一種基于A(yíng)RM-Linux的分布式管道泄漏監測系統

針對中國輸油管道現場(chǎng)具體情況，設計一套基于嵌入式ARM-Linux和LabVIEW的分布式管道泄漏監測系統，包括遠程測控終端(RTU)、監測PC以及工業(yè)局域網(wǎng)。詳細論述了系統架構、硬件組成、軟件流程等。通過(guò)實(shí)際開(kāi)發(fā)與應用，證明此設計完全適用于輸油管道特殊現場(chǎng)，不僅降低了成本與功耗，還提高了效率，為長(cháng)距離石油管道運輸系統正常良好地運行提供了有力的技術(shù)支持。

輸油管道泄漏監測技術(shù)是當今石油化工領(lǐng)域科研工作者研究的熱門(mén)課題[1]。目前，輸油管道現場(chǎng)應用的泄漏監測系統存在各種問(wèn)題。首先，現場(chǎng)很多站點(diǎn)正在使用太陽(yáng)能閥室設計，而廣泛使用于全國各地輸油管道監測系統中的基于PC的采集傳輸設備,因其高功耗、高成本的缺點(diǎn)不適合在太陽(yáng)能閥室中應用。其次，許多現場(chǎng)管道為分布式網(wǎng)絡(luò )布局，一個(gè)站點(diǎn)可能安置了多個(gè)測量節點(diǎn)，并且在主站有多個(gè)監控PC獲得現場(chǎng)數據進(jìn)行監測，很多監測系統的多通道采集和多用戶(hù)處理能力達不到滿(mǎn)意要求。再次，由于一些現場(chǎng)會(huì )使用電話(huà)線(xiàn)撥號網(wǎng)絡(luò )或微波無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，帶寬和穩定性無(wú)法達到正常網(wǎng)絡(luò )環(huán)境要求，很多現場(chǎng)設備因經(jīng)常出現數據丟失的情況而不能對泄漏發(fā)生做出及時(shí)判斷定位。所以針對這種情況需要應用一些專(zhuān)門(mén)機制來(lái)保證網(wǎng)絡(luò )通信的實(shí)時(shí)性和完整性，為輸油管道泄漏監測與定位提供準確的數據來(lái)源。為解決上述泄漏監測系統的問(wèn)題，設計了一套基于ARM的分布式管道泄漏監測系統。

在當今嵌入式應用領(lǐng)域，ARM由于性?xún)r(jià)比、功耗、可靠性在同類(lèi)產(chǎn)品中非常突出，尤其是結合開(kāi)源的嵌入式Linux操作系統以后,得到了越來(lái)越多設計者的青睞[2]。在本輸油管道泄漏監測設計中，遠程測控終端(RTU)采用ARM和嵌入式Linux的方案,監控PC采用LabVIEW圖形編程方案，所有節點(diǎn)通過(guò)基于TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)進(jìn)行通信。

1 系統概述

管道泄漏檢測系統采用分布式網(wǎng)絡(luò )結構，由多個(gè)主站監測PC和多個(gè)從站遠程測控終端(RTU)組成。圖1是分布式管道泄漏監測系統結構示意圖。

系統基于負壓波原理，通過(guò)安裝在各個(gè)管道測量節點(diǎn)的壓力變送器測得壓力變化情況,并通過(guò)從站RTU將各個(gè)節點(diǎn)信號數據傳送給主站監測PC。當管道網(wǎng)絡(luò )中某段發(fā)生破裂時(shí), 主站監測PC能立即接收到管段內輸送介質(zhì)泄漏瞬間所產(chǎn)生的泄漏信號, 通過(guò)比較數據庫中的模型來(lái)確定管道是否發(fā)生泄漏，利用管道兩端節點(diǎn)RTU傳送信號的時(shí)差確定泄漏位置。多個(gè)主站監測PC可同時(shí)監測整個(gè)管道網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)。

2 系統硬件組成原理

2.1 RTU硬件組成原理

S3C2440是SAMSUNG公司生產(chǎn)的一款基于A(yíng)RM920T內核的32位RISC微處理器,其具有低功耗、高速的處理計算能力，負責控制整個(gè)RTU。以太網(wǎng)控制器通過(guò)隔離器高速、穩定地將系統接入局域網(wǎng)。GPS校時(shí)模塊把導航信息通過(guò)UART總線(xiàn)傳送至S3C2440芯片，利用秒脈沖中斷實(shí)現RTU自動(dòng)高精度時(shí)鐘同步。由于S3C2440已經(jīng)集成了SD模塊，直接外接SD物理層接口實(shí)現本地數據儲存功能。

根據系統要求設計的RTU系統框圖如圖2所示。

2.2 A/D模塊硬件設計

RTU工作時(shí)，首先由信號調理單元電路獲取壓力變送器采集到的電流信號,經(jīng)由光電隔離芯片和數字濾波器得到適合于模/數轉換器（ADC）的輸出。模/數轉換器(ADC)采用一款內置序列器的4通道、200 kS/s、12 bit AD7923芯片。AD7923芯片由AD780芯片提供2.5 V參考電壓。該A/D模塊通過(guò)SPI總線(xiàn)將轉換后的數字信號傳送給ARM核心控制模塊進(jìn)一步處理。A/D模塊接口電路如圖3所示。