摘 要：分析了智能電子壓力開關(guān)的特點，研究并論述了智能電子壓力開關(guān)采取的模型識別技術(shù)及信號自動分段技術(shù)。研制的智能電子壓力開關(guān)已在輸油管道上應用。應用結(jié)果表明該智能電子壓力開關(guān)技術(shù)先進、性能穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：電子壓力開關(guān)，信號分段，單片機。
Development and application of smart electron pressure switch
ZHAO Lianke
（Luning Dept of SINOPEC Pipeline Storage and Transport Co.，Shand ong Zoucheng 273500，China）
Abstract：This article analyses the characteri stics of the smart electron pressure switch，the technology of pattern recognitio n and the technology of signal automatic subsection have been discussed.The smar t electron pressure switch has been applied in pipeline.The effect shows that th e smart electron pressure switch has good technology and the characteristics of stabilization and credibility. Keywords：electron pressure switch；signal segmentation；single c hip microcomputer.
1、研制開發(fā)重要性和必要性
目前，國內(nèi)針對原油的運送方式主要采用管道加熱輸送工藝。原油在管道輸 送中每間隔40～90 km就設一個分站來進行加熱、加壓。為降低能源消耗我國輸油管道都進行了現(xiàn)代化技術(shù)改造實現(xiàn)了計算機監(jiān)控。在輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)中為保護管線防止出站壓力超 高造成爆管，在出站及泵出口匯管處安裝了壓力開關(guān)。為防止輸油泵抽空在進站管線及泵入口管線上也安裝了壓力開關(guān)。但目前使用的壓力開關(guān)存在如下問題：
（1）工作不可靠在對進站壓力開關(guān)進行校驗時多次發(fā)現(xiàn)，當給定壓力低于設定壓力時，壓力開關(guān)仍不動作，當用物體敲擊時又恢復正常。
（2）誤動作用戶反應曾多次發(fā)生當管線內(nèi)壓力產(chǎn)生輕微波動時造成甩泵。致使某些壓力開關(guān)長期不能投用，使輸油泵失去應有的保護，帶來不安全因素。
（3）精度低、校準難在校驗時需反復進行試驗才能確定設定值。
（4）密閉流程解除后由于進站壓力較低，使壓力開關(guān)無法使用。
為解決現(xiàn)有壓力開關(guān)存在的這些問題，研制高可靠性、高精度和智能電子壓力開關(guān)十分必要 .
2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)
2.1結(jié)構(gòu)原理智能電子壓力開關(guān)外型。它的結(jié)構(gòu)由壓力傳感器、主機板及防 爆外殼等部分組成。
智能電子壓力開關(guān)原理框圖見圖2.智能電子壓力開關(guān)由以下幾部分組成：①壓力傳感器件采用單晶硅智能壓力傳感器。該傳感器具有高精度（±0.075%）、高穩(wěn)定性（ 優(yōu)于0.1%FS／年）、抗高過壓和高靜壓（耐壓16 MPa）、量程遷移比大（20∶1）等特點。選用單晶硅智能壓力傳感器作為傳感部件，使智能電子壓力開關(guān)的控制精度及可靠性有了保證。
②信號調(diào)理部分采用集成運放及電子元件組成，它對壓力傳感器信號進行調(diào)理，變成微電腦能接受的信號，送給微電腦。
③微電腦采用低功耗嵌入式單片機C8051F007，該單片機具有供電電壓低（2.7～3.6 V）、功耗低（可低于1 mA）、體積?。? mm×8 mm）、功能強等特點。該單片機具有12BitADC，356BRAM，32kFlash MCU.微電腦將采集到的壓力信號進行分析、處理、記憶，消除干擾及壓力波動，發(fā)出正確的壓力開關(guān)狀態(tài)信號。
④電子開關(guān)將微電腦發(fā)出的壓力開關(guān)狀態(tài)信號轉(zhuǎn)化為智能電子壓力開關(guān)的導通及斷開。
⑤校準按鈕，在對智能電子壓力開關(guān)校驗時只要按下“校準按鈕”，微電腦就會自動記憶當前壓力值，并把該值作為智能電子壓力開關(guān)設定值，從而實現(xiàn)壓力開關(guān)的智能校驗。
⑥流程選擇開關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設置不同的門檻值，旁接罐流程設置的門檻值可適當降低，從而克服了旁接罐流程壓力開關(guān)不能投用的難題。
2.2關(guān)鍵技術(shù)
2.2.1模型識別技術(shù)輸油泵入口壓力較低時會對葉輪產(chǎn)生氣蝕造成輸油泵的損壞，因此輸油站設置有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)并在進站及泵入口安裝了壓力開關(guān)，當進站壓力較低時調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先進行調(diào)節(jié)，當自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后進站壓力若繼續(xù)下降，達到壓力開關(guān)動作值時就會進行甩泵從而達到保護輸油泵的目的。但實際運行情況表明當發(fā)生異常情況時，由于自動調(diào)節(jié)系 統(tǒng) 存在滯后，未等自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮作用壓力開關(guān)就產(chǎn)生動作造成甩泵。突然甩泵給輸油設備造成的危害比短時間泵入口壓力超低造成的危害還要大。合理的選擇是依據(jù)泵站實際情況建立泵入口壓力允許模型，壓力開關(guān)依據(jù)該模型進行識別，決定是否甩泵。
3、與同類產(chǎn)品的比較智能電子壓力開關(guān)目前與普通的壓力開關(guān)相比有如下特點：
（1）采用了模型識別技術(shù)克服了現(xiàn)有壓力開關(guān)的壓力瞬間超低時，壓力開關(guān)動作造成不正常 甩泵。
（2）增加了流程選擇開關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設置不同的閾值，旁接罐流程設置的閾值可適當降低，從而解決了旁接罐流程壓力開關(guān)不能投用的問題。
（3）增設了校準按鈕，在對智能電子壓力開關(guān)校驗時只要按下“校準按鈕”，微電腦就會自動記憶當前壓力值，并把該值作為“智能電子壓力開關(guān)”設定值，從而實現(xiàn)壓力開關(guān)的智能 校驗。
4、技術(shù)指標
（1）精度：0.002MPa；（2）導通壓降：12V；（3）非導通工作電流： ≤6mA；（4）系統(tǒng)供電：24V；（5）環(huán)境溫度：-10～50℃；（6）耐壓：16MPa.
5、結(jié)論
智能電子壓力開關(guān)選用了先進的壓力傳感器件，采用了模型識別及信號自動分段技術(shù)，消除了壓力波動等各種干擾，解決了由于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后造成的甩泵。一年多的現(xiàn)場應用表明該智能電子壓力開關(guān)技術(shù)先進，性能可靠，適用于輸油管道。
關(guān)鍵詞：電子壓力開關(guān)，信號分段，單片機。
Development and application of smart electron pressure switch
ZHAO Lianke
（Luning Dept of SINOPEC Pipeline Storage and Transport Co.，Shand ong Zoucheng 273500，China）
Abstract：This article analyses the characteri stics of the smart electron pressure switch，the technology of pattern recognitio n and the technology of signal automatic subsection have been discussed.The smar t electron pressure switch has been applied in pipeline.The effect shows that th e smart electron pressure switch has good technology and the characteristics of stabilization and credibility. Keywords：electron pressure switch；signal segmentation；single c hip microcomputer.
1、研制開發(fā)重要性和必要性
目前，國內(nèi)針對原油的運送方式主要采用管道加熱輸送工藝。原油在管道輸 送中每間隔40～90 km就設一個分站來進行加熱、加壓。為降低能源消耗我國輸油管道都進行了現(xiàn)代化技術(shù)改造實現(xiàn)了計算機監(jiān)控。在輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)中為保護管線防止出站壓力超 高造成爆管，在出站及泵出口匯管處安裝了壓力開關(guān)。為防止輸油泵抽空在進站管線及泵入口管線上也安裝了壓力開關(guān)。但目前使用的壓力開關(guān)存在如下問題：
（1）工作不可靠在對進站壓力開關(guān)進行校驗時多次發(fā)現(xiàn)，當給定壓力低于設定壓力時，壓力開關(guān)仍不動作，當用物體敲擊時又恢復正常。
（2）誤動作用戶反應曾多次發(fā)生當管線內(nèi)壓力產(chǎn)生輕微波動時造成甩泵。致使某些壓力開關(guān)長期不能投用，使輸油泵失去應有的保護，帶來不安全因素。
（3）精度低、校準難在校驗時需反復進行試驗才能確定設定值。
（4）密閉流程解除后由于進站壓力較低，使壓力開關(guān)無法使用。
為解決現(xiàn)有壓力開關(guān)存在的這些問題，研制高可靠性、高精度和智能電子壓力開關(guān)十分必要 .
2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)
2.1結(jié)構(gòu)原理智能電子壓力開關(guān)外型。它的結(jié)構(gòu)由壓力傳感器、主機板及防 爆外殼等部分組成。
智能電子壓力開關(guān)原理框圖見圖2.智能電子壓力開關(guān)由以下幾部分組成：①壓力傳感器件采用單晶硅智能壓力傳感器。該傳感器具有高精度（±0.075%）、高穩(wěn)定性（ 優(yōu)于0.1%FS／年）、抗高過壓和高靜壓（耐壓16 MPa）、量程遷移比大（20∶1）等特點。選用單晶硅智能壓力傳感器作為傳感部件，使智能電子壓力開關(guān)的控制精度及可靠性有了保證。
②信號調(diào)理部分采用集成運放及電子元件組成，它對壓力傳感器信號進行調(diào)理，變成微電腦能接受的信號，送給微電腦。
③微電腦采用低功耗嵌入式單片機C8051F007，該單片機具有供電電壓低（2.7～3.6 V）、功耗低（可低于1 mA）、體積?。? mm×8 mm）、功能強等特點。該單片機具有12BitADC，356BRAM，32kFlash MCU.微電腦將采集到的壓力信號進行分析、處理、記憶，消除干擾及壓力波動，發(fā)出正確的壓力開關(guān)狀態(tài)信號。
④電子開關(guān)將微電腦發(fā)出的壓力開關(guān)狀態(tài)信號轉(zhuǎn)化為智能電子壓力開關(guān)的導通及斷開。
⑤校準按鈕，在對智能電子壓力開關(guān)校驗時只要按下“校準按鈕”，微電腦就會自動記憶當前壓力值，并把該值作為智能電子壓力開關(guān)設定值，從而實現(xiàn)壓力開關(guān)的智能校驗。
⑥流程選擇開關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設置不同的門檻值，旁接罐流程設置的門檻值可適當降低，從而克服了旁接罐流程壓力開關(guān)不能投用的難題。
2.2關(guān)鍵技術(shù)
2.2.1模型識別技術(shù)輸油泵入口壓力較低時會對葉輪產(chǎn)生氣蝕造成輸油泵的損壞，因此輸油站設置有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)并在進站及泵入口安裝了壓力開關(guān)，當進站壓力較低時調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先進行調(diào)節(jié)，當自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后進站壓力若繼續(xù)下降，達到壓力開關(guān)動作值時就會進行甩泵從而達到保護輸油泵的目的。但實際運行情況表明當發(fā)生異常情況時，由于自動調(diào)節(jié)系 統(tǒng) 存在滯后，未等自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮作用壓力開關(guān)就產(chǎn)生動作造成甩泵。突然甩泵給輸油設備造成的危害比短時間泵入口壓力超低造成的危害還要大。合理的選擇是依據(jù)泵站實際情況建立泵入口壓力允許模型，壓力開關(guān)依據(jù)該模型進行識別，決定是否甩泵。
3、與同類產(chǎn)品的比較智能電子壓力開關(guān)目前與普通的壓力開關(guān)相比有如下特點：
（1）采用了模型識別技術(shù)克服了現(xiàn)有壓力開關(guān)的壓力瞬間超低時，壓力開關(guān)動作造成不正常 甩泵。
（2）增加了流程選擇開關(guān)，旁接罐流程、密閉流程可設置不同的閾值，旁接罐流程設置的閾值可適當降低，從而解決了旁接罐流程壓力開關(guān)不能投用的問題。
（3）增設了校準按鈕，在對智能電子壓力開關(guān)校驗時只要按下“校準按鈕”，微電腦就會自動記憶當前壓力值，并把該值作為“智能電子壓力開關(guān)”設定值，從而實現(xiàn)壓力開關(guān)的智能 校驗。
4、技術(shù)指標
（1）精度：0.002MPa；（2）導通壓降：12V；（3）非導通工作電流： ≤6mA；（4）系統(tǒng)供電：24V；（5）環(huán)境溫度：-10～50℃；（6）耐壓：16MPa.
5、結(jié)論
智能電子壓力開關(guān)選用了先進的壓力傳感器件，采用了模型識別及信號自動分段技術(shù)，消除了壓力波動等各種干擾，解決了由于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后造成的甩泵。一年多的現(xiàn)場應用表明該智能電子壓力開關(guān)技術(shù)先進，性能可靠，適用于輸油管道。