能电子压力开关研制及应用

智能电子压力开关研制及应用
1研制开发重要性和必要性
目前ˇ国内针对原油的运送方式主要采用管道加热输送工艺。原油在管道输 送中每间隔40～90 km就设一个分站来进行加热、加压。为降低能源ˇ耗我国输油管道都进 行了ˇ代化技术改造实ˇ了计算机监控。在输油管道监控系统中为保护管ˇ防止出站压力超 高造成爆管ˇ在出站及泵出口汇管处安装了压力开关。为防止输油泵抽空在进站管ˇ及泵入 口管ˇ上也安装了压力开关。但目前使用的压力开关存在如下问题ˇ
(1)工作不可靠在对进站压力开关进行校验时多次发ˇˇ当给定压力低于设定压力时ˇ压 力开关仍不动作ˇ当用物体敲击时又恢复正常。
(2)误动作用户反应曾多次发生当管ˇ内压力产生轻微波动时造成甩泵。致使某些压力 开关长期不能投用ˇ使输油泵失去应有的保护ˇ带来不安全因素。
(3)精度低、校准难在校验时需反复进行试验才能确定设定值。
(4)密闭流程解除后由于进站压力较低ˇ使压力开关无法使用。
为解决ˇ有压力开关存在的这些问题ˇ研制高可靠性、高精度和智能电子压力开关十分必要 。
2产品结构及关键技术 2.1结构原理
智能电子压力开关外型所示。它的结构由压力传感器、主机板及防 爆外壳等部分组成。
智能电子压力开关原理框图见。
智能电子压力开关由以下几部分组成ˇ
ˇ压力传感器件采用单晶硅智能压力传感器。该传感器具有高精度(0.075%)、高稳定性( 优于0.1%FSˇ年)、抗高过压和高静压(耐压16 MPa)、量程迁移比大(20∶1)等特点。选用 单晶硅智能压力传感器作为传感部件ˇ使智能电子压力开关的控制精度及可靠性有了保证。
ˇ信号调理部分采用集成运放及电子元件组成ˇ它对压力传感器信号进行调理ˇ变成微电脑 能接受的信号ˇ送给微电脑。
ˇ微电脑采用低功耗嵌入式单片机C8051F007ˇ该单片机具有供电电压低(2.7～3.6 V)、 功耗低(可低于1 mA)、体积小(8 mm8 mm)、功能强等特点。该单片机具有12Bit ADC,35 6BRAM,32kFlash MCU。微电脑将采集到的压力信号进行分析、处理、记忆ˇˇ除干扰及压力 波动ˇ发出正确的压力开关状态信号。
④电子开关将微电脑发出的压力开关状态信号转化为智能电子压力开关的导通及断开。
y的单位ˇMPa
2.2.2信号自动分段技术
经过对ˇ场信号多次模型分析ˇ采用信号自动分段技术与模型识别技术从而能有效的克服压 力波动等各种干扰ˇ提高压力开关的可靠性。
信号自动分段方法的基本原理是选用一个固定的窗选取平稳运行的信号作为参考段ˇ不断与 当前信号作比较ˇ非平稳性(如上站停泵引起的信号特性的变化)可以由不同段之间的过程统 计特性和频谱性的改变ˇ示出来。一般根据几种判据ˇ当判据大于一定的阈值或当前段低于 设定值时ˇ就认为信号进入了另一段(异常段)。
2.2.3平均幅值距离
前段信号值)。
2.2.4均方根距离
2.2.5斜率均值距离
拟合数据段长度)
当前段信号的斜率
kci为 xci～ xc(i+j)段的最小二乘拟合斜率,j为拟合数据段长度)
定义波形结构统计判据D=aD1+bD2+cD3ˇ其中权值a、b、c根据检测要求和3个 距离的 重要性ˇ通过实验确定。通过每段计算出的D与Dthres阈值ˇ比较ˇ来确定 信号是否进入新段(异常段)ˇ同时ˇ当前段小于给定值时也确定信号进入新段(异常段)。
信号进入新段后设置t=0(识别模型内的t)ˇ开始计时ˇ并进行模型识别。
识别判据B=xc-ytˇ
其中yt由y计算ˇ
为当前段信号的均值ˇ当判据B小于0时压力 开关 动作。若进入新段8 s内判据B均大于0ˇ新段结束程序进入到平稳段。
3与同类产品的比较
智能电子压力开关目前与普通的压力开关ˇ比有如下特点ˇ
(1)采用了模型识别技术克服了ˇ有压力开关的压力瞬间超低时ˇ压力开关动作造成不正常 甩泵。
(2)增加了流程选择开关ˇ旁接罐流程、密闭流程可设置不同的阈值ˇ旁接罐流程设置的阈 值可适当降低ˇ从而解决了旁接罐流程压力开关不能投用的问题。
(3)增设了校准按钮ˇ在对智能电子压力开关校验时只要按下校准按钮ˇ微电脑就会自 动记忆当前压力值ˇ并把该值作为智能电子压力开关设定值ˇ从而实ˇ压力开关的智能 校验。
4技术指标
(1)精度ˇ0.002MPaˇ(2)导通压降ˇ12Vˇ(3)非导通工作电流ˇ 6mAˇ(4)系统供电ˇ24Vˇ(5)环境温度ˇ-10～50℃ˇ(6)耐压ˇ16MPa。
5结论
智能电子压力开关选用了先进的压力传感器件ˇ采用了模型识别及信号自动 分段技术ˇˇ除了压力波动等各种干扰ˇ解决了由于自动调节系统滞后造成的甩泵。一年多 的ˇ场应用表明该智能电子压力开关技术先进ˇ性能可靠ˇ适用于输油管道。