基于89C51单片机的数采模块在线监测管道电位的试用

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引言

目前，国内已经形成了庞大的油汽管道网络，仅中石油、中石化等企业正在运行的成品油管道总里程达1.5万公里以上。管道途经区域环境复杂，特别是穿越江河、湖泊，通过城市、村庄、矿区、山地等埋地敷设的管段，以及与铁路、公路、地铁、工厂、其它管道等公共设施交叉通过的管段，易出现外部干扰过大造成防腐层受损、金属电子缺失发生腐蚀，管道的保护电位不达标，严重影响了管道的使用寿命[1]。为了即时查看和掌握整条管道阴极保护状况，连续和准确检测重点部位阴极保护电位等情况，问题管段试用了基于89c51单片机的实时数据采集模块，并通过PC机分析数据，省去了昂贵的信号处理仪，该系统如应用到成品油管道，可实现对重要部位阴保状况的实时监测、分析。

一、与地铁相交管道段概况

1.与地铁交叉段管道保护电位超标

与某地铁交叉管道段（5公里）受到严重的杂散电流干扰，经过多次测量，管道干扰电位在+7V到-6V之间波动，远大于-0.85V至-1.35V正常区间值。该地铁在早上6：09开始运营，22：35分停止，使用1500V直流供电，属于直流长转子电机车辆，并配套设备有VVVF变频变压装置转换为AC380V及直流110V供机车使用。

2.管道段的阴极保护电位监测

拟采用综合排流系统方案进行治理，建立强制排流系统[2]，它是由强制排流泵、活性接地棒、传感器、极性辅助排流器、排流体组成。为确保方案实施，先在K21和官坦河阀室处使用基于89C51单片机的信号采集模块对交叉段输油管道进行监测，采集相关电位、电流数据，分析确定干扰程度，然后实施动态排流方案。

二、监测模块构成简介

1.基于89C51单片机的数据采集监测模块构成

监测模块组成，即单片机部分，主要完成数据的采集、转换与存储任务；外联PC机部分，完成数据接收、显示等任务，通讯接口通过GPRS方式和GSM方式将现场与管理中心的数据进行传输。采集模块可设定每天采集一次信号，连续了解沿线管道的保护电位；又能够设定高密度采集时间段，采样频率达到1条/秒，有效检测杂散电流的干扰情况。如结合监测数据并利用专家系统，就可以对阴极保护的状态及故障进行诊断、分析，给出处理意见。

2.单片机的硬件组成

数据采集模块硬件框图所示，主要由以下几个部分组成。

2.1 主控制器

核心中央处理采用89C51单片机，片内自带4K字节闪速可编程、可擦除只读存储器PEROM。该产品与工业标准8051单片机完全兼容，工作时钟最高可达到24MHz，实时控制、实时处理的功能更加完善，大大的简化了硬件配置。单片机配备了电路X25045，该芯片集电压监控、掉电保护、“看门狗”为一体，与89C51配合构成一个完整的微机应用系统。

2.2 数据存储器

随机数据存储器 [3]由1片8K字节的6264静态RAM芯片构成，用来存储各个检测点采集的数据。当然也可用62256或增加6264芯片的个数来扩大数据存储量。

2.3 A/D转换部分

模数转换选用了美国AD公司生产的高集成度、低价格的逐次逼近式12位A/D转换器AD574[3]，将检测点的模拟参数采集并转换为计算机能够处理的数字信息。

2.4 数据异步通信

模块中可选用美国MAXIM公司生产的MAX485集成电路，有线完成与PC上位机的异步数据通信。还可以通过无线数据模块及数据3G或4G卡实现远程监控。

三、试用实例分析

1.数据显示

用VB编写的PC机程序具有良好的可视化界面，操作简单。当输入采集设备位置并按下查询数据按扭后，即可进入现场数据显示屏。

2.数据分析报告

通过基于89C51单片机的数据采集系统实现了数据的自动采集和传输，并由高密度采集功能监测了重点位置杂散电流的干扰情况，通过管理软件的统计功能，从报表和图表上直接反应了与地铁交叉段管道的阴极保护状况。

2.1 管道受地铁的干扰严重

地铁运行时段，管道电位和恒电位仪的输出参数波动较大，而在在地铁停运时段，管道沿线的保护电位和恒电位仪的工作情况都趋于稳定。

2.2管道的干扰程度有所明显改善

通过石21#桩近半个月的保护电位监测数据分析，其保护电位的波动范围在-0.4 ～ -1.4V之间。该处的干扰情况经地铁公司检查整改后有了明显的改善，已经不存在以前保护电位±6V的状态。

2.3 管道的干扰主要是直流干扰

官坦阀室和石21#桩的交流干扰电压范围分别在0～0.35V和0～2V之间，交流干扰较弱。从保护电位的波动范围看，管道的干扰主要来自于地铁的直流干扰。

四、结束语

通过基于89C51单片机的实时数据采集模块在管道上的成功试用，查出了与地铁交叉管道阴极保护存在的问题，对管道保护工作提供了有力的管理依据。该模块所具有通用性强，使用方便，采集速度快等特点，与高速无线网络的结合发展，非常适用于油汽管道的阴极保护电位等状态的监测。所以，模块结合PC机系统在油气管网中具有广阔的应用前景，可以将专业人员从日常工作中解放出来，集中精力处理管道阴极保护系统的关键问题，提高阴极保护系统的保护效果，进而延长管道的安全运行寿命，并利于管道长期安全运行。

参考文献：

[1] 夏. 管道抢维修技术[M]. 北京：中国科技出版社，2010

[2] 袁厚明. 地下管线检测技术[M]. 北京：中国石化出版社，2006：393-410

[3] 许立梓、陈玮、何小敏、高明琴. 微型计算机原理及应用[M]. 北京：机械工业出版社

作者简介：1.李庆臣：中石化销售华南分公司，工程师、高级技师。

2.杨昌群：中国石化销售有限公司华南分公司，高级工程师，公司专家。