一种长输管道阴极保护分布式电位监控系统的制作方法

本发明涉及管道电位监测领域，特别是一种长输管道阴极保护分布式电位监控系统。

背景技术：

随着社会的进步和国家的发展，石油天然气等的运输量也越来越多。长输管道的规模进一步扩大。但是由于长输油气长输管道运输的距离很长，长输管线大多埋设在野外，需要花费大量的人力、物力来进行人工巡线，测量长输管道沿线测试桩处的电位来判断站场内的恒电位仪电位是否设置合理。由于天气或季节地域及地质的变化经常会影响长输管道的腐蚀电位，此时站场内恒电位仪的电位就应该随环境的变化而变化，而目前的恒电位仪电位的设置都是通过人工寻线测出测试装的电位通过经验来设置恒电位仪电位的。采用人工方式，时效性差，即无法全天候全时段进行监测；结果主要为人工读取，监测精确度较差；由于检测人会员水平的差异、数据产生不稳定的误差等因素，严重影响结果的准确性。

为此有些企业开发了自动监测设备，但现有的自动监测设备往往是将监测数据存储在监测点上设置的临时存储设备中，再有人工导入计算机。虽然克服了人工检测精度差的问题，但仍没有解决时效性差的问题，即监测数据并非实时整理，无法体现实时数据。且以往的的分布式数据采集绝大多数为优先配置，不适于野外设备的安装，也不利于人工监测。因此，急需研发一种实时监测控制设备，使得相关人员可以随意了解管道是否处于保护状态，克服人工检测的不连续性、减少日常巡查的人力物力、提升数据管理能力，对及时掌握和处理阴极保护系统隐患以防止管道腐蚀造成的油气管道腐蚀穿孔等不良影响。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种使用方便、安全稳定、可以实时监控的长输管道阴极保护分布式电位监控系统。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种长输管道阴极保护分布式电位监控系统，该系统包括数据采集模块、光纤传输模块、数据处理器和远程计算机监控终端，所述数据采集模块包括多个分布埋设在长输管道沿线测试桩处的用于对现场的信息进行采集的传感器；数据采集模块的信号输出端通过光纤传输模块连接数据处理器的信号输入端，数据处理器的信号输出端连接到远程计算机监控终端，所述光纤传输模块用于将数据采集模块采集到的现场的信息传输到数据处理器，所述数据处理器对采集到的数据进行分析处理，然后将处理结果传送到远程计算机监控终端；所述的远程计算机监控终端通过对数据处理器的数据进行分析，将控制指令传送至多个阴极保护站内，阴极保护站包括恒电位仪和与恒电位仪连接用于控制恒电位仪输出电位的处理器，处理器与远程计算机监控终端互联；恒电位仪与远程数据监控终端、长输管道及现场的数据采集模块构成闭环调节系统，通过参比电极测量通电点的电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流，使通电点电位得以保持在处理器输出电位的控制电位上，恒电位仪包括四个接线端口分别接于输出阴极、输出阳极、零位接阴和参比电极；输出阴极是恒电位仪输出的负端子，接至长输管道的通电点；输出阳极是恒电位仪的正端子，接至阳极地床；零位接阴是仪器电路的地端，接于长输管道通电点附近；参比电极即取样信号输入端，接埋设在通电点附近的参比电极；远程计算机监控终端控制阴极保护站内恒电位仪的电压值自动调节阴极保护站里的恒电位仪电位以降低管道的腐蚀，达到阴极保护的目的。

进一步，所述传感器包括用于采集长输管道沿线测试桩处的环境温度、土壤含水率、土壤ph值、土壤含盐量、土壤含氧量的温度传感器、湿度传感器、ph传感器、含盐量传感器、含氧量传感器，温度传感器、湿度传感器、ph传感器、含盐量传感器、含氧量传感器分别通过rs-485总线将采集到的信号源传输到rs-485转光纤转换器，由rs-485转光纤转换器输出的信号传输至光纤传输模块。

进一步，所述光纤传输模块包括激光源、调制器、光路耦合器、光纤、分光器、光滤波器和光接收机，所述光纤采用单模光纤，光纤紧贴长输管道敷设光纤仅作为信息传输的介质，对采集到的数据进行传输，由rs-485转光纤转换器输出的电信号通过调制器调制到激光器发出的激光束上，通过光路耦合器耦合到同一条光纤，再通过分光器将光波进行分离，同时利用光滤波器对光波进行处理并传送到光接收机，光接收机收到光信号后转换成电信号送入到数据接收器，数据接收器与数据处理器连接将电信号传送至数据处理器；激光源输出与阴极保护站内的处理器的输入连接。

进一步，还包括人机交互系统，所述人机交互系统与阴极保护站的处理器互联，采用地理信息系统gis为管理平台，通过gis应用程序提供的电子地图、图表和报表，以直观的观察到长输管道沿线保护情况，用于对生产过程进行显示、监视、操作控制和管理，同时用以实现集中监视、操作和信息管理，以及进行系统组态和维护工作。

与现有技术相比，本发明可以实现对长输管道埋设现场的信息进行实时监控，同时利用分布式控制方式实时控制各阴极保护站内恒电位仪电位值，有效降低了长输管道的腐蚀速率，达到阴极保护的目的。

附图说明

图1为长输管道阴极保护分布式电位监控系统图。

图2为长输管道阴极保护分布式电位监控系统的数据采集模块。

图3为长输管道阴极保护分布式电位监控系统的光纤模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1、图2所示，本实施例的一种长输管道阴极保护分布式电位监控系统，

该系统包括数据采集模块、光纤传输模块、数据处理器和远程计算机监控终端，所述数据采集模块包括多个分布埋设在长输管道沿线测试桩处的用于对现场的信息进行采集的传感器；数据采集模块的信号输出端通过光纤传输模块连接数据处理器的信号输入端，数据处理器的信号输出端连接到远程计算机监控终端，所述光纤传输模块用于将数据采集模块采集到的现场的信息传输到数据处理器，所述数据处理器对采集到的数据进行分析处理，然后将处理结果传送到远程计算机监控终端；所述的远程计算机监控终端通过对数据处理器的数据进行分析，将控制指令传送至多个阴极保护站内，阴极保护站包括恒电位仪和与恒电位仪连接用于控制恒电位仪输出电位的处理器，处理器与远程计算机监控终端互联；恒电位仪与远程数据监控终端、长输管道及现场的数据采集模块构成闭环调节系统，通过参比电极测量通电点的电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流，使通电点电位得以保持在处理器输出电位的控制电位上，恒电位仪由四条电缆组成，恒电位仪正极接阳极地床，负极接长输管道，另外的两条电缆分别接参比电极和地端(接于长输管道通电点附近)分别接于输出阳极，输出阴极，零位接阴以及参比电极；远程计算机监控终端控制阴极保护站内恒电位仪的电压值自动调节阴极保护站里的恒电位仪电位以降低长输管道的腐蚀，达到阴极保护的目的。

该系统包括数据采集模块、光纤传输模块、数据处理器和远程计算机监控终端，所述数据采集模块包括多个分布埋设在长输管道沿线测试桩处的用于对现场的信息进行采集的传感器；数据采集模块的信号输出端通过光纤传输模块连接数据处理器的信号输入端，数据处理器的信号输出端连接到远程计算机监控终端，所述光纤传输模块用于将数据采集模块采集到的现场的信息传输到数据处理器，所述数据处理器对采集到的数据进行分析处理，然后将处理结果传送到远程计算机监控终端；所述的远程计算机监控终端通过对数据处理器的数据进行分析，将控制指令传送至多个阴极保护站内，阴极保护站包括恒电位仪和处理器，恒电位仪与远程数据监控终端、长输管道及现场的数据采集模块构成闭环调节系统，通过参比电极测量通电点的电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流，使通电点电位得以保持在处理器输出电位的控制电位上，恒电位仪包括四个接线端口分别接于输出阴极、输出阳极、零位接阴和参比电极；输出阴极是恒电位仪输出的负端子，接至长输管道的通电点；输出阳极是恒电位仪的正端子，接至阳极地床；零位接阴是仪器电路的地端，接于长输管道通电点附近；参比电极即取样信号输入端，接埋设在通电点附近的参比电极；远程计算机监控终端控制阴极保护站内恒电位仪的电压值自动调节阴极保护站里的恒电位仪电位可以有效地降低长输管道的腐蚀速率，达到阴极保护的目的。

本实施例中，数据处理器采用的是flink处理器，其是一个针对流数据和批数据的分布式处理引擎。它主要是由java代码实现。目前主要还是依靠开源社区的贡献而发展。对flink而言，其所要处理的主要场景就是流数据，批数据只是流数据的一个极限特例而已。再换句话说，flink会把所有任务当成流来处理，这也是其最大的特点。

如图2所示，传感器包括用于采集长输管道沿线测试桩处的环境温度、土壤含水率、土壤ph值、土壤含盐量、土壤含氧量的温度传感器、湿度传感器、ph传感器、含盐量传感器、含氧量传感器，温度传感器、湿度传感器、ph传感器、含盐量传感器、含氧量传感器分别通过rs-485总线将采集到的信号源传输到rs-485转光纤转换器，由rs-485转光纤转换器输出的信号传输至光纤传输模块。由于采用了分布式数据采集的架构，可以随长输管道施工进行灵活扩充和删减，可以实现测试桩电位信息，土壤的含盐量、含氧量、含水率、含氧量信息的采集，并通过光纤将采集的数据实时传输到监控端，通过数据模块输出合适电压同时控制站场内的恒电位仪输出相应电压。

如图3所示，所述光纤传输模块包括激光源、调制器、光路耦合器、光纤、分光器、光滤波器和光接收机、数据接收器，所述光纤采用单模光纤，在系统中只起传输作用，光纤紧贴长输管道敷设光纤仅作为信息传输的介质，对采集到的数据进行传输，由rs-485转光纤转换器输出的电信号通过调制器调制到激光器发出的激光束上，还可以同时利用合波器将光载波信号汇聚到一起，然后通过光路耦合器耦合到同一条光纤，并通过光纤发送出去；在接收端，通过分光器将各类波长的光波进行分离，同时利用光滤波器对光波进行处理并传送到光接收机，光接收机收到光信号后进行光—电还原(波分复用技术)，从而得到相应的电信号，该电信号送入到数据接收器，数据接收器可以采用专用的ic芯片的rxd，经专用ic芯片将串行数据改为并行数据后，再向数据处理器传送；激光源输出与阴极保护站内的处理器的输入连接，阴极保护站内的处理器与远程计算机监控终端互联。采用了波分复用技术，该技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。它是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)并做进一步处理，恢复原信号并送入不同的终端。

本实施例采用了分布式数据采集技术，该技术通过现场传感器对新场数据进行采集，利用rs-485总线将采集到的数据传向光纤，长输管道沿线有无数个测试桩，所以要对长输管道沿线的所有测试桩数据进行分布式采集，保证所有信息的同时性及实时性，采集到数据处理器要处理测试桩处的电位、位置，土壤的含水率、ph值、温度、含盐量、土壤电阻率信息，阴极保护电位不仅与腐蚀电位有关还与外部环境因素有关，所以要采集多类数据进行分析处理，保证计算机监控中心输出精确的恒电位仪电位。

进一步，还包括人机交互系统，所述人机交互系统与阴极保护站的处理器互联，采用地理信息系统gis为管理平台，通过gis应用程序提供的电子地图、图表和报表，以直观的观察到长输管道沿线保护情况，用于对生产过程进行显示、监视、操作控制和管理，同时用以实现集中监视、操作和信息管理，以及进行系统组态和维护工作。

如图1所示远程计算机监控终端对阴极保护站内恒电位仪的分布式控制，各阴极保护站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。远程计算机监控终端接收数据将控制指令传送至阴极保护站内，控制阴极保护站内恒电位移的电压值自动调节阴极保护站里的恒电位仪电位，使长输管道的电位负移至少达到-850mv或更负(相对饱和硫酸铜参比电极cse)，这样可以有效地降低长输管道的腐蚀速率，达到实时阴极保护的目的。

经实际使用测试，本实施例的长输管道阴极保护分布式电位监控系统防爆、不受电磁干扰、结构紧凑、灵敏度高、使用活方便、使用寿命长、安全可靠，监测点多，方便实现信号的长距离传输和集中处理，可以同时控制多个阴极保护站内恒电位仪电压使长输管道沿线所有管段都达到保护状态。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。