一种智能区域阴极保护监控系统及其控制方法与流程

本发明公布了一种智能区域阴极保护监控系统及其控制方法，主要应用于区域阴极保护智能监控。

背景技术：

随着经济的发展以及城市内的建设，埋地、水下及混凝土中金属管道和金属设施数量不断增加，而这些金属管道和金属设施容易产生腐蚀，为了防止埋地管道腐蚀，提高其使用寿命，阴极保护是目前防腐蚀的主要方法之一，阴极保护装置又是阴极保护系统的关键设备。对于区域范围内，分布密度高的埋地金属管道和金属设备，需要进行区域性的阴极保护。

现有恒电位仪在用于区域阴极保护环境时，无法对区域内多个检测点的极化电位同时进行控制，需要进行人工辅助检测，并根据检测结果反复调节恒电位仪的输出，测试和调整工作复杂且繁琐。

在先专利《利用极化电位控制多路输出的阴极保护装置及其工作方法》(公开号：103147082A)解决了上述问题，但仍然存在不足。该阴极保护装置，控制方式较为简单，覆盖范围小，只能应用与小型站场内的区域阴极保护，无法满足大型站场内的阴极保护，而且控制方式中输出单元电位影响统计采用输出电流作为参考，排序计算复杂，而且站场区域边缘一般会有绝缘接头，控制方式没有考虑绝缘接头两端电位差过大的情况进行调整，无法减少或者消除绝缘接头两端电位差过大引起局部杂散限流干扰和腐蚀。

发明名称

本发明针对上述现有技术存在的不足，提出了一种智能区域阴极保护监控系统及其控制方法。

本发明按以下技术方案实现：

一种智能区域阴极保护监控系统，该系统包括控制中心，用于根据接收的检测数据，控制系统内设备运行；恒电位仪，用于根据接收到的控制中心指令输出阴极保护电流；站场监测仪，用于根据接收到的控制中心指令采集站场内管道电位数据；绝缘接头监测仪，用于根据接收到的控制中心指令采集绝缘接头两端管道电位数据；所述控制中心分别与恒电位仪、站场监测仪和绝缘接头监测仪相连，所述恒电位仪、站场监测仪和绝缘接头监测仪又分别与被保护体相连。

优选的是，所述控制中心包括电位调控系统和存储器；所述电位调控系统包括依次相连的自然电位测量模块、测试电位调整模块、电位变化统计模块和输出单元选定模块；还包括依次相连的设定控制模块、数据采集模块、电位比较模块、达标差距计算模块；所述输出单元选定模块又与电位比较模块相连；所述设定控制模块又分别与外围调整模块和调整量计算模块相连，所述外围调整模块又与外围差值比较模块相连，所述外围差值比较模块与调整量计算模块相连，所述调整量计算模块又分别与达标差距计算模块和调整差距计算模块相连，所述调整差距计算模块又与电位比较模块相连。

优选的是，所述恒电位仪设置有多个输出单元，所述输出单元与输出点传感器和设置在地下或水下的辅助阳极相连，所述输出单元、辅助阳极和输出点传感器分别与设置在地下或水下的被保护体相连。

优选的是，所述站场监测仪连接有场站传感器，所述站场监测仪与被保护体相连。

优选的是，所述被保护体设置有绝缘接头，所述绝缘接头监测仪设置的站内传感器和站外传感器分别位于绝缘接头的内侧和外侧，所述绝缘接头监测仪分别与绝缘接头内侧的被保护体和外侧的被保护体相连。

一种智能区域阴极保护监控系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

1)向电位调控系统内设定测试调整值X、调整量系数α、调整量系数β、电位达标范围E_min～E_max、绝缘接头电位差阀值E_X，每个绝缘接头及与该绝缘接头最接近的输出单元的对应关系，并将上述设定值存储到存储器中；

2)自然电位测量模块控制每个输出单元的输出电流为0，自然电位测量模块控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到的检测点A₁～A_q的自然电位，并将其发送到存储器中存储，存储完成后，自然电位测量模块向测试电位调整模块发出控制指令；

3)测试电位调整模块接收自然电位测量模块发出的控制指令，测试电位调整模块依次控制每个输出单元B₁～B_p的输出电流I，每个输出单元的输出电流I从0逐渐增加，直至该输出单元对应的输出点传感器测量的电位达到测试调整值X，测试电位调整模块控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到该输出单元对应的输出点传感器测量的电位达到测试调整值X后检测点A₁～A_q的电位，并将其发送到存储器存储，存储完成后，测试电位调整模块控制该输出单元的输出电流减少到0，该输出单元的输出电流减少到0后，测试电位调整模块依次控制下一个输出单元的输出电流I，直至每个输出单元B₁～B_p的输出电流减少到0，测试电位调整模块向电位变化统计模块发出控制指令；

4)电位变化统计模块接收测试电位调整模块发出的控制指令，从存储器中提取数据，计算检测点A₁～A_q的自然电位和每个输出单元增加输出电流后检测点A₁～A_q的电位之间的电位变化量，并发送给输出单元选定模块；

5)输出单元选定模块选定每个检测点A₁～A_q电位变化量最大时对应的输出单元作为对应检测点影响最大的输出单元，并发送到存储器存储；

6)向设定控制模块输入控制指令，控制恒电位仪开始工作，并向数据采集模块发出控制指令；

7)数据采集模块接收设定控制模块发出的控制指令，控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到的检测点A₁～A_q的电位，然后将其发送给电位比较模块；

8)电位比较模块接收数据，并从存储器中提取电位达标范围E_min～E_max以及检测点影响最大的输出单元数据，然后将检测点A₁～A_q的电位与电位达标范围进行比较，若全部检测点的电位都位于电位达标范围内，电位比较模块向设定控制模块发出控制指令，设定控制模块接收控制指令，控制恒电位仪保持原工作状态；若输出单元B₁影响最大的检测点的电位位于电位达标范围之外，电位比较模块将位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位以及电位达标范围E_min～E_max发送给达标差距计算模块；若输出单元B₁影响最大的检测点的电位于电位达标范围内，而其余检测点中存在电位位于电位达标范围之外，电位比较模块将位于电位达标范围之外的检测点的电位以及电位达标范围E_min～E_max发送给调整差距计算模块；

9)达标差距计算模块接收数据，若位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_min的差值的最小值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；若位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位不存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_max的差值的最大值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；

10)调整差距计算模块接收数据，若位于电位达标范围之外的检测点的电位存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_min的差值的最小值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；若位于电位达标范围之外的检测点的电位不存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_max的差值的最大值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；

11)调整量计算模块接收数据，并从存储器中提取调整量系数α和调整量系数β，同时从输出单元B₁中提取其当前输出电流I，调整量计算模块根据公式ΔI＝ΔV×α×(I+β)计算出对应输出单元的输出电流调整量ΔI，调整量计算模块将输出电流调整量ΔI发送给设定控制模块，并向数据采集模块发出采集指令，设定控制模块接收数据，并控制对应恒电位仪的对应输出单元按照输出电流调整量ΔI调整输出电流；

12)数据采集模块接收采集指令，由步骤7)至步骤12)依次循环进行，直至电位比较模块接向设定控制模块发出保持原工作状态的控制指令；每一次进行循环运行，各个步骤中的输出单元替换为下一个输出单元，输出单元的替换依次循环进行；

13)设定控制模块接收到保持原工作状态的控制指令后，向外围调整模块发出控制指令，外围调整模块接收控制指令，控制绝缘接头监测仪C₁通过其设置的站内传感器和站外传感器，采集对应绝缘接头站内侧的电位和站外侧的电位，并将其发送给外围差值比较模块；

14)外围差值比较模块接收数据，并从存储器中提取绝缘接头电位差阀值E_X，外围差值比较模块将接收到的站内侧的电位减去站外侧的电位，计算出电位差ΔV'，并将电位差ΔV'的绝对值与绝缘接头电位差阀值E_X进行比较，若电位差ΔV'的绝对值大于绝缘接头电位差阀值E_X，外围差值比较模块将电位差ΔV'发送给调整量计算模块；

15)调整量计算模块接收数据，并从存储器中提取调整量系数α和调整量系数β，同时从与绝缘接头监测仪C₁对应绝缘接头最接近的输出单元中提取其当前输出电流I，调整量计算模块根据公式ΔI＝ΔV'×α×(I+β)计算出对应输出单元的输出电流调整量ΔI，调整量计算模块将输出电流调整量ΔI发送给设定控制模块，并向数据采集模块发出再采集指令，设定控制模块接收数据，并控制恒电位仪与绝缘接头监测仪C₁对应绝缘接头最接近的输出单元按照输出电流调整量ΔI调整输出电流；

16)数据采集模块接收再采集指令，由步骤7)至步骤11)开始依次循环进行，直至电位比较模块接向设定控制模块发出保持原工作状态的控制指令；每一次循环运行中，各个步骤中的输出单元由输出单元B₁开始依次替换循环进行；

17)当外围调整模块再一次接收到控制指令时，由步骤13)至步骤16)依次循环进行，每一次循环进行中的绝缘接头监测仪C₁替换为下一个绝缘接头监测仪，直至全部绝缘接头监测仪采集的电位差ΔV'的绝对值小于绝缘接头电位差阀值E_X。

优选的是，0＜α＜10。

优选的是，0＜β＜1。

优选的是，-1.2V≤X≤-0.85V。

优选的是，数据采集模块控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到的检测点的电位，以及，外围调整模块控制绝缘接头监测仪通过其设置的站内传感器和站外传感器，采集对应绝缘接头站内侧的电位和站外侧的电位，均为断电电位。

本发明的有益效果是：

智能区域阴极保护监控系统覆盖范围大，控制方式严谨，能够应用到大型站场区域的阴极保护，采用断电电位控制，检测点与其影响最大的输出单元的基本表采用电位偏移量作为参考，不需要参考输出电流，优化了排序计算，控制过程中参考了外侧绝缘接头电位，能够在绝缘接头两端电位差过大的情况进行调整，减少或者消除绝缘接头两端电位差过大引起局部杂散电流干扰和腐蚀。

附图说明

附图1为本智能区域阴极保护监控系统的系统框图；

附图2为本智能区域阴极保护监控系统的使用简图；

附图3为本智能区域阴极保护监控系统中电位调控系统的内部结构图。

图中，1、控制中心，2、恒电位仪，3、站场监测仪，4、绝缘接头监测仪，5、输出单元，6、辅助阳极，7、输出点传感器，8、被保护体，9、绝缘接头，10、站内传感器，11、站外传感器，12、场站传感器。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图3所示，智能区域阴极保护监控系统包括控制中心1、恒电位仪2、站场监测仪3和绝缘接头监测仪4。恒电位仪2、站场监测仪3和绝缘接头监测仪4设置多个。

控制中心内设置有电位调控系统和存储器。

恒电位仪2设置有多个输出单元5，输出单元5连接有辅助阳极6和输出点传感器7，输出单元都与设置在地下或水下的被保护体8相连，辅助阳极6设置在地下或水下。

被保护体设置有绝缘接头9，绝缘接头9位于场站区域的边缘，绝缘接头监测仪4设置的站内传感器10和站外传感器11分别位于绝缘接头的内侧和外侧，绝缘接头监测仪4分别与绝缘接头内侧的被保护体8和外侧的被保护体8相连。

站场监测仪3连接有场站传感器12，站场监测仪3与被保护体8相连。

恒电位仪2、站场监测仪3和绝缘接头监测仪4都与控制中心1相连。

输出点传感器、场站传感器、站内传感器和站外传感器都为检测元件，检测元件由试片和参比电极组成，或为极化探头，能够检测对应检测点的断电电位。

电位调控系统内设置有依次相连的自然电位测量模块、测试电位调整模块、电位变化统计模块和输出单元选定模块。电位调控系统内进一步设置有依次相连的设定控制模块、数据采集模块、电位比较模块、达标差距计算模块、调整量计算模块，调整量计算模块与设定控制模块相连。输出单元选定模块与电位比较模块相连。电位比较模块连接有调整差距计算模块，所述调整差距计算模块与调整量计算模块相连。设定控制模块依次连接有外围调整模块、外围差值比较模块，所述外围差值比较模块与调整量计算模块相连。

智能区域阴极保护监控系统对站场区域进行控制时，先通过输入设备向电位调控系统内设定测试调整值X、调整量系数α、调整量系数β、电位达标范围E_min～E_max、绝缘接头电位差阀值E_X，每个绝缘接头及与该绝缘接头最接近的输出单元的对应关系，其中0＜α＜10，0＜β＜1，-1.2V≤X≤-0.85V，E_min＜E_max，电位调控系统将上述设定值存储到存储器中。数据采集模块控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到的检测点的电位，以及，外围调整模块控制绝缘接头监测仪通过其设置的站内传感器和站外传感器，采集对应绝缘接头站内侧的电位和站外侧的电位，均为断电电位。

自然电位测量模块控制每个输出单元的输出电流为0，自然电位测量模块控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到的检测点A₁～A_q的自然电位，并将其发送到存储器中存储，存储完成后，自然电位测量模块向测试电位调整模块发出控制指令。

测试电位调整模块接收自然电位测量模块发出的控制指令，测试电位调整模块依次控制每个输出单元B₁～B_p的输出电流I，每个输出单元的输出电流I从0逐渐增加，直至该输出单元对应的输出点传感器测量的电位达到测试调整值X，测试电位调整模块控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到该输出单元对应的输出点传感器测量的电位达到测试调整值X后检测点A₁～A_q的电位，并将其发送到存储器存储，存储完成后，测试电位调整模块控制该输出单元的输出电流减少到0，该输出单元的输出电流减少到0后，测试电位调整模块依次控制下一个输出单元的输出电流I，直至每个输出单元B₁～B_p的输出电流减少到0，测试电位调整模块向电位变化统计模块发出控制指令。

电位变化统计模块接收测试电位调整模块发出的控制指令，从存储器中提取数据，计算检测点A₁～A_q的自然电位和每个输出单元增加输出电流后检测点A₁～A_q的电位之间的电位变化量，并发送给输出单元选定模块。

输出单元选定模块选定每个检测点A₁～A_q电位变化量最大时对应的输出单元作为对应检测点影响最大的输出单元，并发送到存储器存储。

向设定控制模块输入控制指令，控制恒电位仪开始工作，并向数据采集模块发出控制指令。

数据采集模块接收设定控制模块发出的控制指令，控制站场监测仪和恒电位仪，采集站场传感器和输出点传感器检测到的检测点A₁～A_q的电位，然后将其发送给电位比较模块。

电位比较模块接收数据，并从存储器中提取电位达标范围E_min～E_max以及检测点影响最大的输出单元数据，然后将检测点A₁～A_q的电位与电位达标范围进行比较，若全部检测点的电位都位于电位达标范围内，电位比较模块向设定控制模块发出控制指令，设定控制模块接收控制指令，控制恒电位仪保持原工作状态。

若有检测点的电位位于电位达标范围之外，则开始进行调整，先从输出单元B₁开始进行。调整过程如下：

若输出单元B₁影响最大的检测点的电位位于电位达标范围之外，电位比较模块将位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位以及电位达标范围E_min～E_max发送给达标差距计算模块；若输出单元B₁影响最大的检测点的电位于电位达标范围内，而其余检测点中存在电位位于电位达标范围之外，电位比较模块将位于电位达标范围之外的检测点的电位以及电位达标范围E_min～E_max发送给调整差距计算模块。

达标差距计算模块接收数据，若位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_min的差值的最小值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；若位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位不存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_max的差值的最大值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块。

调整差距计算模块接收数据，若位于电位达标范围之外的检测点的电位存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_min的差值的最小值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；若位于电位达标范围之外的检测点的电位不存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_max的差值的最大值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块。

调整量计算模块接收数据，并从存储器中提取调整量系数α和调整量系数β，同时从输出单元B₁中提取其当前输出电流I，调整量计算模块根据公式ΔI＝ΔV×α×(I+β)计算出对应输出单元的输出电流调整量ΔI，调整量计算模块将输出电流调整量ΔI发送给设定控制模块，并向数据采集模块发出采集指令，设定控制模块接收数据，并控制对应恒电位仪的对应输出单元B₁按照输出电流调整量ΔI调整输出电流。输出单元调整后的输出电流为输出电流I加上输出电流调整量ΔI。

由于输出单元B₁的输出电流进行了调整，站场区域内各个检测点的电位必然会发生变化，且输出单元B₁的调整并不能保证各个检测点的电位达到电位达标范围，所以输出单元B₁的输出电流调整的完成后，调整量计算模块向数据采集模块发出采集指令，进行下一个输出单元的调整。

数据采集模块接收采集指令，按照输出单元的次序，开始调整输出单元B₂。输出单元B₂的调整方式与输出单元B₁相似，调整过程如下：

若输出单元B₂影响最大的检测点的电位位于电位达标范围之外，电位比较模块将位于电位达标范围之外的输出单元B₂影响最大的检测点的电位以及电位达标范围E_min～E_max发送给达标差距计算模块；若输出单元B₂影响最大的检测点的电位于电位达标范围内，而其余检测点中存在电位位于电位达标范围之外，电位比较模块将位于电位达标范围之外的检测点的电位以及电位达标范围E_min～E_max发送给调整差距计算模块。

达标差距计算模块接收数据，若位于电位达标范围之外的输出单元B₂影响最大的检测点的电位存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_min的差值的最小值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；若位于电位达标范围之外的输出单元B₁影响最大的检测点的电位不存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_max的差值的最大值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块。

调整差距计算模块接收数据，若位于电位达标范围之外的检测点的电位存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_min的差值的最小值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块；若位于电位达标范围之外的检测点的电位不存在小于或等于E_min的值，则将检测点的电位减去E_max的差值的最大值设为ΔV，然后将ΔV发送给调整量计算模块。

调整量计算模块接收数据，并从存储器中提取调整量系数α和调整量系数β，同时从输出单元B₂中提取其当前输出电流I，调整量计算模块根据公式ΔI＝ΔV×α×(I+β)计算出对应输出单元的输出电流调整量ΔI，调整量计算模块将输出电流调整量ΔI发送给设定控制模块，并向数据采集模块发出采集指令，设定控制模块接收数据，并控制对应恒电位仪的对应输出单元B₂按照输出电流调整量ΔI调整输出电流。输出单元调整后的输出电流为输出电流I加上输出电流调整量ΔI。

由于输出单元B₂的输出电流进行了调整，站场区域内各个检测点的电位必然会发生变化，且输出单元B₂的调整并不能保证各个检测点的电位达到电位达标范围，所以输出单元B₂的输出电流调整的完成后，调整量计算模块向数据采集模块发出采集指令，进行下一个输出单元的调整。

数据采集模块接收采集指令，按照输出单元的次序，开始调整输出单元B₃。输出单元的调整方式与输出单元B₁相似，直至调整到电位比较模块接向设定控制模块发出保持原工作状态的控制指令，调整完成。若电位比较模块一直没有向设定控制模块发出保持原工作状态的控制指令，调整持续进行，依次对每一个输出单元进行调整，当调整完最后一个输出单元B_p，电位比较模块依然没有向设定控制模块发出保持原工作状态的控制指令，输出单元循环回到输出单元B₁，再次从输出单元B₁开始进行调节，使输出单元依次替换循环进行。

当设定控制模块接收到保持原工作状态的控制指令后，恒电位仪的输出单元都调整完成，开始对绝缘接头处进行调节。设定控制模块向外围调整模块发出控制指令，外围调整模块接收控制指令，开始对第一个绝缘接头进行调节，控制绝缘接头监测仪C₁通过其设置的站内传感器和站外传感器，采集对应绝缘接头站内侧的电位和站外侧的电位，并将其发送给外围差值比较模块。

外围差值比较模块接收数据，并从存储器中提取绝缘接头电位差阀值E_X，外围差值比较模块将接收到的站内侧的电位减去站外侧的电位，计算出电位差ΔV'，并将电位差ΔV'的绝对值与绝缘接头电位差阀值E_X进行比较。

若电位差ΔV'的绝对值小于绝缘接头电位差阀值E_X，外围差值比较模块向外围调整模块发出控制指令，外围调整模块接收控制指令，对下一个绝缘接头进行调节，按照上述步骤控制下一个绝缘接头对应的绝缘接头监测仪通过其设置的站内传感器和站外传感器，采集对应绝缘接头站内侧的电位和站外侧的电位，并将其发送给外围差值比较模块，进行再一次比较。

若电位差ΔV'的绝对值大于绝缘接头电位差阀值E_X，外围差值比较模块将电位差ΔV'发送给调整量计算模块。

调整量计算模块接收数据，并从存储器中提取调整量系数α和调整量系数β，同时从与绝缘接头监测仪C₁对应绝缘接头最接近的输出单元中提取其当前输出电流I，调整量计算模块根据公式ΔI＝ΔV'×α×(I+β)计算出对应输出单元的输出电流调整量ΔI，调整量计算模块将输出电流调整量ΔI发送给设定控制模块，并向数据采集模块发出再采集指令，设定控制模块接收数据，并控制恒电位仪与绝缘接头监测仪C₁对应绝缘接头最接近的输出单元按照输出电流调整量ΔI调整输出电流。输出单元调整后的输出电流为输出电流I加上输出电流调整量ΔI。

由于对应绝缘接头最接近的输出单元的输出电流发生了变化，站场区域内各个检测点的电位必然会发生变化，所以要再次从头开始，按照上述控制方式，进行各个输出单元的调节，直至电位比较模块再次向设定控制模块发出了保持原工作状态的控制指令。

当外围调整模块再一次接收到控制指令时，向外围调整模块发出控制指令，外围调整模块接收控制指令，对下一个绝缘接头进行调节，按照上述步骤控制下一个绝缘接头对应的绝缘接头监测仪通过其设置的站内传感器和站外传感器，采集对应绝缘接头站内侧的电位和站外侧的电位，并将其发送给外围差值比较模块，进行再一次比较。比较后外围差值比较模块再次进行判断，然后进行在下一个绝缘接头的调节或者调整量计算模块进行调整量计算。按照上述方式依次对每一个绝缘接头进行调节，直至全部绝缘接头监测仪采集的电位差ΔV'的绝对值小于绝缘接头电位差阀值E_X。当绝缘接头循环到最后一个时，则跳转回到第一个绝缘接头的调节，再次从第一个绝缘接头开始进行调节，循环进行。