论文总字数：29765字

摘 要

压力管道在运输气体、汽体、液体时会受到应力疲劳、电化学腐蚀、高温蠕变等影响从而出现腐蚀、应力腐蚀裂纹和疲劳裂纹等缺陷，这些缺陷一旦超过某一临界值，就可能导致泄漏、中毒或爆炸事故，引起生命财产损失。管道腐蚀检测技术对于及时发现并消除安全隐患是十分重要的。本文主要面向管道腐蚀检测需求进行实验装置开发。

流量和温度是管道腐蚀检测实验中尤为重要的两个变量，根据流量和温度这两个变量的不同性质选择不同的控制方案。其中流量因为由多挡变频水泵提供能量故用开环手动控制方法；由于温度控制中的控制对象负载大以及环境影响参数难以确定的特点选择使用闭环控制的方法调节。

根据实验装置温度变化的特点，在分析现有温度采样方法的基础上，设计了温度采样电路，实现水温的实时监测。研究了水温PID控制算法，设计了温度PID控制器，通过对PID控制器参数的现场整定实现实验管道温度的准确快速稳定控制。实验表明采用PID控制方法能够实现对温度的稳定控制。

关键词：管道腐蚀，恒温控制，PID

Abstract

Pressure pipelines are affected by stress fatigue, electrochemical corrosion, high temperature creep, etc. during the transportation of gases, vapors, and liquids, causing corrosion, stress corrosion cracking, and fatigue cracking. Once these defects exceed a certain critical value, they may cause Leakage, poisoning or explosion accidents cause loss of life and property. Pipeline corrosion detection technology is very important for timely detection and elimination of hidden dangers. This article mainly focuses on pipeline corrosion testing needs for experimental device development.

Flow and temperature are two important variables in pipeline corrosion testing experiments. Different control schemes are selected according to the different properties of flow and temperature variables. The open loop manual control method is used for the flow because of the power provided by the multi-block variable frequency water pump; because of the large load of the control object in the temperature control and the difficult to determine the environmental impact parameters, the closed loop control method is used to adjust.

According to the characteristics of the experimental device temperature changes, based on the analysis of the existing temperature sampling methods, a temperature sampling circuit was designed to achieve real-time monitoring of water temperature. The water temperature PID control algorithm was studied and a temperature PID controller was designed. The accurate and rapid temperature control of the experimental pipeline was realized by adjusting the parameters of the PID controller. Experiments show that the PID control method can achieve stable temperature control.

KEY WORDS: pipeline corrosion, thermostatic control,PID

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 温度系统研究现状 1

1.3 课题主要设计内容 2

第二章 实验台总体设计 3

2.1 实验台方案 3

2.2 水泵特性曲线 3

2.2.1 水泵的基本性能参数 3

2.2.2 叶片泵的基本方程 3

2.2.3 叶片泵的基本性能曲线 4

2.3 管路特性曲线 5

2.4 水泵工作点的确定和调节 6

2.4.1 水泵工作点的确定 6

2.4.2 调节水泵工作点 8

2.5 实验装置设计 9

2.6 小结 10

第三章 温度检测方法 11

3.1 温度传感器 11

3.2 温度信号传送 12

3.3 温度采样电路设计 14

3.3.1 热电偶测温电路 14

3.3.2 热电阻测温电路 17

3.3.3 实际采样结果 18

3.4 小结 20

第四章 温度控制系统设计 21

4.1 控制原理 21

4.2 执行元件及控制方法 21

4.3 PID控制原理和PID指令 22

4.4 控制程序设计 23

4.4.1 PLC端口配置及接线图 24

4.4.2 控制流程 24

4.4.3 控制程序 25

4.5 小结 25

第五章 上位机温度显示 26

5.1 PC机与PLC之间的通信 26

5.2 上位机温度显示程序设计 27

5.3 小结 28

第六章 系统实现及验证 29

6.1 测量问题影响实验结果 29

6.2 PID参数整定 29

6.2.1 采样时间Ts 29

6.2.2 比例环节调试 30

6.2.3 PI控制器调试 31

6.2.4 PID控制器调试 34

6.3 系统控制实现 35

6.4 小结 37

第七章 总结 38

致谢 39

参考文献 40

附录A 42

附录B 46

绪论

引言

压力管道在运输气体、汽体、液体时会受到应力疲劳、电化学腐蚀、高温蠕变等影响从而出现腐蚀、应力腐蚀裂纹和疲劳裂纹等缺陷，这些缺陷一旦超过某一临界值，就可能导致泄漏、中毒或爆炸事故，引起生命财产损失^[1,2]。所以成熟的管道腐蚀检测技术对于及时发现并消除安全隐患是十分重要的。

现有的管道腐蚀检测技术主要分为内外检测方法，外腐蚀检测是通过检测管道外部的防护系统是否有效达到检测管道腐蚀的目的；内腐蚀检测通过对管道内壁的质量情况进行判定以达到腐蚀检测的目的。现有的管道内腐蚀检测方法包括有：1、CCTV（Closed-Circuit Television）管道内窥技术：CCTV（Closed-Circuit Television）管道内窥技术是一种可视化检测技术，通过携带摄像设备的爬行器对管道内部进行拍摄成像，专业人员对图像分析可确定管道内壁的缺陷、腐蚀等情况；但是这种带有人为主观的原始图像离线分析容易出错，所以有研究一种数字图像处理（DIP）自动分析管道内壁的方法^[3]。2、磁通量泄漏：磁通量泄漏（MFL）是最流行的管道检测方法之一，它的工作原理是使管道磁化，缺陷处会附近区域的磁导率降低而磁阻增加，通过磁敏检测元件测量磁通溢出到管道表面形成漏磁场的大小，建立漏磁场和缺陷之间的数学关系以实现缺陷检^[4]。3、超声波检测：超声波检测也是一种应用广泛的腐蚀检测技术，通过对管壁发送不间断的超声波信号并监测返回信号可以实现对管道壁厚的测量，从而确定管壁厚度异常点确定管道腐蚀^[5，6]。4、激光射线检测：激光检测技术是包括激光全息检测和激光轮廓检测技术，前者利用全息干涉计量技术比较干涉条纹有无变化判断管壁腐蚀情况，后者是利用光学三角测量的基本原理对管道内壁轮廓进行测量去顶管壁腐蚀的检测技术^[7，8]。红外热成像分析是一种新型的管道腐蚀检测技术，它是利用管道自身材料作为热源进行检测的一种检测技术，通过红外热像获取图像，采用相应软件进行分析，得到腐蚀检测结果^[9,10]。红外热分析是一种很好的在线监测方法，但是在进行管道检测相关文献查找的时候，发现基于红外热分析管道腐蚀检测的文献所占的比例很少，这说明红外热分析在管道腐蚀检测的应用不广，进行管道腐蚀红外热分析检测实验有重大意义。

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