主页（http://www.pttcn.net）：输油生产和管线安全运行保障系统探讨
众所周知，管道运输具有平稳连续，安全性好，运输量大，质量易保证，物料损失小以及占地少，运费低等特点，已经成为石油运输的首选方式。然而，管道的逐渐老化、各种介质的腐蚀以及人为破坏等因素，会引起管道泄漏，严重威胁着输油管线的安全及周围的自然环境，同时带来不可估量的经济损失。 目前，国内外出现多种传统输油管线泄漏检测及定位方法，其中包括： 基于硬件的检测方法，如人工巡线、“管道猪”、声发射技术与光线检测、电缆检测及GPS检测等; 基于软件的检测方法，如负压波法、压力梯度法等。 虽然方法很多，但是声发射信号在输油管道上传播的距离极为有限，不利于长距离检测。尤其是在时效性强与对泄漏点的精确定位的高要求与高标准方面还不尽人意。面对这些输油生产和管线的安全运行新的挑战，技术保障系统在油管道泄漏监测上的应用应运而生。其中采用GPS卫星信号触发的分布式多点同步数据采集装置定位技术是新的技术保障系统。该新技术保障系统实际上是由虚拟仪器技术、全网同步采样技术以及基于GPS卫星信号触发的分布式多点同步数据采集技术的合成，这三者紧密相连互为支撑。 本文以基于虚拟仪器图形软件LabVIEW的GPS卫星信号触发的多点同步数据采集技术在输油生产和管线的安全运行应用为例，对新技术保障系统在油管道泄漏监测上的应用作研讨。 虚拟仪器图形软件LabVIEW技术理念 当今，虚拟仪器技术己深入与普及。虚拟仪器技术结合了高效的图形软件、模块化I/O和可扩展的平台。利用虚拟仪器技术，工程师缩短了开发时间，并减少了设计成本设计出了更高质量的产品。 而图形软件LabVIEW是使虚拟仪器灵活方便之根本。LabVIEW是虚拟仪器的重要部分，因为它提供了一个易于使用的应用程序开发环境，专门为工程师和科学家而设计。LabVIEW提供了许多强大的特性使得它能与很多硬件、软件轻松连接。方便使用及其他特性又提供了虚拟仪器软件开发环境所需的灵活性，从而产生了用户定义的界面和用户定义的应用程序功能。LabVIEW提供的众多强大特性之一就是图形化编程环境。利用LabVIEW，工程师可以通过在计算机屏幕上创建一个图形化的用户界面设计自定义的虚拟仪器;通过计算机屏幕，可以操作仪器程序、控制选择的硬件以及分析采集的数据并显示结果;可以使用旋钮、按钮、表盘和图表自定义LabVIEW用户界面，或者前面板，从而仿效传统仪器的控制面板、创建自定义的测试面板或者可视化地表示过程控制和操作。 基于GPS多点同步采样测试网络技术 同步采样技术分单元同步采样、子网同步采样以及基于GPS多点同步采样测试网络技术三种类型。在此以基于GPS多点同步采样测试网技术为主作说明。 所谓同步采样也称为跟踪采样，即为了使采样频率fs始终与系统实际运行的频率f1保持固定的比例关系N=fs/f1，必须使采样频率随系统运行的频率的变化而实时地调整。这种同步采样方式实施的技术保障可利用硬件测频设备或软件计算频率的方法来配合实现。而多点同步采样的大型测试网络包含了基于GPS多点同步采样测试络网技术。这种测试网络的特点之一是空间分布可以大到几十km，其二是测量点数可以多达上千个。这种测试网络中有很多情况下要求对各测试点同步采样，例如管道泄漏的监测、电网浪涌的测试、地震波，风速的测量等，需要成百上千个测量点在同一时间严格的采样信号。 多点同步采样大型测试网络的核心是基于GPS同步采样技术。在此先对GPS同步采样技术理念作说明。 由高精度晶振构成的振荡器经过分频能产生满足采样率要求的时钟信号，它每隔15秒与GPS的每秒脉冲(PPs)信号同步1次，保证振荡器输出脉冲信号的前沿与GPS时间同步。由于各装置都用振荡器输出的同步时钟信号作为采样脉冲输出控制各自的数据采集，因此采样是同步的。GPS接收机经标准串口将时间信息传送给数据采集装置，用于给采样数据以“时间标签”，以用于如管道的温度(T)、流量(F)等数据传送数据和处理。因此利用GPS实现的同步采样，可保证各测试点的数据采样高精度同步，其同步最大误差不超过lS，这是其它同步方法所无法比拟的。 对于数字通信、有线电视网络、电力系统等涉及时间信息的行业，也可以选择使用方便、廉价的GPS OEM板。它有两个输出端口，一个是每秒输出一个脉冲的lpps秒脉冲端口，另一个是输出GPS电文信息的RS232接口。GPS OEM板在接收到的带有有效时间信息的卫星电文后，输出的秒脉冲信号与CPS时间的同步误差在50 ns内，与世界协调时(UTC)的同步误差在1μs内。将其应用到需要精密授时的系统中，可以得到精度较高的时间同步系统。因此，基于GPS同步采样技术必将在输油管道泄漏监测上得到广泛的应用。 而实际应用的GPS卫星新型多点同步数据采集装置架构它包括计算机、GPS卫星接收机及被测对象，其特征在于：计算机上设有PCI总线数据采集卡，GPS卫星接收机的秒脉冲信号与PCI总线数据采集卡数字触发通道相连，GPS卫星的标准时间信号与计算机串口相接，被测对象与PCI总线数据采集卡模拟输入通道相连，测试数据通过计算机网络输出。因此，基于GPS同步采样技术的分布式数据采集装置特别适合于在输油管道泄漏监测有远程精确定位的应用。 其PCI总线是一种坚固的模块化结构，结合了PCI电气规范与Eurocard封装，适合于工业计算机用)规范的扩展。Compact PCI定义了封装坚固的工业版PCI总线架构，在硬件模块易于装卸的前提下提供优秀的机械整合性。因此，PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标，符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。 新型多点分布式同步数据采集装置 分布式同步数据采集与监控系统的重要功能之一，就是实现对数据的同步采集和对状态的同步监控。实现这一系统的关键问题是提高同步数据采集卡的工作时间同步精度。
用同步数据采集卡的同步采样或用非同步数据采集卡的近似同步采样可实现测试单元的同步数据采集，可方便地实现分布于不同地域的多地点进行严格时间同步的数据采集。那么基于虚拟仪器图形软件LabVIEW的多点同步采样技术在输油生产和管线的安全运行的技术保障系统(即在输油管道泄漏监测应用)如何实现呢?
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