基于虛擬儀器平臺的壓力管道檢測技術(shù)應(yīng)用研究

國際金屬加工網(wǎng)

　　　金彥　　儲昭武
　　　　　　　　　(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上嚎岩常　200062紊册；
　　　　　　　　　　　　　上海市標(biāo)準(zhǔn)化研究院，上耗泻玻　200031）

摘　要

　　簡要的介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念和特點．給出了利用虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW 軟件進(jìn)行壓力管道無損檢測系統(tǒng)上位機平臺開發(fā)研究的實例另患，是對于壓力管道檢測軟件虛擬儀器化的一個有益的嘗試．有助于提高檢測工作的效率和有效性。

關(guān)鍵詞

　　虛擬儀器　　壓力管道　　LabVIEW

１　壓力管道檢驗檢測技術(shù)現(xiàn)狀

　　壓力管道是在一定溫度和壓力下蛾绎，用于運輸流體介質(zhì)的特種設(shè)備昆箕，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金租冠、電力等行業(yè)生產(chǎn)及城市燃?xì)夂凸嵯到y(tǒng)等公眾生活之中鹏倘。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和城市燃?xì)饧盁崃芫W(wǎng)的普及，各類管道的數(shù)量不斷增加电味，特別是輸送可燃?xì)馄ā⒁妆约皩θ梭w和環(huán)境有害性介質(zhì)的壓力管道數(shù)量逐年遞增，這也使發(fā)生事故的可能性增大晌箍。目前本市的大多數(shù)壓力管道已經(jīng)運行多年肉敏，進(jìn)入維修期，而另一方面東海天然氣剿恬、西氣東輸工程等長輸管道又相繼建設(shè)索击，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前上海在用工業(yè)管道數(shù)量約為8000km词俏，在用(建)公用管道數(shù)量約為1000km阿绣，合計9000km，對壓力管道的檢驗檢測已經(jīng)成為十分緊迫的任務(wù)标腮。但由于對壓力管道進(jìn)行監(jiān)管還是近年才開始的工作郁邪，對管道的檢驗檢測手段還十分缺乏，因為管道壁薄祈很、曲率大昧识、高空架設(shè)或埋地、交叉密集等特點盗扒，檢驗檢測工作難度也很大跪楞，對在用管道檢測和評定技術(shù)大致分為管道壁厚及其內(nèi)部狀態(tài)的檢測技術(shù)、管道壁厚或流體污物含量監(jiān)測技術(shù)和泄漏檢測技術(shù)侣灶。采用常規(guī)方法需要拆換保溫或開挖地面甸祭，時間長缕碎、費用高。目前池户，國外檢測壓力管道主要開發(fā)和應(yīng)用智能清管器咏雌、聲發(fā)射、磁泄漏校焦、遠(yuǎn)紅外等技術(shù)赊抖，而我國在這些檢測技術(shù)方面還剛開始引進(jìn)，本市基本上還是空白寨典。

石油管道

2　虛擬儀器技術(shù)概述

　　儀器技術(shù)發(fā)展到今天也已經(jīng)經(jīng)歷了模擬儀器氛雪、數(shù)字化儀器、智能儀器及單臺儀器耸成、疊加式儀器系統(tǒng)灶昏、虛擬儀器系統(tǒng)這樣兩條發(fā)展主線。任何一臺傳統(tǒng)的儀器都無非有三大功能塊組成：信號的采集與控制庭授、信號的分析與處理琴哗、結(jié)果的表達(dá)和輸出。這些功能都是以硬件的形式存在的粉只，這就決定了傳統(tǒng)儀器只能由儀器的生產(chǎn)廠家來定義吟叙、制造，用戶無法改變的事實暇鸦。
　　但是隨著新技術(shù)的發(fā)展揍丘，儀器的精度越來越高，功能越來越強牺胎，性能越來越好楞庸。而傳統(tǒng)儀器基本上沒有擺脫獨立使用，手動操作的模式暂一。對于較為復(fù)雜晾胡，測試參數(shù)較多的應(yīng)用場合，使用不便拐云，局限性明顯罢猪。于是在計算機技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展的帶動下，人們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality）引入到儀器設(shè)計中就產(chǎn)生了儀器儀表工業(yè)跨世紀(jì)的里程碑——虛擬儀器(Virtual Instrument)叉瘩。虛擬儀器就是在通用計算機上加上一組軟件或硬件膳帕，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設(shè)計的專用的傳統(tǒng)儀器薇缅。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比危彩，其特點見表1。正是鑒于虛擬儀器技術(shù)的以上優(yōu)勢泳桦，采用虛擬儀器平臺進(jìn)行壓力管道檢測技術(shù)手段的研究汤徽，大有意義娩缰。
　　　　　　　　　　　　表1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較表

　　正是鑒于虛擬儀器技術(shù)的以上優(yōu)勢，采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行壓力管道檢測平臺的上位機開發(fā)谒府，具有方便靈活漆羔，經(jīng)濟(jì)高效的特點，虛擬儀器技術(shù)將成為管道檢驗檢測平臺中的一個有益嘗試狱掂。
　　當(dāng)今流行的虛擬儀器軟件主要有美國國家儀器公司(National Instruments，NI)的I abVIEW 亲轨、Measurement Studio(包括了LabWindows／CVI)以及HP公司VEE等陈伪，本文將重點介紹采用NI公司軟件的開發(fā)實現(xiàn)。
　　LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument En—gineering Workbench熬席，實驗室虛擬儀器平臺)是NI公司開發(fā)的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境泛倦。它是一種“工程師和科學(xué)家的語言”，LabVIEW 采用把復(fù)雜繁瑣贝狈、費時的語言編程簡化成用菜單或圖標(biāo)提示的方法习环，通過選擇功能(圖形)，并用線系把把各個功能圖標(biāo)連接起來的方法進(jìn)行圖形化編程芦终，在LabVIEw 中所編寫的源程序芍规，很接近程序流程圖。LaBVIEW中還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP／IP眉堪、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)翰倡。
　　Measurement Studio 6．0是NI公司最新推出的為基于文本編程的程序員們提供的為數(shù)據(jù)采集、分析奉堵、處理及Internet等功能設(shè)計的面向測試和控制應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)軟件包吹似，包含了基于ANSIC的Lab Windows／CVI，專門為VB和VC++提供的ActiveX控件三個組成部分抚垃。通過Meas—urement Studio為Visual Basic準(zhǔn)備的ActiveX控件以及為Visual C++提供的一組C++類庫喷楣，可以實現(xiàn)完整的對IVI(Interchangeable virtual in—strumentation可互換虛擬儀器)類儀器的兼容性。同時利用ActiveX組件對象模型(COM)以及動態(tài)連接庫(DLL)集成各應(yīng)用程序以擴展測量系統(tǒng)的功能鹤树，或是在不同的編譯語言之間共享應(yīng)用方案還可以節(jié)省寶貴的開發(fā)時間又可以避免重復(fù)浪費铣焊。Labwindows／CVI則是面向儀器的交互式C語言開發(fā)平臺，其將功能強大魂迄、使用靈活的C語言與用于數(shù)據(jù)獲取粗截、分析和顯示的測控專業(yè)工具結(jié)合起來，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)捣炬、自動測試系統(tǒng)熊昌、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等提供了理想的軟件開發(fā)環(huán)境。

3　檢測系統(tǒng)的虛擬儀器實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用聲發(fā)射技術(shù)作無損檢測手段湿酸，以LabVIEW 作為開發(fā)工具進(jìn)行了應(yīng)用于壓力管道無損檢測的虛擬儀器上位機系統(tǒng)的研究工作婿屹，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示灭美。信號經(jīng)由傳感器、前置放大器昂利、數(shù)據(jù)采集卡及I／O 接口進(jìn)入計算機届腐，在以I ab—VIEw 軟件程序模擬的各種儀器控制面板下，利用計算機軟件完成濾波榕哩、聲發(fā)射計數(shù)及計數(shù)率仪荞、有效平均電壓(RMS)和頻域分析等各種各樣的信號分析、處理督近，最后交由故障診斷系統(tǒng)給出處理結(jié)果江构。在虛擬儀器平臺上進(jìn)行的信號處理流程如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

圖2 信號處理流程圖
　　在LabVIEW 中用戶可以看到兩個窗口和三個浮動的圖形化工具模板笋途，分別為前面板窗口和框圖程序窗口在缆，工具模板、控件模板和功能模板隅凡。我們可以在前面板窗口通過控件模板設(shè)計所需要的儀器前面板茫失，同時利用功能模板中提供的各個函數(shù)通過連線工具與各輸入輸出端相連來直觀的編輯和實現(xiàn)程序流程圖，這也就是LabVIEW 所要實現(xiàn)的程序代碼绵捡。
　　虛擬儀器面板則是用戶和儀器之間進(jìn)行信息交流的紐帶真王，在LabVIEW 虛擬儀器中，前面板即是其圖形用戶接口安揣，用于人機交互盖呼，在此接口上集成了用戶輸入，并顯示程序的輸出化撕。前面板包括有旋鈕几晤、按鈕、圖形和其他的控制與顯示對象植阴。首先用戶的感覺從面板的顯示元件感知反映儀器狀態(tài)的信息蟹瘾，然后用戶對其進(jìn)行解釋、分析掠手、評價和判斷憾朴，確認(rèn)儀器所處狀態(tài)，并將該狀態(tài)與用戶主觀目標(biāo)相比較喷鸽，決定下一步操作序列众雷。本系統(tǒng)所設(shè)計的虛擬儀器面板如圖3所示，面板上大致分為左側(cè)的控制操作區(qū)和右側(cè)的圖表顯示區(qū)兩個區(qū)域做祝，在操作控制區(qū)中砾省，可分別實現(xiàn)采集控制、文件操作混槐、信號分析處理和濾波器選擇及設(shè)置等不同功能编兄。
儀器面板>
罔3 系統(tǒng)虛擬儀器面板
　　由于壓力管道檢驗檢測過程通常都在現(xiàn)場條件下進(jìn)行咕烟，往往和各種各樣的機械裝置、電子設(shè)備同時工作淀祟，因此不可避免的要受到種種噪聲信號的干擾憎对，故濾波操作在無損檢測信號處理過程中占有重要的作用。我們下面就系統(tǒng)中的濾波模塊為例酌铺，給出G代碼來說明其圖形化的編程特點散岩。在LabVIEW 這個開發(fā)工具中，流程控制的各種結(jié)構(gòu)也是由圖形化的框圖來實現(xiàn)的．系統(tǒng)中的濾波模塊即采用了Case結(jié)構(gòu)辕洗，以此實現(xiàn)在前面板中選擇所要使用的濾波器種類盹清，選通類型，設(shè)置濾波器等各項參數(shù)后實際使用濾波器的切換工作殴客，大多數(shù)常用的濾波器函數(shù)，已由ＬabVIEW 開發(fā)工具預(yù)先封裝在系統(tǒng)內(nèi)衅逝，使用時只需調(diào)用并定義參數(shù)即可傀铃。至于數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程的實現(xiàn)，我們只須根據(jù)其先后順序忠伊，依次進(jìn)行對功能模塊的連線操作即可完成圖形化的開發(fā)工作茫经。G代碼如圖4所示。

圖4 濾波模塊程序代碼

4　結(jié)論

　　(1)虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)給壓力管道檢測工作提供了一種方便萎津、快捷的解決方案卸伞，結(jié)合諸如超聲波、聲發(fā)射等壓力管道檢測技術(shù)手段锉屈，使用人員可以根據(jù)實際情況荤傲、不同習(xí)慣來開發(fā)適合自己具體應(yīng)用的檢測平臺，可以提高壓力管道的檢測工作的效率
和有效性颈渊。

　　(2)系統(tǒng)用戶界面友好遂黍、靈活，可按需定制俊嗽，LabVIEW 采用圖形化軟件開發(fā)環(huán)境雾家，它所面向的是沒有編程經(jīng)驗的一般用戶而不是專業(yè)編程人員。通過對功能模塊的連線操作即可完成圖形化的開發(fā)工作绍豁，上手使用最為方便芯咧、容易。

　　(3)系統(tǒng)功能主要依靠軟件實現(xiàn)竹揍，可移植性和擴展性強妆吱，開發(fā)工具中已整合了諸如滿足GPIB、VXI棱悄、PXI奈炕、RS一232和RS一485以及數(shù)據(jù)采集卡等硬件通信以及驅(qū)動的全部功能禽忧，有利于方便的實現(xiàn)軟硬件的接口，便于系統(tǒng)開發(fā)书尚。

　　(4)開發(fā)平臺中通過函數(shù)庫的形式提供了大量的用于信號處理的函數(shù)衙乡，如濾波器函數(shù)、窗函數(shù)沐刷、信號發(fā)生函數(shù)和頻域函數(shù)箱歪，在實際應(yīng)用中可以調(diào)用其來方便的實現(xiàn)各種信號處理功能。

　　　⊙椴瘛（來源：《化工設(shè)備與管道》）

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