利用LabVIEW和CompactRIO开发一个惯性检管器

行业:
能源/电力, 石油与天然气/ 炼油/ 化工
  产品:
实时模块, FPGA模块, LabVIEW, cRIO-9014
  挑战:
寻找石油或者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实时模块和NI CompactRIO，设计和实现一个实时数据采集和处理系统，以管理在石油或者天然气管道内部通行的惯性导航系统（INS）的数据。系统实现了对数据的采集、预处理和储存，还可以利用LabVIEW对数据进行后处理，以获得最终结果。
        "借助于LabVIEW，我们很容易实现对PIG（检管器）的编程，以满足任务要求。并且，我们还使用了相同的程序设计语言开发一个后处理程序，以便转换采集的大多数数据。"
  
  
      PIG（检管器）是一个用于石油和天然气管道检验的工具，它插入管道中并且借助于关内液体流动产生的压力前进。PIG可以检验管道的变形和异常腐蚀情况，有助于排查可能造成生态事故的故障。为了降低成本并且在监测到异常情况后尽快更换管道，我们必须要知道异常现象的参考位置。惯性PIG被设计用于检测由地形运动产生的管道移位。
        由于惯性PIG在地面以下运行，被管道所屏蔽，我们不可能获得连续的GPS信号。所以惯性PIG必须使用INS（惯性导航系统）来测量加速度和角速度，并通过综合的数据分析，获得仪器的速度、位置和方向。然而，由系统中还夹杂了由偏移和噪音等因素造成的传感器不精确的问题，随着时间的推移，定位准确度会下降。
        一种避免偏移的有效方式是添加辅助测量。我们使用里程表和一些沿管道的GPS参考导航点，以便及时更新定位的位置。这些GPS标记借助于管道外的传感器采集到PIG通过的瞬间，并与检管器的惯性导航系统同步。GPS和INS的结合的测量方式被称作GPS辅助惯性导航。这种结构允许根据用于动态系统的迭代状态估计法（卡尔曼滤波器Kalman Filter）进行轨迹的寻迹和登记。虽然设置更多GPS点可以减少系统误差，但是这需要技术团队花费更多的准备时间。因此，我们选择了更节省成本的方案。
        执行惯性PIG任务的计算机必须满足一些要求，包括在启动之前对现场所有传感器进行复杂状态检查，以避免影响整个任务。它还必须在高采集频率下，在60多个小时内持续实现对20多个传感器的管理。由于系统对耐温性要求高，并且必须能够抵御超过20G的冲击，还需要足够的小以放置到PIG内部，所以目前没有任何现成可用的硬盘可以在管道内存储这些数据。因此，我们在PIG内实施了实时统计无损耗浮点数据压缩法。
         我们采用了一个带有现场可编程门阵列（FPGA）的NI cRIO-9014控制器，它小巧灵活，抗振性好，并且功能强大，足以满足PIG任务的苛刻要求。我们还使用了强大而易用的LabVIEW开发平台进行编程。图一中展示了惯性PIG的硬件架构。
  
  图1 PIG硬件架构
        借助于LabVIEW，我们很容易对PIG进行编程，以满足任务要求，并且还开发一个后处理程序，以便把采集到的大量数据转换成管道中焊接点的参考位置。CompactRIO的FTP和TCP功能可以简化所有采集的数据的采集，还可以使用任何计算机或者PDA远程配置任务参数。