冗餘型數字式壓力採集變送裝置製造方法
2023-06-12 07:49:56
冗餘型數字式壓力採集變送裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種冗餘型數字式壓力採集變送裝置，包括有用於連接到待檢壓力管線的引壓管，該引壓管上並聯設置有三路壓力檢測段，每一路的壓力檢測段上均分別設置有相互串接的壓力傳感器和壓力變送器。本實用新型大大提升了破管保護電子單元的可靠性，避免了由於一組壓力傳感器故障而引發的閥門誤關斷情況。
【專利說明】冗餘型數字式壓力採集變送裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種壓力採集變送裝置，具體是指一種冗餘型數字式壓力採集變 送裝置，應用於氣液聯動執行器破管保護電子單元。
【背景技術】
[0002] 氣液聯動執行器是一種安裝在天然氣輸氣管線上的閥門驅動裝置，其工作原理是 通過天然氣管線中的天然氣作為動力源驅動閥門。破管保護電子單元為氣液聯動執行器的 一個附件，其作用是實時監測天然氣管線的壓力和壓降速率，如果天然氣管線出現異常，壓 力或壓降速率超過設定值，則破管保護電子單元發出電信號，驅動氣液聯動執行器打開或 關閉閥門，保護管線。因此，破管保護電子單元的可靠性直接影響輸氣管道的安全，提升破 管保護電子單元的可靠性成為各個執行器廠家關注的重點。
[0003] 現在，國際上知名的氣液聯動執行器生產廠家如美國的Shafer，義大利的BIFFI 和德國Fahlke的破管保護電子單元均採用單只壓力傳感器採集壓力數據。由於天然氣管 線的條件惡劣，情況複雜。傳感器容易發生故障或受到幹擾出現數據錯誤，引起破管保護電 子單元誤動作，給用戶的生產帶來巨大的損失。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種保障壓力 採集穩定性，從而在應用於氣液聯動執行器破管保護電子單元時提高其穩定性的冗餘型數 字式壓力採集變送裝置。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型的技術方案是包括有用於連接到待檢壓力管線的引 壓管，該引壓管上並聯設置有三路壓力檢測段，每一路的壓力檢測段上均分別設置有相互 串接的壓力傳感器和壓力變送器。
[0006] 進一步設置是所述的每一路壓力檢測段上的壓力變送器，包括以下模塊：
[0007] 電源模塊，用於給變送器工作提供電力；
[0008] 中央處理器，該中央處理器上集成設置有模數變換器和通用異步接收/發送裝 置；
[0009] RS485通訊模塊，該RS485通訊模塊與中央處理器的通用異步接收/發送裝置相互 通信連接；
[0010] 所述的模數變換器用於接收壓力傳感器的mV信號並將其轉換成壓力數位訊號提 供給中央處理器，中央處理器根據壓力數位訊號得出壓力值並計算出壓降速率值，並通過 通用異步接收/發送裝置傳輸給RS485通訊模塊輸出。
[0011] 進一步設置是所述的中央處理器上還設置用於記錄採樣周期指令的FLASH存儲 器，所述的電源模塊上設置用於給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路、以及用於給RS485 通訊模塊供電的第二電源輸出線路、以及用於給中央處理器供電的第二電源輸出線路，所 述的中央處理器內設置有周期計時器，該中央處理器根據FLASH存儲器的採樣周期指令以 及周期計時器輸出用於控制電源模塊工作的低功耗控制信號。
[0012] 本發明的優點是該壓力採集變送裝置採用了 3組獨立的壓力傳感器和壓力變送 器來採集管線壓力（冗餘型設計)。各組壓力傳感器和變送器獨立工作互不影響。各組壓力 傳感器和變送器將獨立的壓力數據和壓降速率數據通過RS485通信傳輸給電子單元控制 器。電子單元控制器將這些壓力和壓降速率和用戶的設定值進行比較。如果3組壓力變送 數據中的2組（1組或3組，根用戶設定）超過了用戶設定值範圍則驅動氣液聯動執行器動 作。
[0013] 該結構大大提升了破管保護電子單元的可靠性，避免了由於一組壓力傳感器故障 而引發的閥門誤關斷情況。
[0014] 此外，本實用新型的壓力變送器，不僅可以變送壓力值，還可以變送壓降速率值， 這樣不僅提升壓降速率的精度，減輕破管保護電子單元的計算壓力。而且，還為破管保護電 子單元採集多組壓力和壓降速率值提供了可能，因為，如果採集多組壓力和壓降速率值提 高破管保護電子單元的穩定性的同時還存在2個重大問題：
[0015] (1)多隻傳感器和變送器的功耗會大大增加，這對於靠電池供電的破管保護電子 單元是不允許的；
[0016] (2)如果將多隻壓力傳感器的數據放到電子單元內計算壓降速率，電子單元的計 算量會大大增加，而且在變送器數據的傳輸過程中還會出現數據的損失和時間的不確定 性。因此使其可靠性得不到保證。
[0017] 本實用新型的壓力變送器為高穩定性的破管保護電子單元(需要採集多組壓力和 壓降速率值）提供了可能。
[0018] 下面結合說明書附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步介紹。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1本實用新型【具體實施方式】原理框圖；
[0020] 圖2本實用新型【具體實施方式】應用於壓力採集變送裝置的原理示意圖；
[0021] 圖3本實用新型的中央處理器的數據處理流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過實施例對本實用新型進行具體的描述，只用於對本實用新型進行進一步 說明，不能理解為對本實用新型保護範圍的限定。
[0023] 如圖1所示的本實用新型的【具體實施方式】，包括有用於連接到待檢壓力管線的引 壓管4,該引壓管4上並聯設置有三路壓力檢測段(分別對應圖1中41、42和43)，每一路的 壓力檢測段上均分別設置有相互串接的壓力傳感器(分別對應圖1中411、421和431)和壓 力變送器(分別對應圖1中412、422和432)。
[0024] 如圖2-3所示的本實用新型中壓力變送器的【具體實施方式】，包括以下模塊：
[0025] 電源模塊1，用於給變送器工作提供電力；本實施例所述的電源模塊上設置用於 給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路11、以及用於給RS485通訊模塊供電的第二電源輸 出線路12、以及用於給中央處理器供電的第二電源輸出線路13，
[0026] 中央處理器2,該中央處理器2上集成設置有模數變換器（ADC) 21和通用異步接 收/發送裝置（UART) 22 ;本實施例所述的中央處理器為超低功耗的嵌入式中央處理器。
[0027] RS485通訊模塊3,該RS485通訊模塊3與中央處理器2的通用異步接收/發送裝 置22相互通信連接；
[0028] 所述的模數變換器21用於接收壓力傳感器的mV信號並將其轉換成壓力數位訊號 提供給中央處理器2,中央處理器根據壓力數位訊號得出壓力值並計算出壓降速率值，並通 過通用異步接收/發送裝置傳輸給RS485通訊模塊3輸出。
[0029] 另外，本實施例所述的中央處理器2上還設置用於記錄採樣周期指令的FLASH存 儲器23,所述的中央處理器2內設置有周期計時器24,該中央處理器2根據FLASH存儲器 23的採樣周期指令以及周期計時器輸出用於控制電源模塊工作的低功耗控制信號25。
[0030] 本實施例的工作原理是：
[0031] (1)硬體原理，參見圖2
[0032] A.正常工作狀態
[0033] 壓力傳感器將壓力數據轉換為mV電壓信號傳輸給CPU。CPU為超低功耗嵌入式 系統。其通過24位ADC直接將壓力傳感器的mV信號轉換為數據進行處理。CPU將採集的 ADC數據轉換為壓力值並計算出壓降速率值。然後通過串行UART 口傳輸給RS485模塊，由 RS485模塊將壓力和壓降速率值上傳給電子單元控制器。
[0034] B.低功耗狀態
[0035] 電子單元控制器先將採樣周期通過RS485通信模塊將採樣周期發給CPU，CPU將數 據保存至其FLASH存儲器中。每當採樣周期所規定的時間間隔到達時，壓力變送器進入正 常工作狀態。當完成正常工作狀態的數據採樣、處理和上傳任務後，CPU通過輸出低功耗控 制信號25關閉壓力傳感器的電源(第一電源輸出線路11)和RS485通信模塊的電源(第二 電源輸出線路12)。並且CPU啟動採樣周期周期計時器，並進入休眠狀態。當周期計時器延 時到達時，CPU被喚醒，並且通過低功耗控制信號25打開電源第一電源輸出線路11和第二 電源輸出線路12,使壓力變送器進入正常工作狀態。
[0036] (2)軟體原理，參見圖3
[0037] 軟體原理說明：
[0038] 1.首先程序運行，初始化10 口，UART 口，ADC模塊，在初始化時打開第一電源輸出 線路11，第二電源輸出線路12,進入正常工作狀態。
[0039] 2. ADC採樣，將採集到的數據通過軟體濾波方式濾波，得到準確的壓力AD數據。根 據事先存入CPU的壓力標定數據計算出壓力值。
[0040] 3.首次運行程序時，將第一次計算的壓力值作為壓降速率計算的初值。輸出壓降 速率為0。然後在下一個工作狀態通過（Pn+1 - Pn)/t計算壓降速率。其中：Pn+l為當前 採樣計算的壓力值，Pn為上次採樣計算的壓力值。t為兩次採樣的時間間隔。
[0041] 4.當計算出壓力和壓降速率值後等待電子單元控制器通過串口向其發指令接收 壓力和壓降速率值。
[0042] 5.當接收到指令並發出數據後啟動周期計時器，關閉RS485通信模塊和壓力傳感 器電源，進入休眠狀態。
[0043] 6.周期計時器溢出，退出休眠，打開RS485通信模塊和壓力傳感器電源，進入正常 工作模式。
【權利要求】
1. 一種冗餘型數字式壓力採集變送裝置，其特徵在於：包括有用於連接到待檢壓力管 線的引壓管，該引壓管上並聯設置有三路壓力檢測段，每一路的壓力檢測段上均分別設置 有相互串接的壓力傳感器和壓力變送器。
2. 根據權利要求1所述的一種冗餘型數字式壓力採集變送裝置，其特徵在於：所述的 每一路壓力檢測段上的壓力變送器，包括以下模塊： 電源模塊，用於給變送器工作提供電力； 中央處理器，該中央處理器上集成設置有模數變換器和通用異步接收/發送裝置； RS485通訊模塊，該RS485通訊模塊與中央處理器的通用異步接收/發送裝置相互通信 連接； 所述的模數變換器用於接收壓力傳感器的mV信號並將其轉換成壓力數位訊號提供給 中央處理器。
3. 根據權利要求2所述的一種冗餘型數字式壓力採集變送裝置，其特徵在於：所述的 中央處理器上還設置用於記錄採樣周期指令的FLASH存儲器，所述的電源模塊上設置用於 給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路、以及用於給RS485通訊模塊供電的第二電源輸出 線路、以及用於給中央處理器供電的第二電源輸出線路，所述的中央處理器內設置有周期 計時器，該中央處理器根據FLASH存儲器的採樣周期指令以及周期計時器輸出用於控制電 源模塊工作的低功耗控制信號。
【文檔編號】G01L9/00GK203848970SQ201420031018
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】徐徵, 項光義, 修紅學, 曹永明 申請人:特福隆（上海）科技有限公司