[发明专利]一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置及其应用方法

说明书

本发明提供了一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置及其应用方法，该装置适用于油气管道牺牲阳极阴极保护在线监测、控制。装置由嵌入式终端和后台系统组成，嵌入式终端采用模块化设计，包含电源管理、信号检测与输出控制、DTU通信三大模块，分别实现嵌入式终端低功耗管理，油气管道管地电位、牺牲阳极电位、牺牲阳极输出电流、杂散电流参数在线监测和牺牲阳极组投切控制；后台系统由服务器和用户界面组成，实现数据可视化监测和配置指令远程下发；装置采用MQTT通信协议，最大程度降低了通信数据量，实现了一对多和双向通信控制。本发明适用范围广、采样控制精度高，弥补当前油气管道牺牲阳极阴极保护在线监测的不足，具有良好的应用和推广价值。

技术领域

本发明涉及油气管道阴极保护与监测领域，特别涉及一种适用于油气管道牺牲阳极阴极保护在线监测与控制的轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置及其应用方法。

背景技术

阴极保护加防腐涂层配合使用的方式作为最有效的防腐手段，其应用已显著减少了管道的腐蚀问题，但受防腐涂层意外破损、外界因素干扰和阴极保护系统设计不规范等影响，阴极保护系统难以达到理想的保护效果，导致管道腐蚀问题仍十分显著。据统计，近年来全国油气管网每年发生的安全事故超过250起，其中因管道腐蚀导致的事故比例高达30%，造成了巨大的经济损失和社会影响，对管网安全运营造成了严重威胁。因此，完善油气管道阴极保护系统设计、加强阴极保护监测能力，是提升管道整体防腐性能的研究重点。

随着物联网设备和通信技术的发展，油气管道阴极保护在线监测方式发展正逐渐替代人工巡检监测，这在很大程度上提升了油气管道阴极保护保护效果和运行状态的监管能力。但目前几乎所有的在线监测均针对恒电位仪阴极保护进行，牺牲阳极阴极保护保护效果监测仍存在监管盲区，导致无法及时掌握油气管道牺牲阳极阴极保护的保护效果和运行状态，存在很大的管道腐蚀隐患。因此针对当前牺牲阳极阴极保护在线监测中存在的不足，设计一种牺牲阳极阴极保护在线监控装置具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于：基于目前油气管道牺牲阳极阴极保护在线监测中存在的不足，提供一种基于MQTT物联网通信协议的轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置及其应用方法，可完成对油气管道、牺牲阳极运行参数的实时采集、远程传输，并可对装置的运行模式进行远程配置，实现对牺牲阳极阴极保护的在线监测和控制。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，该监控装置包含电源管理、信号检测与输出控制、DTU通信三大模块，基于18位高精度模数转换器和LTE网络完成阴极保护运行状态参数采集和远程传输，所述监控装置主要适用于油气管道牺牲阳极阴极保护运行状态在线监测与牺牲阳极组远程控制。

进一步的，所述电源管理模块包括电源、调稳压及输出控制、电源监测三大部分，实现装置工作电源转换控制及运行状态监控；

所述电源部分通过多节3.7V一次性/可充电锂电池串并联，组成输出电压18~24V、输出电流≥2A、电池容量≥50Ah的大容量锂电池组，保证电源具有不低于12V、2A带负载与大于2年续航能力；

所述调稳压及输出控制部分包括两级调压和电源输出开关控制，第一级调压电路将锂电池输出转换为±18V电压输出，第二级调压电路转换为±12V、5V和3.3V电压输出，向装置内部各元器件提供工作电压和参考电压，同时通过电源管理芯片实现电源输出开关控制，实现DTU通信模块、部分外围电路间歇性工作和低功耗运行；

所述电源监测部分使用电源管理芯片对电池组输出电压、输出电流和温度进行实时采集监测，进而对电池组剩余电量和运行状态进行监测。

进一步的，所述信号检测与输出控制模块以STM32高性能处理器为核心，包含采样处理和继电器输出控制单元，分别实现参数在线采集和牺牲阳极组投切控制；

所述采样处理包括如下三个步骤：