冗余型数字式压力采集变送装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种冗余型数字式压力采集变送装置，包括有用于连接到待检压力管线的引压管，该引压管上并联设置有三路压力检测段，每一路的压力检测段上均分别设置有相互串接的压力传感器和压力变送器。本实用新型大大提升了破管保护电子单元的可靠性，避免了由于一组压力传感器故障而引发的阀门误关断情况。
【专利说明】冗余型数字式压力采集变送装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种压力采集变送装置，具体是指一种冗余型数字式压力采集变 送装置，应用于气液联动执行器破管保护电子单元。
【背景技术】
[0002] 气液联动执行器是一种安装在天然气输气管线上的阀门驱动装置，其工作原理是 通过天然气管线中的天然气作为动力源驱动阀门。破管保护电子单元为气液联动执行器的 一个附件，其作用是实时监测天然气管线的压力和压降速率，如果天然气管线出现异常，压 力或压降速率超过设定值，则破管保护电子单元发出电信号，驱动气液联动执行器打开或 关闭阀门，保护管线。因此，破管保护电子单元的可靠性直接影响输气管道的安全，提升破 管保护电子单元的可靠性成为各个执行器厂家关注的重点。
[0003] 现在，国际上知名的气液联动执行器生产厂家如美国的Shafer，意大利的BIFFI 和德国Fahlke的破管保护电子单元均采用单只压力传感器采集压力数据。由于天然气管 线的条件恶劣，情况复杂。传感器容易发生故障或受到干扰出现数据错误，引起破管保护电 子单元误动作，给用户的生产带来巨大的损失。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种保障压力 采集稳定性，从而在应用于气液联动执行器破管保护电子单元时提高其稳定性的冗余型数 字式压力采集变送装置。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案是包括有用于连接到待检压力管线的引 压管，该引压管上并联设置有三路压力检测段，每一路的压力检测段上均分别设置有相互 串接的压力传感器和压力变送器。
[0006] 进一步设置是所述的每一路压力检测段上的压力变送器，包括以下模块：
[0007] 电源模块，用于给变送器工作提供电力；
[0008] 中央处理器，该中央处理器上集成设置有模数变换器和通用异步接收/发送装 置；
[0009] RS485通讯模块，该RS485通讯模块与中央处理器的通用异步接收/发送装置相互 通信连接；
[0010] 所述的模数变换器用于接收压力传感器的mV信号并将其转换成压力数字信号提 供给中央处理器，中央处理器根据压力数字信号得出压力值并计算出压降速率值，并通过 通用异步接收/发送装置传输给RS485通讯模块输出。
[0011] 进一步设置是所述的中央处理器上还设置用于记录采样周期指令的FLASH存储 器，所述的电源模块上设置用于给压力传感器供电的第一电源输出线路、以及用于给RS485 通讯模块供电的第二电源输出线路、以及用于给中央处理器供电的第二电源输出线路，所 述的中央处理器内设置有周期计时器，该中央处理器根据FLASH存储器的采样周期指令以 及周期计时器输出用于控制电源模块工作的低功耗控制信号。
[0012] 本发明的优点是该压力采集变送装置采用了 3组独立的压力传感器和压力变送 器来采集管线压力（冗余型设计)。各组压力传感器和变送器独立工作互不影响。各组压力 传感器和变送器将独立的压力数据和压降速率数据通过RS485通信传输给电子单元控制 器。电子单元控制器将这些压力和压降速率和用户的设定值进行比较。如果3组压力变送 数据中的2组（1组或3组，根用户设定）超过了用户设定值范围则驱动气液联动执行器动 作。
[0013] 该结构大大提升了破管保护电子单元的可靠性，避免了由于一组压力传感器故障 而引发的阀门误关断情况。
[0014] 此外，本实用新型的压力变送器，不仅可以变送压力值，还可以变送压降速率值， 这样不仅提升压降速率的精度，减轻破管保护电子单元的计算压力。而且，还为破管保护电 子单元采集多组压力和压降速率值提供了可能，因为，如果采集多组压力和压降速率值提 高破管保护电子单元的稳定性的同时还存在2个重大问题：
[0015] (1)多只传感器和变送器的功耗会大大增加，这对于靠电池供电的破管保护电子 单元是不允许的；
[0016] (2)如果将多只压力传感器的数据放到电子单元内计算压降速率，电子单元的计 算量会大大增加，而且在变送器数据的传输过程中还会出现数据的损失和时间的不确定 性。因此使其可靠性得不到保证。
[0017] 本实用新型的压力变送器为高稳定性的破管保护电子单元(需要采集多组压力和 压降速率值）提供了可能。
[0018] 下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步介绍。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1本实用新型【具体实施方式】原理框图；
[0020] 图2本实用新型【具体实施方式】应用于压力采集变送装置的原理示意图；
[0021] 图3本实用新型的中央处理器的数据处理流程图。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，只用于对本实用新型进行进一步 说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限定。
[0023] 如图1所示的本实用新型的【具体实施方式】，包括有用于连接到待检压力管线的引 压管4,该引压管4上并联设置有三路压力检测段(分别对应图1中41、42和43)，每一路的 压力检测段上均分别设置有相互串接的压力传感器(分别对应图1中411、421和431)和压 力变送器(分别对应图1中412、422和432)。
[0024] 如图2-3所示的本实用新型中压力变送器的【具体实施方式】，包括以下模块：
[0025] 电源模块1，用于给变送器工作提供电力；本实施例所述的电源模块上设置用于 给压力传感器供电的第一电源输出线路11、以及用于给RS485通讯模块供电的第二电源输 出线路12、以及用于给中央处理器供电的第二电源输出线路13，
[0026] 中央处理器2,该中央处理器2上集成设置有模数变换器（ADC) 21和通用异步接 收/发送装置（UART) 22 ;本实施例所述的中央处理器为超低功耗的嵌入式中央处理器。
[0027] RS485通讯模块3,该RS485通讯模块3与中央处理器2的通用异步接收/发送装 置22相互通信连接；
[0028] 所述的模数变换器21用于接收压力传感器的mV信号并将其转换成压力数字信号 提供给中央处理器2,中央处理器根据压力数字信号得出压力值并计算出压降速率值，并通 过通用异步接收/发送装置传输给RS485通讯模块3输出。
[0029] 另外，本实施例所述的中央处理器2上还设置用于记录采样周期指令的FLASH存 储器23,所述的中央处理器2内设置有周期计时器24,该中央处理器2根据FLASH存储器 23的采样周期指令以及周期计时器输出用于控制电源模块工作的低功耗控制信号25。
[0030] 本实施例的工作原理是：
[0031] (1)硬件原理，参见图2
[0032] A.正常工作状态
[0033] 压力传感器将压力数据转换为mV电压信号传输给CPU。CPU为超低功耗嵌入式 系统。其通过24位ADC直接将压力传感器的mV信号转换为数据进行处理。CPU将采集的 ADC数据转换为压力值并计算出压降速率值。然后通过串行UART 口传输给RS485模块，由 RS485模块将压力和压降速率值上传给电子单元控制器。
[0034] B.低功耗状态
[0035] 电子单元控制器先将采样周期通过RS485通信模块将采样周期发给CPU，CPU将数 据保存至其FLASH存储器中。每当采样周期所规定的时间间隔到达时，压力变送器进入正 常工作状态。当完成正常工作状态的数据采样、处理和上传任务后，CPU通过输出低功耗控 制信号25关闭压力传感器的电源(第一电源输出线路11)和RS485通信模块的电源(第二 电源输出线路12)。并且CPU启动采样周期周期计时器，并进入休眠状态。当周期计时器延 时到达时，CPU被唤醒，并且通过低功耗控制信号25打开电源第一电源输出线路11和第二 电源输出线路12,使压力变送器进入正常工作状态。
[0036] (2)软件原理，参见图3
[0037] 软件原理说明：
[0038] 1.首先程序运行，初始化10 口，UART 口，ADC模块，在初始化时打开第一电源输出 线路11，第二电源输出线路12,进入正常工作状态。
[0039] 2. ADC采样，将采集到的数据通过软件滤波方式滤波，得到准确的压力AD数据。根 据事先存入CPU的压力标定数据计算出压力值。
[0040] 3.首次运行程序时，将第一次计算的压力值作为压降速率计算的初值。输出压降 速率为0。然后在下一个工作状态通过（Pn+1 - Pn)/t计算压降速率。其中：Pn+l为当前 采样计算的压力值，Pn为上次采样计算的压力值。t为两次采样的时间间隔。
[0041] 4.当计算出压力和压降速率值后等待电子单元控制器通过串口向其发指令接收 压力和压降速率值。
[0042] 5.当接收到指令并发出数据后启动周期计时器，关闭RS485通信模块和压力传感 器电源，进入休眠状态。
[0043] 6.周期计时器溢出，退出休眠，打开RS485通信模块和压力传感器电源，进入正常 工作模式。
【权利要求】
1. 一种冗余型数字式压力采集变送装置，其特征在于：包括有用于连接到待检压力管 线的引压管，该引压管上并联设置有三路压力检测段，每一路的压力检测段上均分别设置 有相互串接的压力传感器和压力变送器。
2. 根据权利要求1所述的一种冗余型数字式压力采集变送装置，其特征在于：所述的 每一路压力检测段上的压力变送器，包括以下模块： 电源模块，用于给变送器工作提供电力； 中央处理器，该中央处理器上集成设置有模数变换器和通用异步接收/发送装置； RS485通讯模块，该RS485通讯模块与中央处理器的通用异步接收/发送装置相互通信 连接； 所述的模数变换器用于接收压力传感器的mV信号并将其转换成压力数字信号提供给 中央处理器。
3. 根据权利要求2所述的一种冗余型数字式压力采集变送装置，其特征在于：所述的 中央处理器上还设置用于记录采样周期指令的FLASH存储器，所述的电源模块上设置用于 给压力传感器供电的第一电源输出线路、以及用于给RS485通讯模块供电的第二电源输出 线路、以及用于给中央处理器供电的第二电源输出线路，所述的中央处理器内设置有周期 计时器，该中央处理器根据FLASH存储器的采样周期指令以及周期计时器输出用于控制电 源模块工作的低功耗控制信号。
【文档编号】G01L9/00GK203848970SQ201420031018
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】徐征, 项光义, 修红学, 曹永明 申请人:特福隆（上海）科技有限公司