燃氣管道計量監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究及實現(xiàn)

張潔

摘要：現(xiàn)有燃氣監(jiān)測系統(tǒng)信息采集與處理速度慢，數(shù)據(jù)采集的精度偏低，無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的安全要求。在此介紹基于自動化的燃氣管道計量監(jiān)測系統(tǒng)以FPGA為核心，實現(xiàn)4種電壓范圍AD轉(zhuǎn)換，8通道模擬信號轉(zhuǎn)換以及數(shù)字濾波。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，信號采集與處理速度快，采集精度高，可實現(xiàn)復雜濾波算法，對于復雜惡劣環(huán)境適應性強，抗干擾能力優(yōu)，具有良好的使用價值，完全能滿足現(xiàn)代安全的要求。

關(guān)鍵詞：燃氣監(jiān)測 數(shù)據(jù)采集 AD轉(zhuǎn)換 數(shù)字濾波

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0105-01

燃氣事故破壞力大、突發(fā)性強，為預防這一災害，需要精確地燃氣檢測系統(tǒng)精確采集數(shù)據(jù)信息并進行及時的處理。其中燃氣監(jiān)測的核心部分是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。目前，燃氣企業(yè)通常采用單片機作為燃氣檢測系統(tǒng)信息采集的核心部件，然而隨生產(chǎn)要求不斷提高，單片機的數(shù)據(jù)采集精度和處理速度的制約性逐漸增強。EPGA全稱現(xiàn)場可編程門陣列，具有非常快的數(shù)據(jù)采集和處理速度，并且采集精度高，可以實現(xiàn)復雜濾波算法，另可通過硬件設(shè)備實現(xiàn)外部邏輯控制。本文設(shè)計的燃氣檢測系統(tǒng)核心部件為Cyclone EP1C6Q240C8FPGA芯片，該芯片生產(chǎn)于Altera公司。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，對于小空間、復雜環(huán)境的井下施工環(huán)境適應性強。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

燃氣監(jiān)測系統(tǒng)的基本工作原理：首先通過探測設(shè)備探測出燃氣管道的重要參數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集處理傳感器的監(jiān)測信號并實時傳送地上監(jiān)測設(shè)備，從而對燃氣監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測和預警。圖1為傳感器布置示意圖。

圖2所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？梢钥闯鲈撓到y(tǒng)主要由6部分組成：RS485、AD轉(zhuǎn)換器、傳感器、FPGA、模擬開關(guān)和模擬調(diào)理電路。數(shù)據(jù)采集過程為：系統(tǒng)各類傳感器采集的信號首先送達模擬調(diào)理電路預處理，然后傳輸至模擬開關(guān)，F(xiàn)PGA控制信號選中一傳輸通路至AD轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)點評轉(zhuǎn)換通過RS485總線實現(xiàn)上傳。

2 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計

圖3為模擬調(diào)理電路。信號采集、前置處理和AD轉(zhuǎn)換電路共同組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路。這部分電路主要完成原始信號的采集與轉(zhuǎn)換工作。在本次燃氣監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計中，原始信號為應力、應變、水壓和溫度傳感器傳輸?shù)哪M信號，經(jīng)相應的模擬調(diào)理電路轉(zhuǎn)化后變?yōu)閷锢砹康碾妷盒盘枴?/p>

電壓信號到達模擬開關(guān)，F(xiàn)PGA可提供聯(lián)通控制信號以選中任一通路。AD7503作為本文系統(tǒng)設(shè)計的主要多路模擬開關(guān)，是由Analog Devices公司生產(chǎn)的，包括3個地址選通端口（A0、A1、A2）和一個EN使能端口，表1所示為AD7503真值。另外EPGA通過4個IO口控制AD7503芯片。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字信息通過電平轉(zhuǎn)換芯片傳給FPGA，經(jīng)處理后，再反向傳輸轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳到RS485總線上，這就完成了數(shù)據(jù)信息的采集過程。本次設(shè)計選用的Cyclone EP1C6Q240C8FPGA具有近6千個邏輯單元和近10萬個存儲位，足可實現(xiàn)各功能要求。

4 結(jié)語

燃氣管道計量監(jiān)測系統(tǒng)以FPGA為核心，實現(xiàn)4種電壓范圍AD轉(zhuǎn)換，8通道模擬信號轉(zhuǎn)換以及數(shù)字濾波。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，信號采集與處理速度快，采集精度高，可實現(xiàn)復雜濾波算法，對于井下復雜惡劣環(huán)境適應性強，抗干擾能力優(yōu)，具有良好的使用價值，完全能滿足現(xiàn)代燃氣生產(chǎn)安全的要求。

參考文獻

[1]程浩力，劉德俊，龍世華，盧貴芳，王新事，王運濤.城市燃氣管道泄漏的CFD模擬[J].油氣儲運，2011（8）.

[2]趙秀雯，柴建設(shè).城市埋地天然氣管道系統(tǒng)脆弱性評估指標研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2011（7）.