数字服务商“冰鲸科技”完成千万融资，云时光资本
06-17
管道中的首次现场测试 行业： 能源/电力、石油和天然气/炼油/化工 产品： 实时模块，FPGA模块，LabVIEW，cRIO- 挑战： 找到石油或天然气管道的参考位置，并确保空间误差小于1米 解决方案： 通过使用LabVIEW Real-Time模块和 NI CompactRIO，设计并实现实时数据采集和处理系统，以管理石油或天然气管道内传输的惯性导航系统 (INS) 数据。
系统实现了数据的采集、预处理和存储，还可以利用LabVIEW对数据进行后处理，得到最终结果。
“借助LabVIEW，我们可以轻松地对PIG（管道检测器）进行编程，以满足任务要求。
此外，我们还使用相同的编程语言开发了后处理程序，以转换大部分收集到的数据。
“ PIG（管道检查器）是一种用于石油和天然气管道检查的工具，它插入管道中并借助管道内液体流动产生的压力前进。
PIG可以检测管道的变形和异常腐蚀，帮助排除可能引发生态事故的故障。
为了降低成本，并在发现异常后尽快更换管道，我们必须知道异常的参考位置。
惯性 PIG 旨在检测地形移动引起的管道位移。
由于惯性PIG在地下运行，并且受到管道的屏蔽，我们不可能获得连续的GPS信号。
因此，惯性PIG必须使用INS（惯性导航系统）来测量加速度和角速度，通过综合数据分析获得仪器的速度、位置和方向。
然而，该系统还纳入了由偏移和噪声等因素引起的传感器误差，定位精度会随着时间的推移而降低。
避免偏移的有效方法是添加辅助测量。
我们在管道沿线使用里程表和一些 GPS 参考导航点来更新我们的位置。
这些 GPS 标记使用管道外部的传感器来收集 PIG 通过的时刻，并与管道探测器的惯性导航系统同步。
将GPS和INS结合起来的测量方法称为GPS辅助惯性导航。
该结构允许基于动态系统的迭代状态估计方法（卡尔曼滤波器）来跟踪和注册轨迹。
虽然设置更多的GPS点可以减少系统误差，但需要技术团队花费更多的准备时间。
因此，我们选择了更具成本效益的选择。
执行惯性PIG任务的计算机必须满足许多要求，包括在启动之前对现场所有传感器进行复杂的状态检查，以避免影响整个任务。
它还必须以高采集频率连续管理 20 多个传感器超过 60 小时。
由于该系统对耐温性要求很高，必须能够承受超过20G的冲击，并且必须足够小以放置在PIG内部，因此目前还没有现成的硬盘可以在管道内存储这些数据。
因此，我们在PIG内部实现了一种实时统计无损浮点数据压缩方法。
我们使用带有现场可编程门阵列 (FPGA) 的 NI cRIO 控制器，该控制器体积小、灵活、抗振且功能强大，足以满足 PIG 任务的苛刻要求。
我们还使用功能强大且易于使用的LabVIEW开发平台进行编程。
图1所示为惯性PIG的硬件架构。
图1 PIG硬件架构 借助LabVIEW，我们可以轻松地对PIG进行编程以满足任务要求，还可以开发后处理程序将采集到的大量数据转换为管道中的焊接点。
参考位置。
CompactRIO 的 FTP 和 TCP 功能简化了所有收集数据的收集，并允许使用任何计算机或 PDA 远程配置任务参数。
通过远程访问任务中的计算机VI，我们可以轻松诊断原型可能出现的故障。
这使得团队能够专注于开发数学算法，而不是通信协议，以进行数据融合和统计分析。
最后，借助 LabVIEW 的多核支持，这些算法通过惯性导航和卡尔曼滤波器的状态空间估计乘以数千个矩阵后运行速度更快。
该项目开发仅花费了18个小时，并在最终确定机械设计之前进行了一系列测试。
由于我们设计的管道能够输送液体而不是固体，因此我们必须实施复杂的悬挂系统来确保 INS 的正常运行。
如果管道检测器计算不正确，管道中会有很多因素会导致PIG损坏，例如阀门、拐角、间隙、限制、液体流量，甚至非法安装用于窃取燃料的阀门。
因此，硬件和软件开发必须与机械设计同时进行，以避免整个项目的延误。
在开发过程中，我们需要一个测试算法的平台。
我们将 CompactRIO 控制器和传感器安装在自行车上（图 2），并以与使用 PIG 绘制管道内部路径相同的方式绘制路径。
图2 使用自行车进行现场测试 虽然我们从这个测试平台收集了大量数据，但自行车比管道具有更多的自由度；所以最终我们用轨道车（图3）来代替自行车，这提供了一个更接近最终真实运行条件的测试平台。
图3 使用轨道小车进行现场测试 最后，组装好PIG机械结构后，我们对管道进行了现场测试。
前面提到的每个现场测试平台都有不同的特点，而LabVIEW可以快速适应每个现场测试平台，以确保项目按时完成。
我们使用NI产品开发了所有软件，没有编写任何文本代码。
在巴西和哥伦比亚，CompactRIO控制器投入商用近一年后，经受住了各种严酷的考验。
有一次，由于接收程序操作错误，惯性PIG与管道底部正面相撞。
冲击力过大，导致PIG小车间联轴器损坏。
这些联轴器由 8 毫米厚的钢筋制成，完全扭转并穿透 PIG 外壳到达放置 CompactRIO 的位置??。
这个缺口使得整个车厢充满了40个大气压的加压汽油。
虽然CompactRIO数据采集卡被损坏，但实时控制器在干燥和清洁后仍然能够运行，使我们能够抢救40小时任务的数据。
这意味着即使PIG几乎完全被破坏，我们也能够在不重复实验的情况下恢复所有检测数据。
EngeMOVI和NI工程师已经在许多不同的项目上进行了合作：包括惯性PIG、几何和磁性PIG、用于深水管道检查的水下机器人、具有冗余运动功能的焊接机器人，并且这些合作已经取得了非常积极的成果最近由 NI 运动控制模块提供支持的电动 PIG。
我们开发的第一个惯性 PIG 可以在直径为 25.3 至 35.6 厘米、长度为 0.7 英里的管道内行驶。
可接受的最大曲率是1.5D（D是管道直径），管道内的最大行进速度是8米/秒。
最初的原型正在不断完善，并在此基础上开发出完整的系列产品。
我们相信NI提供的产品将继续在我们的新产品开发中发挥重要作用。
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