LabVIEW在输油管道泄漏监测系统中的应用(精)

第23卷第1期2005年1月北京工商大学学报(自然科学版Journal of Beijing Techno logy and Business U niversity (N atural Science Editi on V o l 123N o 11Jan .2005文章编号:167121513(20050120030203LabV IE W 在输油管道泄漏监测系统中的应用廉小亲,苏维均,何杰(北京工商大学信息工程学院,北京100037摘要:利用L abV IE W 软件开发输油管道泄漏监测系统上位机的通信及数据处理模块,实现与单片机开发的下位机的串口通信通过对下位机采集到的压力数据分析处理,能推算出压力异常的拐点时间,为计算输油管道泄漏点的实际位置提供条件关键词:L abV IE W ;串口通信;泄漏监测中图分类号:T P 277文献标识码:A 收稿日期:20040902基金项目:北京市教委科技发展计划项目资助(01KJ 2043作者简介:廉小亲(1967-,女,河南沁阳人,博士,副教授,主要从事信号与信息处理方面的研究输油管道泄漏监测系统根据输油管道两端的压力采集信号,以负压力波方法为理论基础12,对输油管道中所出现的泄漏及时进行预报,并确定泄漏点位置系统总体结构分为上位机与下位机两部分上位机为放置在首站控制间的一台工控机下位机由放置在输油管道首、末站的单片机数据采集系统组成对于末站,工控机首先通过R S 232对调制解调器(M OD E M 进行拨号,连通远端的单片机数据采集系统,实现远端站点的压力、流量数据采集与通信传输;对于首站,上下位机通过R S 232进行通讯上位机采用L abV IE W 软件对采集上来的压力、流量信号以曲线的形式进行实时显示,并根据泄漏检测算法判断管道运行的情况主要介绍L abV IE W 软件在系统中的应用情况主要涉及以下内容:1实现上位机与下位机的串口通信,并正确区分下位机向上位机发送的正常、异常数据;2当正 异常通信协议中的校验和出错时2,如何通过串口向下位发送错误警报,要求重新发送校验和出错的那组数据;3从下位接收来的异常数据格式不同于正常数据,比正常数据复杂的多,如何处理异常数据成了上位机设计的重要内容;4系统基于负压力波理论检测输油管道泄漏情况,所以当管道出现异常情况时,如何计算两端异常压力的拐点时间也成为设计的重中之重,为下一步判断是否存在泄漏及泄漏的位置做准备1LabV IE W 软件简介L abV IE W 是labo rato ry virtual in strum en t engineering w o rkbench (实验室虚拟仪器集成环境的简称,它是美国国家仪器公司(N I 创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具它把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能(图形,并用线条把各种功能(图形连接起来的简单图形编程方式3L abV IE W 是一种图形编程语言通常称为G 编程语言,其编程过程就是通过图形符号描述程序的行为L abV IE W 中集成了大量的生成图形界面的模块、数据分析、数字信号处理功能以及多种硬件设备驱动功能(包括R S 232,GP I B ,V X I ,数据采集板卡、网络等L abV IE W 也包含了特殊的应用库,用于实现数据采集、文件输入 输出、GP I B 和串行仪器控制及数据分析L abV IE W 还包括了常规的程序调试工具,用这些工具可以设置断点、单步执行程序及动画模拟执行,以便观察数据流为用户开发时节省大量的编程时间2LabV IE W 与下位机的串口通信211LabV IE W 的串口读写模块L abV IE W 提供的基于V ISA 的I O 函数库适3合于各种仪器类型和各种硬件接口类型,对串口的读写同样提供了许多专用的函数图1是上位机从串口读(写数据的模块 图1从串口读取数据图1中各函数的用途:Channel :即V ISAR esou rce N am e 选择L abV IE W 要读写的串口的名字,可在相对应的前面板控件中选择,如Com 1或Com 2V ISA Configu re Serial Po rt :这个函数主要是对串口通信的4个参数:传送波特率、用于字符编码的数据位数、可选择的校验位取值以及停止位的个数的配置双击这个函数便可显示函数的具体参数用户可根据实际需要对它进行配置 V ISA Configu re Serial Po rt 函数,还可根据实际情况对串口读数据设置好超时,使得函数能定时从串口读取数据,以避免串口采集数据的延时问题B ytes at po rt :主要是监视串口缓存中的字节数,并把这个值赋给V ISA R ead 的bytes coun t V ISA R ead :是从串口读数据的函数,它实现的主要功能是将串口缓存中的数据读取出来,函数V ISA R ead 读取的是16进制的字符串212正常 异常数据的判断基于L abV IE W 开发的上位机与下位机进行串口通信,双方通讯的内容分命令和数据两种,因此必须设置相应的通讯协议首先,上位机在下位机采集数据前先与下位机进行一次握手:由上位给下位发准备命令AA 5552,当下位接收到准备命令时则对上位进行应答,然后上位给下位发采集数据的命令,收到下位的正确应答后,下位开始采集数据并定时给上位发送数据握手过程中若某一环节出错,则做相应处理下位给上位机发的数据有两种,这两种数据都有各自的标识符即字头、数据、校验和正常数据字头是AA 554E ,异常数据字头是AA 554C ,所以上位只要对接收到的字符串前6位进行简单判断就可以知道接收到的是正常数据还是异常数据用Scan from String 这个函数跟一个比较器来对接收到的字符串做正常、异常数据的判断首先利用函数Scan from String 将接收到的字符串拆分成两个子字符串,前6位即字头为一部分,剩下的为一部分将拆分后的前6位字符串与AA 554E 比较,如果等于AA 554E 则判断是正常数据,对后面的数据只要作简单的处理运算即可;否则,判断是异常数据,对除字头后的数据做异常数据处理需要注意的是:Scan from String 这个函数拆分字符串的格式,如果是字符串,则是%s ,十六进制是%x 特别注意的是:需要拆分几位也就是需要扫描几位必须标注相应的个数,如系统需对前6位进行扫描,则扫描字符串的格式为%6s 另外需要特别提醒的是,%1s 和%s 是两个不同的概念,%1s 是扫描1位,而%s 是扫描整个字符串图2为扫描从串口接收到字符串,并判断数据类型程序 图2扫描字符串并判断数据类型213校验和错误的处理当校验和错误时,系统需要通过串口向下位发送错误警报,要求下位机重新发送校验和出错的那组数据根据上下位机的通信协议,这时,上位需通过串口给下位发送字符串55AA 45的错误警报具体的程序流程是将校验和错误的这个布尔量赋给Case 结构,当为F 时,触发Case 结构的False 程序框运行,利用V ISA W rite 这个函数将字符串55AA 45通过串口发送给下位机,下位机接到此命令会重新发送刚才校验和错误的那组数据正、异常数据校验和错误的处理方法基本一样:正常数据是利用加法器将高低字节相加,并把相加的结果与FF 相与,再将与的结果跟校验和比较;而1000个异常压力数据相加是利用一个累加器来实现1000数相加的功能,并将相加的结果与FF 相与,再把与的结果跟检验和比较3异常数据处理及异常拐点求取算法311一组异常数据的处理由于异常数据的格式与正常数据不一样,处理起来比正常数据麻烦的多异常数据在字头后边有一组异常情况下的压力值(设为n 个,每个压力值按照十六进制的高、低字节存放所以如何正确求取13第23卷第1期廉小亲等:L abV IE W 在输油管道泄漏监测系统中的应用这一组压力数据的校验和,从而判断压力数据传送的正确性,以及如何将高低位相加并且单个输出每个压力数据也是研究的关键之处此处用到了移位寄存器首先将一组数据分成3部分,第i个压力异常数据的压力低字节、压力高字节、剩下的(n-i个压力数据及校验和,这里i的初始值为1这样将剩下的字节送到右端子,经左端子继续送给Scan from String的输入端,再利用W h ile循环,可以将这一组异常数据单个输出并逐个送给波形图312压力异常拐点时间求取的算法根据一组压力异常数据及最后一个异常数据的发生时间,采用循环比较的方式来推算拐点时间,具体做法是将每个异常压力数据与压力基准值相减,如果差值在设定的范围内,则认定这个异常压力数据就是拐点求取拐点的具体算法是:将判断为拐点的这个异常压力数据i的值即移位寄存器循环的次数乘上异常压力数据采集的时间间隔T,被最后一个异常数据的时间相减,即可得到压力拐点的时间即:压力拐点时间=最后一个异常压力的时间-i3T4结束语基于L abV IE W软件开发了输油管道泄漏监测系统的上位机软件,实现了上位机与下位机的串口通信;通过对下位机采集到的压力数据分析处理,能推算出压力异常的拐点时间,为计算输油管道泄漏点的实际位置做了一些准备工作参考文献:1苏维均,廉小亲,于重重,等.负压波定位理论在输油管道泄漏监测系统中的具体应用J.微计算机信息,2003,(3:4344.2曹志国.长输石油管道泄漏监测系统的研究D.北京工商大学硕士论文集,2004.3毕晓普(B ishop R H.LABV IE W6i实用教程M.乔瑞萍译.北京:电子工业出版社,2003.APPL I CATI ON OF LABV IE W IN THE L EAK D ETECTINGS Y STE M OF O I L P IPEL I AN X iao2qin,SU W ei2jun,H E J ie(Colleg e of Inf or m a tion E ng ineering,B eij ing T echnology and B usiness U n iversity,B eij ing100037,Ch inaAbstract:It develop ed the comm un icati on and data p rocessing sessi on of the leak detecting system of o il p i p e based on L abV IE W,w h ich can com p lete comm un icati on th rough the serial in terface,ob tain the ti m e of the p ressu re abno rm al tu rn ing po in t th rough the p re