非介入式液体管道阀门内漏监测系统设计

摘要

阀门是流体管路的控制装置，是石油化工等领域应用最为广泛的通用机械部件之一。在工业应用中，阀门具有用量大、操作频繁等特点。由于腐蚀、磨损和维护不当等原因常出现滴漏跑冒等现象。阀门在管路系统中控制着流体的截止和流通，阀门泄漏造成资源浪费、环境污染甚至可能引发火灾、爆炸等安全事故。
　　阀门出现内漏时，两侧介质压力发生变化，本文所设计的非介入式液体管道阀门内漏监测系统通过监测阀门两侧动态压力变化情况，对阀门的内漏实现实时、连续的检测。阀门内漏监测系统主要包括声波检测仪表、数据采集终端和监控服务器三部分。声波检测仪表将阀门两侧声波信号转换为4-20mA电流信号，由信号变送器和非介入式安装固定装置组成。电流信号通过电缆传输至控制室的数据采集终端。数据采集终端具有实时多路信号采集、数据暂存和网络传输等功能。数据采集终端基于ARM处理器开发，搭载嵌入式Linux操作系统，采集多个仪表输出信号，通过网络传输至监控服务器，监控服务器端诊断程序对阀门进行泄漏诊断。
　　对阀门正常状态、发生内漏和存在干扰情况下信号的时域波形特征分析和频域功率谱分析表明，当阀门发生内漏时，信号峭度特征和各频段能量会发生变化。利用小波包分解方法，分析各个子带重构信号的峭度特征，从而提取信号的特征向量，采用PCA-SVDD方法建立了阀门泄漏诊断模型。开发了阀门泄漏诊断算法动态库和阀门内漏监测程序，实现对现场阀门的实时诊断和监测。监测程序能够实时接收多个终端数据并进行泄漏诊断。
　　阀门内漏监测系统通过在某石化车间的实验，验证了系统的有效性和可靠性。实验结果表明:本文所设计的阀门内漏监测系统为工业阀门提供了一种便捷、有效、可靠的监测手段。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题的工程背景及意义

1．1．1 阀门的应用现状

1．1．2 阀门应用中存在的问题

1．2 阀门泄漏检测研究现状及发展动态分析

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 国内外研究分析

1．3 本文的主要研究内容

第二章 阀门内漏监测系统硬件设计

2．1 阀门内漏检测原理分析

2．2 阀门内滑监测系统结构

2．3 声波检测仪表设计

2．3．1 变送器设计

2．3．2 固定装置设计

2．4 数据采集终端设计

2．4．1 ARM处理器

2．4．2 数据采集终端电路设计

2．5 本章小结

第三章 阀门内漏监测系统软件设计

3．1 数据采集终端程序设计

3．1．1 嵌入式Linux系统

3．1．2 Linux系统移植

3．1．3 数据采集终端数据采集模块设计

3．1．4 数据采集终端数据网络发送模块设计

3．2 服务器监测程序设计

3．2．1 阀门内漏监测程序网络数据接收模块设计

3．2．2 阀门内漏监测程序数据库设计

3．2．3 阀门内漏监测程序人机交互界面设计

3．3 本章小结

第四章 阀门内漏诊断方法研究与实现

4．1 阀门内漏模拟实验

4．2 阀门内滑信号特征研究

4．2．1 阀门内漏声波信号时域特征分析

4．2．2 阀门内漏声波信号频域特征分析

4．3 阀门内漏信号特征提取

4．3．1 小波及小波包基本理论

4．3．2 基于小波包分解的信号特征提取方法

4．4 阀门内渭诊断模型

4．4．1 主元分析方法

4．4．2 SVDD(支持向量数据描述)

4．4．3 诊断模型的建立

4．5 内漏诊断算法实现

4．6 本章小结

第五章 阀门内漏监测系统测试

5．1 阀门内漏监测系统测试环境

5．2 现场测试实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究内容和成果

6．2 展望

参考文献

致谢

作者及导师简介