一种基于网络的恒电位仪模糊控制方法

1.本发明涉及油气管道的防腐蚀控制领域，尤其涉及一种基于网络的恒电位仪模糊控制方法。


背景技术：

2.针对油气管道的防腐蚀控制，面对复杂的地理环境及人工设备设施导致的杂散电流干扰，如何提供一种能有效应对高频非线性的杂散电流干扰的恒电位仪控制方法是技术人员亟需解决的问题。金属材料化学处理、涂加防腐层材料和阴极保护技术是用来防止腐蚀的一些常用技术。其中阴极保护技术是防止金属结构腐蚀(如地下管道、储油罐、储水罐、船舶等)最有效的方法之一。分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。牺牲阳极阴极保护即通过被保护金属结构物外接活性更强的金属，通过使外接金属腐蚀，牺牲可更换的外接金属来保护金属结构物；外加电流阴极保护即通过对金属施加阴极电流，使被保护金属阴极极化到达氧化还原平衡状态，停止腐蚀。行业标准规定的阴极保护有效金属极化电位为-0.85v—
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1.20v范围内。传统恒电位仪控制方式由恒电位仪本身同时执行控制系统中的控制器、执行器和检测变送的功能，恒电位仪功能高度集成，由恒电位仪和管道便构成了一个完成的控制系统。而使用网络控制结构，恒电位仪本身只作为执行器使用，控制器功能放在服务器端，可以方便的根据需要对恒电位仪采用的算法进行编程修改，可以随时随地通过互联网进行恒电位控制算法的升级。
3.一种在中国专利文献上公开的“一种油气管道的阴极保护系统”，其公告号cn112941521a，此发明公开一种油气管道的阴极保护系统。该系统包括：采集模块，用于采集开关电源、输出模块在当前时刻上的运行参数，并发送至微处理器；微处理器，用于将所述运行参数发送至异常诊断模块；异常诊断模块，用于根据所述运行参数，诊断第一子系统是否存在运行异常，并将诊断结果发送至微处理器；第一通信控制模块，用于当第一子系统运行异常时，将第一子系统从工作状态切换为非工作状态，将第二子系统从非工作状态切换为工作状态，以使油气管道不被腐蚀。但此发明的管道阴极保护电位的控制精度不足。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服管道阴极保护电位的控制精度不足，设备检修复杂，提供了一种基于网络的恒电位仪模糊控制方法，实现了管道阴极保护电位的控制精度更高，更好的管道防腐蚀的技术效果。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于网络的恒电位仪模糊控制方法，包括s1建立检测变送器和执行器与模糊控制器信息连接网络；s2将检测变送器和执行器与待保护的管道电连接；s3检测变送器上传电位采样于模糊控制器；s4模糊控制器确定各个检测变送器电位最高的监测点，将该点电位作为模糊控制
器输入；s5模糊控制器判定选定监测点的输入样本需保护等级，模糊控制器输出指令于执行器；s6执行器根据模糊控制器输出的变化级数指令输出电流;s7执行器输出电流作用于管道，改变管道电位，由检测变送器检测管道电位进行反馈，模糊控制器改变控制输出，由此形成保护-监测循环。
6.本发明通过使用网络控制结构将检测、控制、执行三部分功能分散，有利于提高阴保系统的安全性，控制算法放在服务器端，能方便的进行算法升级改进，检测变送器可根据需要选择为恒电位仪本地或者分布在管道上的阴保桩，能够针对性的对管道电位进行控制，使用模糊控制方法，能解决由于检测频率低和传输延时导致的控制精度低的问题。
7.作为优选，s1中的信息连接网络为：所述执行器能根据通过以太网接收到的远程的模糊控制器控制指令，进行响应，相应改变输出到管道上的电流大小，所述检测变送器分为两种，其中之一的阴保桩通过4g网络无线通讯与模糊控制器信息互通，所述模糊控制器为载有模糊控制算法的服务器。
8.本发明恒电位仪与服务器之间通讯采用以太网通讯方式；阴保桩与服务器之间通讯采用4g网络无线通讯。数据传输采用的协议为mqtt通讯协议，mqtt协议是ibm发布一种基于tcp、ip的轻量级发布订阅消息传递协议，特有订阅、推送的数据传输模式，满足低宽带、通信不可靠、低能耗和低内存消耗的需求。
9.作为优选，s1中的所述执行器为恒电位仪，所述检测变送器包括恒电位仪和阴保桩。
10.本发明恒电位仪本身具有检测功能，还有可以发出保护电流，在管道上分布的带自动电位检测和数据传输功能的阴保桩作为控制系统中的检测环节发挥着实时检测作用。
11.作为优选，模糊控制算法如下：s1o1将检测变送器传送的信息模糊化；s102在规则库中选取对应的模糊化等级；s103模糊化推理：根据模糊化等级，推算出电位调控等级；s104解模糊化：将电位调控等级转化成控制量输出。
12.本发明采用的模糊逻辑控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术，它能解决由于检测频率低和传输延时导致的控制精度低的问题，所述规则库为实地测量和专家针对管道腐蚀程度与电流关系建立的数据库。
13.作为优选，其中s101还包括：s1011对输入量进行满足模糊控制需求的处理；s1012对输入量进行从数据到防护等级的模拟量变换；s1013确定各输入量的防护等级的模拟量取值和相应的隶属度函数。
14.本发明在将检测变送器传送的信息模糊化时，将输入量进行从数据到防护等级的模拟量变换是为了使模糊逻辑控制能确定各输入量的防护等级的模拟量取值和相应的隶属度函数从而达到信息模糊化。
15.作为优选，s2中的检测变送器分布为若干组阴保桩与一组恒电位仪形成一个检测变送器单元，所述恒电位仪通过导线与管道连接，所述阴保桩通过导线与管道连接，每个所
述检测变送器相互之间相距等长的距离。
16.本发明将各个检测变送器单元分布到待保护的管道，将带保护的管道实时数据通过检测变送器反馈到模糊控制器，使模糊控制器能利用数据做出相应的判断。
17.作为优选，s4中模糊控制器输入为选定监测点前十次采样的电位移动平均值和每60次采样中电位高于-0.85v的采样数，模糊控制器的输入为选定监测点前十次采样的电位移动平均值（ma）和每60次采样中电位高于-0.85v的未保护采样数(n)。
18.本发明采取最高电位点作为采样点有利于在高频非线性的杂散电流干扰点找出最需保护的管道，在每60次采样中电位高于-0.85v的未保护采样数(n)，有利于找到管道的腐蚀中的次级需保护点。
19.作为优选，s6中模糊控制器输出指令为恒电位仪输出变化级数，模糊控制器将电位移动平均值(ma)模糊化为高、中、低三段，将未保护采样数(n)模糊化为零、低、中、高四段，建立模糊字表，生成模糊量输出，然后通过清晰化将模糊控制器输出分为-2、-1、0、1、2，作为恒电位仪输出增量值，其中恒电位仪输出最低为0v，最高为-3v，由8位d/a转换电路分为256级。
20.本发明中恒电位仪根据模糊控制器输出指令，找到d/a转换电路中256级的对应电流值输出，进行管道保护，其中模糊控制器的输出指令是根据实时数据模糊化得来的有利于全段定点精确的阴极保护电位控制。
21.本发明的有益效果：通过使用网络控制结构，恒电位仪本身只作为执行器使用，控制器功能放在服务器端，除了恒电位仪本身的检测功能外，在管道上分布的带自动电位检测和数据传输功能的阴保桩也作为控制系统中的检测环节发挥作用，这样，将检测、控制、执行三部分功能分散，有利于提高阴保系统的安全性，控制算法放在服务器端，能方便的进行算法升级改进，检测变送器可根据需要选择为恒电位仪本地或者分布在管道上的阴保桩，能够针对性的对管道电位进行控制，使用模糊控制方法，能解决由于检测频率低和传输延时导致的控制精度低的问题。
附图说明
22.图1是本发明流程图；图2是本发明控制结构图；图3是本发明系统框架图；图4是本发明模糊字表图。
具体实施方式
23.下面将结合优化配置实际案例与附图进一步解释说明本发明。
24.一种基于网络的恒电位仪模糊控制方法，根据图1，包括s1建立检测变送器和执行器与模糊控制器信息连接网络；s1中的信息连接网络为：所述执行器能根据通过以太网接收到的远程的模糊控制器控制指令，进行响应，相应改变输出到管道上的电流大小，所述检测变送器分为两种，其中之一的阴保桩通过4g网络无线通讯与模糊控制器信息互通，所述模糊控制器为载有模糊
控制算法的服务器；s1中的所述执行器为恒电位仪，所述检测变送器包括恒电位仪和阴保桩；模糊控制算法如下：s1o1将检测变送器传送的信息模糊化；s1011对输入量进行满足模糊控制需求的处理；s1012对输入量进行从数据到防护等级的模拟量变换；s1013确定各输入量的防护等级的模拟量取值和相应的隶属度函数；s102在规则库中选取对应的模糊化等级；s103模糊化推理：根据模糊化等级，推算出电位调控等级；s104解模糊化：将电位调控等级转化成控制量输出；根据图3；s2将测变送器和执行器与待保护的管道电连接；s2中的检测变送器分布为若干组阴保桩与一组恒电位仪形成一个检测变送器单元，所述恒电位仪通过导线与管道连接，所述阴保桩通过导线与管道连接，每个所述检测变送器相互之间相距等长的距离；s3检测变送器上传电位采样于模糊控制器；s4模糊控制器确定各个检测变送器电位最高的监测点，将该点电位作为模糊控制器输入；s4中模糊控制器输入为选定监测点前十次采样的电位移动平均值和每60次采样中电位高于-0.85v的采样数，模糊控制器的输入为选定监测点前十次采样的电位移动平均值（ma）和每60次采样中电位高于-0.85v的未保护采样数(n)；s5模糊控制器判定选定监测点的输入样本需保护等级，模糊控制器输出指令于执行器；s6执行器根据模糊控制器输出的变化级数指令输出电流；s6中模糊控制器输出指令为恒电位仪输出变化级数，模糊控制器将电位移动平均值(ma)模糊化为高、中、低三段，将未保护采样数(n)模糊化为零、低、中、高四段，建立模糊字表，根据图4，生成模糊量输出，然后通过清晰化将模糊控制器输出分为-2、-1、0、1、2，作为恒电位仪输出增量值，其中恒电位仪输出最低为0v，最高为-3v，由8位d/a转换电路分为256级；根据图2；s7执行器输出电流作用于管道，改变管道电位，由检测变送器检测管道电位进行反馈，模糊控制器改变控制输出，由此形成基于网络的恒电位仪模糊控制保护管道方法。
25.本发明的实施例：建立检测变送器和执行器与模糊控制器信息连接网络；将测变送器和执行器与待保护的管道电连接；检测变送器上传电位采样于模糊控制器；模糊控制器确定各个检测变送器电位最高的监测点，将该点电位作为模糊控制器输入；模糊控制器判定选定监测点的输入样本需保护等级，模糊控制器输出指令于执行器；执行器根据模糊控制器输出的变化级数指令输出电流；执行器输出电流作用于管道，改变管道电位，由检测变送器检测管道电位进行反馈，模糊控制器改变控制输出，由此形成基于网络的恒电位仪模糊控制保护管道
方法。
26.本发明通过使用网络控制结构将检测、控制、执行三部分功能分散，有利于提高阴保系统的安全性，控制算法放在服务器端，能方便的进行算法升级改进，检测变送器可根据需要选择为恒电位仪本地或者分布在管道上的阴保桩，能够针对性的对管道电位进行控制，使用模糊控制方法，能解决由于检测频率低和传输延时导致的控制精度低的问题。
27.本发明恒电位仪与服务器之间通讯采用以太网通讯方式；阴保桩与服务器之间通讯采用4g网络无线通讯。数据传输采用的协议为mqtt通讯协议，mqtt协议是ibm发布一种基于tcp、ip的轻量级发布订阅消息传递协议，特有订阅、推送的数据传输模式，满足低宽带、通信不可靠、低能耗和低内存消耗的需求。
28.本发明恒电位仪本身具有检测功能，还有可以发出保护电流，在管道上分布的带自动电位检测和数据传输功能的阴保桩作为控制系统中的检测环节发挥着实时检测作用。
29.本发明采用的模糊逻辑控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术，它能解决由于检测频率低和传输延时导致的控制精度低的问题。
30.本发明在将检测变送器传送的信息模糊化时，将输入量进行从数据到防护等级的模拟量变换是为了使模糊逻辑控制能确定各输入量的防护等级的模拟量取值和相应的隶属度函数从而达到信息模糊化。
31.本发明将各个检测变送器单元分布到待保护的管道，将带保护的管道实时数据通过检测变送器反馈到模糊控制器，使模糊控制器能利用数据做出相应的判断。
32.本发明采取最高电位点作为采样点有利于在高频非线性的杂散电流干扰点找出最需保护的管道，在每60次采样中电位高于-0.85v的未保护采样数(n)，有利于找到管道的腐蚀中的次级需保护点。
33.本发明中恒电位仪根据模糊控制器输出指令，找到d/a转换电路中256级的对应电流值输出，进行管道保护，其中模糊控制器的输出指令是根据实时数据模糊化得来的有利于全段定点精确的阴极保护电位控制。