摘要：一、研制開(kāi)發(fā)的重要性和必要性 目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)原油的運(yùn)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(shè)一個(gè)分站來(lái)進(jìn)行加熱、加壓。為降低能源消耗我國(guó)輸油管

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        一、研制開(kāi)發(fā)的重要性和必要性 
　　 
　　目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)原油的運(yùn)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(shè)一個(gè)分站來(lái)進(jìn)行加熱、加壓。為降低能源消耗我國(guó)輸油管道都進(jìn)行了現(xiàn)代化技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控。在輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)中為保護(hù)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(kāi)關(guān)。為防止輸油泵抽空在進(jìn)站管線及泵入口管線上也安裝了壓力開(kāi)關(guān)。但目前使用的壓力開(kāi)關(guān)存在如下問(wèn)題： 
　　1、工作不可靠。在對(duì)進(jìn)站壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)多次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給定壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)仍不動(dòng)作，當(dāng)用物體敲擊時(shí)又恢復(fù)正常。 
　　2、誤動(dòng)作。用戶反應(yīng)曾多次發(fā)生當(dāng)管線內(nèi)壓力產(chǎn)生輕微波動(dòng)時(shí)造成甩泵。致使某些壓力開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期不能投用，使輸油泵失去應(yīng)有的保護(hù)，帶來(lái)不安全因素。 
　　3、精度低、校準(zhǔn)難。在校驗(yàn)時(shí)需反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)才能確定設(shè)定值。 
　　4、密閉。流程解除后由于進(jìn)站壓力較低，使壓力開(kāi)關(guān)無(wú)法使用。 
　　 
　　二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 
　　 
　?。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)原理 
　　智能電子壓力開(kāi)關(guān)外型結(jié)構(gòu)由壓力傳感器、主機(jī)板及防爆外殼等部分組成。智能電子壓力開(kāi)關(guān)由以下幾部分組成： 
　　1、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(wěn)定性（優(yōu)于0.1%FS／年）、抗高過(guò)壓和高靜壓（耐壓16MPa）、量程遷移比大（201）等特點(diǎn)。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(kāi)關(guān)的控制精度及可靠性有了保證。 
　　2、信號(hào)調(diào)理部分采用集成運(yùn)放及電子元件，它對(duì)壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，變成微電腦能接受的信號(hào)送給微電腦。 
　　3、微電腦采用低功耗嵌入式單片機(jī)C8051F007，該單片機(jī)具有供電電壓低（2.7～3.6V）、功耗低（可低于1mA）、體積小（8mm×8mm）、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。微電腦將采集到的壓力信號(hào)進(jìn)行分析、處理、記憶，消除干擾及壓力波動(dòng)，發(fā)出正確的壓力開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)。 
　　4、電子開(kāi)關(guān)將微電腦發(fā)出的壓力開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化為智能電子壓力開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通及斷開(kāi)。 
　　5、校準(zhǔn)按鈕在對(duì)智能電子壓力開(kāi)關(guān)校驗(yàn)時(shí)，只要按下“校準(zhǔn)按鈕”，微電腦就會(huì)自動(dòng)記憶當(dāng)前壓力值，并把該值作為智能電子壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)壓力開(kāi)關(guān)的智能校驗(yàn)。 
　　6、流程選擇開(kāi)關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設(shè)置不同的門(mén)檻值，旁接罐流程設(shè)置的門(mén)檻值可適當(dāng)降低，從而克服了旁接罐流程壓力開(kāi)關(guān)不能投用的難題。 
　　（二）關(guān)鍵技術(shù) 
　　1、模型識(shí)別技術(shù)。輸油泵入口壓力較低時(shí)會(huì)對(duì)葉輪產(chǎn)生氣蝕造成輸油泵的損壞，因此輸油站設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并在進(jìn)站及泵入口安裝了壓力開(kāi)關(guān)，當(dāng)進(jìn)站壓力較低時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)首先進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后進(jìn)站壓力若繼續(xù)下降，達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作值時(shí)就會(huì)進(jìn)行甩泵從而達(dá)到保護(hù)輸油泵的目的。但實(shí)際運(yùn)行情況表明，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，由于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在滯后，未等自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮作用壓力開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生動(dòng)作造成甩泵。突然甩泵給輸油設(shè)備造成的危害比短時(shí)間泵入口壓力超低造成的危害還要大。合理的選擇是依據(jù)泵站實(shí)際情況建立泵入口壓力允許模型，壓力開(kāi)關(guān)依據(jù)該模型進(jìn)行識(shí)別后決定是否甩泵。 
　　2、信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)多次模型分析，采用信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)與模型識(shí)別技術(shù)從而能有效的克服壓力波動(dòng)等各種干擾，提高壓力開(kāi)關(guān)的可靠性。信號(hào)自動(dòng)分段方法的基本原理是選用一個(gè)固定的窗選取平穩(wěn)運(yùn)行的信號(hào)作為參考段，不斷與當(dāng)前信號(hào)作比較，非平穩(wěn)性（如上站停泵引起的信號(hào)特性的變化），可以由不同段之間的過(guò)程統(tǒng)計(jì)特性和頻譜性的改變顯示出來(lái)。當(dāng)判據(jù)大于一定的閾值或當(dāng)前段低于設(shè)定值時(shí)，就認(rèn)為信號(hào)進(jìn)入了另一段（異常段）。 
　　3、斜率均值距離。擬合數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，當(dāng)前段信號(hào)的斜率，kci為xci－xc（i+j）段的*小二乘擬合斜率，j為擬合數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度。定義波形結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)判據(jù)D=aD1+bD2+cD3，其中權(quán)值a、b、c根據(jù)檢測(cè)要求和3個(gè)距離的重要性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。通過(guò)每段計(jì)算出的D與Dthres閾值相比較，來(lái)確定信號(hào)是否進(jìn)入新段（異常段），同時(shí)，當(dāng)前段小于給定值時(shí)也確定信號(hào)進(jìn)入新段（異常段）。 
　　信號(hào)進(jìn)入新段后設(shè)置t=0（識(shí)別模型內(nèi)的t），開(kāi)始計(jì)時(shí)，并進(jìn)行模型識(shí)別。識(shí)別判據(jù)B=xc-yt，其中yt由y計(jì)算，為當(dāng)前段信號(hào)的均值，當(dāng)判據(jù)B小于0時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作。若進(jìn)入新段8s內(nèi)，判據(jù)B均大于0，新段結(jié)束程序進(jìn)入到平穩(wěn)段。 
　　 
　　三、與同類(lèi)產(chǎn)品的比較 
　　 
　　智能電子壓力開(kāi)關(guān)目前與普通的壓力開(kāi)關(guān)相比有如下特點(diǎn)： 
　　1、采用了模型識(shí)別技術(shù)克服了現(xiàn)有壓力開(kāi)關(guān)的壓力瞬間超低時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作造成不正常甩泵。 
　　2、增加了流程選擇開(kāi)關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設(shè)置不同的閾值，旁接罐流程設(shè)置的閾值可適當(dāng)降低，從而解決了旁接罐流程壓力開(kāi)關(guān)不能投用的問(wèn)題。 
　　3、增設(shè)了校準(zhǔn)按鈕，在對(duì)智能電子壓力開(kāi)關(guān)校驗(yàn)時(shí)只要按下“校準(zhǔn)按鈕”，微電腦就會(huì)自動(dòng)記憶當(dāng)前壓力值，并把該值作為“智能電子壓力開(kāi)關(guān)”設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)壓力開(kāi)關(guān)的智能校驗(yàn)。 
　　 
　　四、技術(shù)指標(biāo) 
　　 
　　技術(shù)指標(biāo)包括：1、精度：0.002MPa；2、導(dǎo)通壓降：12V；3、非導(dǎo)通工作電流：≤6mA；4、系統(tǒng)供電：24V；5、環(huán)境溫度：-10～50；6、耐壓：16MPa。 
　　
       五、結(jié)論 
　　智能電子壓力開(kāi)關(guān)選用了壓力傳感器件，采用了模型識(shí)別及信號(hào)自動(dòng) 分段技術(shù)，消除了壓力波動(dòng)等各種干擾，解決了由于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后造成的甩泵。一年多的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明該智能電子壓力開(kāi)關(guān)，性能可靠，適用于輸油管道。 

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