LabVIEW在監測天然氣田管線中的應用

北京瀚文網星科技有限責任公司

的條件需要革命性的解決方案

經過數千年累積的大量碎石堆導致了如今海床上極度的崎嶇不平，而我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)則需要在這樣的海床上部署天然氣管線。所以，需要在海底管線上安裝一個實時振動監測系統，以損害并對其采取快速應對措施。北京瀚文網星科技有限責任公司通過LabVIEW開發了一套用于天然氣田的*監測系統。

自然環境對于海底管線監測系統的需求

該監測系統必須能工作于的海底環境，其中包括水下激流、低可見度、低功耗、洋流、崎嶇海底所引發的湍流以及管線內部氣流的變化等。除了這些的條件，該項目需要：一個嚴格的開發時間規劃以實現生產目標，一個低功耗的現成硬件實現平臺以及一個具有內置數據記錄功能的高度可靠的系統。

利用LabVIEW自動生成C代碼以滿足軟件開發的進度要求利用面向Blackfin 處理器的LabVIEW 嵌入式模塊，工程師可以在不到12個月的時間內，由LabVIEW圖形化環境生成超過50000行C 代碼，從而縮短開發時間。

該圖形化代碼和所生成的C 代碼由8 個異步線程組成，其中4 個線程需要線程間的通信。根據Bj∅rge 的調研，77% 的反饋者認為一名普通的嵌入式程序員每個月可以生成1000 行C 代碼或更少的調試后的C 代碼。根據經驗測算，利用直觀的LabVIEW 圖形化編程方式，該工程師能夠完成超過4-6 倍的代碼。

利用現成的嵌入式硬件進行部署

北京瀚文網星科技有限責任公司通過LabVIEW 軟件與ADI 公司的嵌入式數字信號處理（DSP）芯片Blackfin 的結合，按照計劃進度提供軟件解決方案。利用圖形化編程技術與面向Blackfin 處理器的LabVIEW 嵌入式模塊中的軟件工具，。

內置數據記錄功能、可靠的、低功耗、電池供電的系統

為了記錄所有三個軸上的振動情況，北京瀚文網星科技有限責任公司將同步測量點（被稱為鉗式傳感器套件（CSP））按規則間隔地附著在管線上。該CSP 受控于一個安裝在海床上的慣性主傳感器套件（MSP）。該MSP同時還記錄了能完整表示特征所需的水流、含鹽度、溫度和壓力等參數。CSP 單元與MSP 單元通過聲波調制解調器無線連接。該監測系統提供三種基本操作模式。

1. *數據錄入：MSP 會間隔一定的時間后被喚醒，而間隔時間的長短可以自行配置，典型情況下每三個小時喚醒一次。首先，它根據補償的需要測量其與每個CSP 之間的距離。然后，該MSP 通過發送一組對所有CSP節點的調用，發起分布式模擬數據記錄，頻率為10-20 赫茲，持續時間為10-30 分鐘。接下來，該MSP 通過串行接口開始讀入水流、含鹽度、溫度和壓力等參數，并將其存儲在移動存儲器中。通過編程設定下一次喚醒之后，該MSP 與CSP開始休眠并重復整個過程。

2. 事件監測：與數據監測并行執行的同時，具有zui低功耗的智能混合信號電路持續監測所有的振動與水流水平信號，保證他們處于限定的范圍。如果任何CSP在休眠中檢測到較大的加速情況，它會自我喚醒并發送信號至該MSP 以啟動數據記錄策略。與此相似，該MSP 如果在休眠中檢測到較高的水流水平，也將自我喚醒并發起數據記錄。

3. ROV 匯集：一輛水底遙控車（ROV）負責安裝和維護該系統。通過與ROV 或頂側的調制解調器進行聲波通信，工程師們可以在運行時改變所有的重要參數，以及上傳時間段的采樣數據或傅立葉分析數據。ROV能夠在任何時候以獨立于其當前操作模式的方式向CSP 或MSP 請求數據。這一可靠的通信接口是該嵌入式軟硬件的關鍵特性之一。

內置冗余度

冗余度是該系統的一大挑戰，因為每項動作均受到監測。當錯誤發生時，一個節點會執行自我糾錯操作，并向其調用者報告這一情況。所有的節點通過通信以確定該錯誤是只發生在該節點還是涉及其他任何節點。如果實際的MSP 不能正常工作，任一個CSP 可以成為新的MSP 以支持該操作。該管線監測系統具有長達數年的生命周期，并每次將浸入水下至少六個月；因而，對于軟硬件的可靠性、程序內異常處理和有效能量管理均提出了更高要求。

LabVIEW在監測天然氣田管線中的應用