一种分布式站控阴极保护系统的制作方法

本发明涉及管道电位智能监控技术领域，具体为一种分布式站控阴极保护系统。

背景技术：

随着社会的进步与国家油气工业的发展，油气管道所承载的油气运输任务越来越重要，管道铺设的规模也越来越大，越来越复杂，对管道的防腐工作到位是保障管道安全运输的第一道防线，阴极保护技术也是除涂防腐层之外普遍使用的管道防腐技术。

现阶段的阴极保护系统对于电位监测采用人工定期巡线检测、手动调节电位消耗了大量的人力物力和时间，电位数据的时效性差造成保护异常不能及早发现造成损失，没有统一的数据管理区，对于电位数据不能做好记录，影响理想电位的设定。

基于此，本发明设计了一种分布式站控阴极保护系统，以解决上述提到的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种分布式站控阴极保护系统，可以效率的采集电位、施加保护以及通过站控与现场分布式工作模式实现技术人员与装置的人机交互，极大程度的改善了阴极保护技术的数据的采集、管理、人员监控以及电位稳定困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种分布式站控阴极保护系统，包括站控装置和现场装置，所述站控装置包括核心处理器、数据库、上位机、lcd显示屏和led预警模块，所述现场装置包括主控模块、d/a转换模块、电源模块、阳极地床模块、管道模块和电位传感器，

其中，所述核心处理器为所述站控装置的数据处理与存储的控制芯片，核心处理器分别与上位机、lcd显示屏、led预警模块和数据库连接，所述核心处理器与主控模块实现双向通信，所述上位机通过rs485与核心处理器连接，实现双向通信，所述lcd显示屏与核心处理器通过ttl接口连接，所述led预警模块通过io接口与核心处理器连接，数据库为linux操作系统下载移植至核心处理器，

其中，所述主控模块为现场装置核心控制芯片，主控模块分别与电位传感器、d/a转换模块及所述核心处理器连接，所述主控模块与核心处理器通过rs485连接，实现双向通信，所述电位传感器与主控模块通过rs485连接，所述d/a转换模块与主控模块通过spi串行总线通信，所述电源模块分别与d/a转换模块、阳极地床模块、管道模块连接，所述管道模块分别连接电位传感器和阳极地床模块。

优选的，所述核心处理器由arm处理器与外围电路组成，用于对电位信息的处理、显示以及存储。

优选的，所述数据库采用嵌入式数据库sqlite，通过下载移植到核心处理器使用，实现电位数据的存储，所述电位数据通过上位机软件labview实时显示。

优选的，所述lcd显示屏分辨率为800*480，利用freambuffer帧缓存技术实现lcd屏的电位数据折线显示。

优选的，所述led预警模块采用led灯，当电位数据超出预警范围，通过核心处理器字符驱动实现闪烁。

优选的，所述主控模块由stm32微控制器与外围电路组成，所述主控模块用于调度现场装置的工作，包括电位采集、控制d/a转换模块来调节电源输出。

优选的，所述d/a转换模块采用tlv5618芯片，所述主控模块通过pid控制来稳定tlv5618的输出以此控制电源模块的输出。

优选的，所述电源模块采用开关电源，所述电源模块的主电路框架结构为整流、逆变、整流及滤波输出。

优选的，所述阳极地床模块为辅助阳极，以20支阳极为一组的地床，选用非自耗阳极。

优选的，所述电位传感器为饱和硫酸铜水溶液参比电极来作为参比电位的参考地，参比电极所延伸的导线与参比电位相连，实现对参比电位的采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)以站内装置与现场装置的分布式协同工作方式，从数据的采集到指令的下达，明显提高了阴极保护工作效率。

(2)采用微控制器控制d/a转换模块以调节开关电源的输出，这样形式的外加电流保护可以及时有效的对管道电位施加电流脉冲，实现脉冲式的调节输出保护，精确且高效。

(3)对于站内装置，从上位机到lcd显示屏以及led闪烁预警，实现了从阴极保护站内监控到核心处理器的精准调试，也更加方便对核心处理器开发和更改内核模块，拓展站内装置的业务范围。

(4)上位机与核心处理器模块的双向通信，核心处理器与主控模块的双向通信，完成了数据流的畅通快捷传输，核心处理器与主控模块各司其职，保障了数据传输的有效、精准、及时等特点。

(5)内嵌sqlite数据库对于该发明而言，成本小、快捷稳定，方便数据的读取以及增删改查等基本操作，实现了数据的规范化管理。

(6)对比传统的阴极保护系统，在数据采集、数据显示、数据存储、下发指令、电源施加保护等各个环节都极大的节省了人力物力，且提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明电位数据流向示意图；

图3为本发明站控装置的工作原理图；

图4为本发明现场装置的工作原图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、站控装置；2、现场装置；3、核心处理器；4、上位机；5、数据库；6、lcd显示屏；7、led预警模块；8、主控模块；9、电位传感器；10、d/a转换模块；11、管道模块；12、阳极地床模块；13、电源模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种分布式站控阴极保护系统，包括站控装置1和现场装置2，站控装置1包括核心处理器3、数据库5、上位机4、lcd显示屏6和led预警模块7，现场装置2包括主控模块8、d/a转换模块10、电源模块13、阳极地床模块12、管道模块11和电位传感器9，

其中，核心处理器3为站控装置1的数据处理与存储的控制芯片，核心处理器3分别与上位机4、lcd显示屏6、led预警模块7和数据库5连接，核心处理器3与主控模块8实现双向通信，上位机4通过rs485与核心处理器3连接，实现双向通信，lcd显示屏6与核心处理器3通过ttl接口连接，led预警模块7通过io接口与核心处理器3连接，数据库5为linux操作系统下载移植至核心处理器3，

其中，主控模块8为现场装置2核心控制芯片，主控模块8分别与电位传感器9、d/a转换模块10及核心处理器3连接，主控模块8与核心处理器3通过rs485连接，实现双向通信，电位传感器9与主控模块8通过rs485连接，d/a转换模块10与主控模块8通过spi串行总线通信，电源模块13分别与d/a转换模块10、阳极地床模块12、管道模块11连接，管道模块11分别连接电位传感器9和阳极地床模块12。

其中，核心处理器3由arm处理器与外围电路组成，用于对电位信息的处理、显示以及存储。

其中，数据库5采用嵌入式数据库sqlite，该数据库小巧、快速，极其稳定，对于本设计没有并发要求的角度来看，选用sqlite再好不过，通过下载移植到核心处理器3使用，实现电位数据的存储，电位数据通过上位机4软件labview实时显示，供站控人员远程监测数据，并下达理想电位指令。

其中，lcd显示屏6分辨率为800*480，利用freambuffer帧缓存技术实现lcd屏的电位数据折线显示，放置在核心处理器附近，以供工作人员现场调试核心处理器。

其中，led预警模块7采用led灯，当电位数据超出预警范围，通过核心处理器3字符驱动实现闪烁，方便技术人员现场调试工作的进行。

其中，主控模块8由stm32微控制器与外围电路组成，站内采用rs485、站外采用无线通信模组来与核心处理器模块连接，建立双向通信。主控模块8用于调度现场装置2的工作，包括电位采集、控制d/a转换模块10来调节电源输出实现电位稳定。

其中，d/a转换模块10采用tlv5618芯片，这是一种低功耗且自带上电复位功能的双路12位数模转换器，通过spi串口总线与主控芯片连接，主控模块8通过pid控制来稳定tlv5618的输出以此控制电源模块13的输出。

其中，电源模块13采用开关电源，电源模块13的主电路框架结构为整流、逆变、整流及滤波输出。

其中，阳极地床模块12为辅助阳极，以20支阳极为一组的地床，并不需要采用牺牲阳极法中那样比碳钢电位更负的阳极，选用非自耗阳极，仅仅是为了给环境中的某些成分提供氧化平台。

其中，电位传感器9为饱和硫酸铜水溶液参比电极来作为参比电位的参考地，参比电极所延伸的导线与参比电位相连，实现对参比电位的采集。

工作原理见附图3站控装置1工作原理图与图4现场装置2工作原理图所示，具体为：

当电位传感器9采集到管道电位数据，传送至主控模块8，主控模块8将电位数据上传至地面站控装置1的核心处理器3，核心处理器3将数据分别共享给上位机4、sqlite数据库5、lcd显示屏6、led预警模块7，sqlite数据库5实时按天建表存储电位数据，通过freambuffer帧缓存技术实现lcd显示屏6的数据显示工作，折线图显示电位数据，led预警模块7接收数据判断是否超出预警值，实现预警闪烁，上位机4通过labview软件显示数据，同时在核心处理器3搭建b/c模型，上位机4可以通过浏览器页面验证身份，输入密码访问数据库5，查看历史电位参数，labview提供理想电位指令输入框，指令传回核心处理器3，通过rs485下传至现场装置2的主控模块8，主控模块8对比实际数据与理想电位指令，控制d/a转换模块10调节电源模块13的输出，使管道电位趋近理想值，达到管道电位的实时调节。整个过程的电位数据流向图如图2所示。

本实例中，整个系统采用分布式工作原理完成工作，实时性与精确性得到保障，在数据安全性方面，数据库5访问要采用身份验证。创建数据库5时设置按天分表可以大大提查询便利与数据记录的规整性，异常数据备份存表，可以让工作人员第一时间汇总异常数据。

经实际使用测试，本发明提供的分布式站控阴极保护系统时效性高、使用方便、使用寿命长、安全可靠、数据分类清楚，有效划分了站控装置1与现场装置2，分布式工作大大提高了整个阴极保护系统的数据采集、处理以及施加保护环节的工作效率，有效的提高了油气管道的防腐能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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