张家口国储液化天然气有限公司 河北张家口 075000
摘要：通过对远程传输的天然气管道阀门的自动控制装置设计，实现了天然气管道的远程自动监控。一个远程自动控制装置的设计方法对天然气的基于ZigBee技术的TMS320VC5509A DSP芯片集成了管道阀门。控制系统主要包括传感器模块、时钟电路模块、数据通信模块、管道压力数据处理模块、电源模块、程序加载模块和arm控制模块，系统硬件电路设计，输出设备具有控制输出端。实验结果表明，天然气管道阀门远程自动控制的可靠性和稳定性好，应用价值高。
关键词：天然气管道；DSP；自动控制；仪器仪表
引言
天然气管道是整个西气东输工程的主要载体，通过天然气管网天然气（含石油开采伴生气）输送到目的地，运输和使用天然气，天然气管道是输送天然气的唯一途径。管是用于X100和X120管线钢的强度、韧性和焊接性，是较高的，在燃气管网的设计、传输和交换的大量天然气管道控制阀、燃气管道系统是一个连续的封闭式输送系统，通过进气阀控制气体交换的吞吐量对天然气管道阀门远程自动控制的需要，提高整个网络的智能监测和控制水平，远程自动控制方法研究天然气管道阀门具有重要意义[1]。
随着集成芯片制造技术的进步和发展，以及现代科学技术创新的需要，大量的仪器、控制系统、D/A转换器和A/D转换器需要通过DSP来实现数据采集和数据高速处理与控制。DSP具有处理速度快、实时性高、精度高、速度快等优点，已成为大多数电子控制设备设计者的首选[2]。对此，本文提出了一种基于ZigBee技术的TMS320VC5509A DSP集成有源控制天然气管道阀门远程自动控制装置的设计方法。首先对系统进行了总体设计，然后进行了系统的模块化电路设计。最后，通过仿真实验进行了性能测试，说明了该控制系统的优越性能。
1 系统总体设计及指标描述
在复杂的网络环境下的远程控制系统的建设，天然气管线阀门使用ZigBee技术的远程控制，结合智能监测和天然气管道网络控制ZigBee和GPRS通信技术、远程操作和智能控制，构建系统的系统总体模块设计。天然气管线阀门的远程控制系统的数据采集模块组成的无线传感器网络，传感器模块、时钟电路模块、数据通信模块、ZigBee管道压力数据处理模块、电源模块、程序加载模块和ARM控制模块、液晶显示模块和人机交互。系统模块化设计的结构如图1所示。
图1中，DSP的天然气管道阀门远程控制为管道监测信息处理模块的核心单元，主要是信息的采集和数据的天然气管道阀门遥控系统的传感，如获取信息数据和原有的信息系统需要的增益控制天然气管道的压力和流量，以及数据输入阀门的远程控制系统的开关，DSP信息处理单元提供的遥控指令的主要控制。TI公司的ms320vc5509a作为主控制电路模块集成DSP芯片，集成控制电路提供的E2PROM和SDRAM的主机接口（EHPI），I2C总线的传感器信号通过敏感元件和传感器采集，天然气管线阀门遥控系统控制中心的单位是中枢神经系统、ADC模拟数字信号是转换成并行数据处理，本文采用DSP可编程逻辑控制ARM主控单元，通过DAC转换数字信号的处理，收发信机预处理控制信号转换电路阵列，用于对模拟信号预处理的输出端的信号调制ADC设计和抗镜像滤波器，信道均衡对时钟发生器的算法设计。在系统总体设计的基础上，对系统进行了功能分析和指标描述。
高端逻辑芯片控制器Aeroflex公司3280系列的发布作为一个天然气管道阀门的远程自动控制系统的核心处理器，核心处理器容量为64 MB，三星s3c24403281 CPU在3赫兹~ 3 GHz的频率范围内，天然气管线阀门的远程自动控制系统采用220V电源。基于ZigBee的网络监控平台，天然气管线阀门的远程自动控制系统包括信号调理电路、数据采集电路和滤波电路，DC-DC电源系统的电源模块、转换模块、抗干扰滤波器的自动控制系统，天然气管线阀门远程通带频率为P需要2M+2的存储单元中存储的天然气管道阀分散控制信息：{x（n-m），m=0，1，…，M}和{y（n-m），m=0，1，…，M}，天然气管道阀门的底层模块中的抗干扰滤波函数为：
结合图2进行滤波模块的电路设计，再通过应用程序bootloader读取A/D采样值，可实现前置放大滤波控制功能和整流输出功能的要求。
2 远程自动控制装置的模块化电路设计与实现
在总体结构设计和性能指标分析的基础上，设计了天然气管道阀门远程自动控制装置功能模块的硬件电路。除了主要的控制元件（MCU，DSP，嵌入式微处理器和SOC的lm1117-33），输出功率增益抑制模块还包括在远程自动控制系统硬件的天然气管道阀门。精确测量当前存储器的分配值，采用两线共模抑制法，用外部电源对系统电压为±5 V和12 V，外加4毫安恒流源，通过网络对电源滤波电容进行滤波，电流放大器为3.3毫安。电源芯片的选择tps767hd301。基于tps767hd3xx系列电源芯片，1.5V至1.6V的电压调节提供了DSP的天然气阀门的远程自动控制装置，和输出电压方程：
图3中，可用于信号调理的I/O接口（D/A、A/D、I/O端口等），利用PCI桥实现控制系统和pc机的A/D采样。ADuM1201和PCA82C250是用来接收远程控制指令。DSP逻辑编程控制和DSP信号处理器远程控制天然气管道阀门是远程控制系统的数据处理中心，负责与上位机在控制终端上进行通信。考虑到天然气管道阀门，天然气管线阀门要求远程控制系统的不确定性控制系统的非线性特性可以（控制器区域网络）总线实时上传的控制信号，通过执行指令，控制程序设计，程序加载程序加载程序加载电路，电路和主控电路采用at25hp512作为从机，高频旁路电容，放61NF模块在210和40.1nF的电容器超电容器的动态增益控制。包括数据采集、远程控制、中断天然气管道阀门远程自动控制误差的测量控制系统，远程控制中断程序包括外部中断和内核的中断，通过天然气管道的压力和流量数据的采集，实现远程阀中断I/O操作，通过设计，对天然气管道的ZigBee技术和TMS320VC5509A DSP基于IC阀门远程自动控制装置的设计实现。
3 仿真实验及系统测试
为了测试天然气管道阀门遥控和自动开关中断所设计的远程自动控制装置的性能，进行了系统试验和模拟试验。使用Agilent 33220A函数信号发生器，天然气管线阀门的远程自动控制信号30毫伏峰值的正弦波输入，从15赫兹到234千赫的频率范围内，在实验中，使用飞利浦PCA82C250作为CAN总线驱动程序，+12 V和12 V电源放大器，主控制模块连接一个5的电阻和通过总线，控制信息的人工交互通过安捷伦混合示波器，通过仿真和实验的方法对管道阀门的自动控制的天然气管线阀门的远程自动控制装置的设计描述，用matlab编程的算法设计，然后SPI E2PROM程序。这装天然气管道阀门远程自动控制装置的设计方法，可以有效地实现天然气管道和交通数据的远程自动控制和天然气管道的阀门开关操作可实现的压力，从而提高监测和天然气管道网络的自动控制能力。
结语
为了提高天然气管道的远程控制和管理能力，ZigBee技术和基于DSP的天然气管道自动控制装置的设计技术，改进的阀门遥控系统、传感器模块、电源模块、程序加载模块和ARM控制的集成电路模块的设计与实现，结果表明，自动控制装置，对天然气管网阀门远程自动控制系统的设计具有良好的稳定性和可靠性，并具有良好的应用价值。
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论文作者:刘顺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/26
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