مقاله مانیتورینگ لوله های نفت و گاز با استفاده از شبکه های حسگر بیسیم -remong

word قابل ویرایش
11 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
10700 تومان

مانیتورینگ لوله های نفت و گاز با استفاده از شبکه های حسگر بیسیم -remong
چکیده
پیشرفت در حوضه تکنولوژی های ارتباطی سیستم های توکار(embeded) نیازهای صنعتی را به وجود آورده اند، که به انجام خودکار وظایف و کنترل بیشتر نیاز دارند. پیشرفت سریع در پردازش داده ها ،فناوری ارتباطات بیسیم ، تکامل سیستم های میکروالکترومکانیکی ، هوش کسب و کار، فرایند برنامه ریزی و کنترل ، فرصتی را برای بهبود در همه زمینه های شیوه های صنعتی مربوط به فرایند نفت و گاز ایجاد کرده است .مانیتورینگ مطمعن از راه دور توسط اتاق های کنترل برای خصوط حمل نفت و گاز با توجه به طول و فاصله طولانی آن یک چالش مهم است .در این مقاله ما یک راه حل را بر اساس شبکه های حسگر بیسیم برای خطوط لوله نفت و گاز با تمرکز بر روی حسگرهای نشتی و ارتباط بیسیم داده ها رائه می کنیم .سیستم به طور ستقل توسعه یافته و گزارش های آماری مربوط به امتداد لوله را روی مناطق جغرافیایی وسیع فراهم می کند.
کلمات کلیدی : مانیتورینگ ، شبکه های حسگر بیسیم ، مانیتورینگ لوله های و نفت و گاز.
١ -مقدمه :نظارت متمرکز از تاسیسات نفت و گاز و لوله ها از مدت ها پیش بوده است .این مشکل نه تنها از طول زیر ساخت لوله ها ، بلکه از زمین سخت و محیط زیست می آید.هر چند تکنیک های مختلف برای نظارت بر لوله ها پیشنهاد شده است .(wsn)
شبکه های حسگر بیسیم به علت سرعت پیشرفت در زمینه فناوری شبیه :حسگرها،پروتکل های ارتباطی سرعت پرازنده ها ، جمع آوری انرژی power و سیستم های embeded دارای تحولاتی هستند که به تدریج در صنعت نفت و گاز برای کنترل بیشتر و برای قدرت بخشیدن به سیستم به تصویب رسیده اند.صنعت نفت و گاز از تکنولوژی پیشرفته ای بهره منداست اعم از ریز سنسورهای محرک برای به کار انداختن و ابزار از ابزار دقیق در مقیاس کوچک تا اتوماسیون صنعتی در مقیاس بزرگ .به تازگی شبکه های حسگر بیسیم شروع به نقش آفرینی در صنعت نفت و گاز کرده اند.ممکن است نودهای حسگر در مسیر سخت خط لوله آسیب ببینند یا تحت حوادث فاجعه بار نظیر زلزله ، انفجار یا حملات مرتبط با شبکه یا حتی کاهش نیروی برق power ; پس باید برای طراحی نودها این عوامل را در نظر گرفت .از آنجا که بخش نفت و گاز به شـــدت متکی بر لوله های اتقال جهت توزیع اســـت ، نیاز به مانیتورینگ و اندازه گیری برای هر نشـــتی ، خرابی یا خطرات بالقوه در زمان واقعی دارند. بدون این اندازه گیری ها یک نشتی می تواند هر دو خسارت مالی و زیست محیطی را داشته باشد.
٢ -راه حل remong :مانیتورینگ لوله های نفت و گاز فرایند پیچیده ای است و نیاز به یک راه حل که نه تنها تغییرات لحظه ای را در جهت جریان لوله ها حس کند، بلکه گزارشات قابل اعتماد هر رویداد را به ایستگاه مرکزی راه دور در کمترین زمان ممکن ارسال کند. راه حل remong جنبه هایی از sensing مطمعن را برای انتقال رویدادها به صورت بیسیم در یک روش امن در حالی که بهره وری به طور طبیعی و با قدرت بالا در یک platform مناسب توسعه داده شده است . سیستم برای برقراری ارتباط از ماژول های zigbee که می تواند به یک کانکتور ١٠ پین استاندارد UART منتقل شود استفاده می کند. یک رابط صفحه نمایش Lcd برای تعامل کاربر با صفحه نرم افزاری و تعیین پارامترهای تنظیم پذیر ایجاد و یک شتاب سنج دقیق برای مانیتورینگ خط لوله روی برد مستقر شده است .برد منبع تغذیه دارای باتری قابل شارژ است و یک برد حسگر بیسیم در یک روش مصرف انرژی موثر برای زمان اجرای طولانی به همراه به حداقل رساندن هر منبع نشتی درجریان لوله .بوردهای حسگر بیسیم برای کار درصنعت در محدوده دمای (c تا c-).بورد سنسور بیسیم در اطراف یک میکروکنترلر طراحی شده است که چندین IC و رابط از طریق پروتکل هایی به هم متصل شده اند که در شکل (١و٢) مشاهده می کنید.
A. میکروکنترولر:
یک میکروکنترلر ٣٢ بیت با کارایی بالا با هسته عملیاتی RISK در یک فرکانس تا mhz ١۶٠ استفاده شده است .میکروکنترلر دارای یک حافظه سرعت بالای تعبیه شده و طیف گسترده ای از I.O های افزایشی و لوازم جانبی می باشد.دارای یک مجموعه از حالت های صرفه جویی شامل sleep و hibernate برای فرستنده گیرنده است که اجازه می دهد برنامه مانیتورنگ با انرژی کم اجرا شود.
B. واسط کاربردی ویژه سنسور:
یک سنسور دما و فشار برای اندازه گیری دما و فشار جریان لوله استفاده می شود. سنسور انتخاب شده به خصوص برای پارامترهای محیطی نفت و گاز طراحی شده است .برق مورد نیاز در v۵ و ma٢۵(حداکثر v) نگه داشته می شود.این سنسورها می توانند با
استفاده از ۴٨۵-rs یا ٢٣-rs یا رابط SPI ارتباط برقرار کنند.ماژول ارتباطی :یک پروتکل zigbee مبنی بر ماژول برای ارتباطات بیسیم استفاده می شود. ماژول های ارتباطی برای فرستنده ، گیرنده دارای یک رابط ١٠ پین استاندارد می باشد و آخرین فرستنده گیرنده استاندارد zigbee می تواند یک طیف وسیعی از m٣٢٠٠ (miles٢ )در فضای outdoor و به صورت indoor از ٩٠ متر
(٣٠٠فوت ) قدرت را در dbm١٨ مخابره کنند و حساسیت گیرنده dbm١٢٠- می باشد.
C. صفحه نمایش :
یک صفحه نمایش مقاومتی thin-fil transistor(TFT )و LCD می باشد که برای تعامل با کاربر می باشد یک صفحه
pixel٣٢٠*٢۴٠ با نور پس زمینه رنگ سفید که می تواند در دمای ٧۵-تا c٧٠ درجه سانتیگراد کار کند.
D. منبع تغذیه :
باتری قابل شارژ برای اتقال قدرت به بورد حسگر بیسیم . A٢ سلول v٧۴ باتری تیتانیوم با یک ظرفیت بالا از ١٣۵٠٠٠ میلی آمپر استفاده می کند.
در شکل ٢ یک بستر آزمون خط لوله برای تایید آزمایش نشان داده شده است .در شکل ٢ شبکه خط لوله به طول ١.١۴ متر Gi
قطر داخلی لوله ٢ اینچ در یک مکان افقی قرار داده شده است .مخزن آب به عنوان مخزن تامین مایع استفاده می شود.این خط لوله ها به مخزن آب متصل شده اند و یک موتور الکتریکی برای ایجاد جریان آب در شبکه خط لوله می باشد چهار سوپاپ در طرح
خط لوله برای ایجاد نشتی مصنوعی وجود دارد مبدل فشار می تواند در هر محل از خط لوله نصب شود.

شکل ١:برد میکروکنترولر حسگر remong با لوازم جانبی و رابط ها

شکل ٢:بستر آزمون خط لوله برای راه حل مانیتورینگ و براساس remong.
فشار جمع آوری شده عملی از آزمایش در شکل ٣ ارائه شده است . این نمونه ها که در یک فرکانس نمونه ای مختلف در hz۵٠٠ تا hz٩٠٠ جمع آوری شده است .به نظر می رسد دامنه سیگنال به دلیل نشتی دچار زوال می شود.اگرچه هنگامی که اندازه نشتی بسیار کوچک و آهسته است برای پیدا کردن نشتی با زوال سیگنال در روش مجازی کار آسانی نیست و الگوریتم های یادگیری هستند که برای این منظورتوسعه یافته اند.مجموعه ای از آزمایشاتی برای جمع آوری فشار با اندازه های مختلف نشتی انجام شده است .نشتی های متفاوت توسط باز کردن دریچه تا ٢۵% ، ۵٠% و ٧۵% و باز کردن به طور کامل شیر اندازه گیری شده اند.الگوریتم های تشخیص نشتی روی این روش به صورت توزیع شده اجرا شده اند. این الگوریتم از سیگنال های تولید شده قوی در هر دو حوضه زمان و فرکانس استفاده می کند.نتایج مربوط به نشتی در جدول زیر با دقت ٩٠% نشان داده شده است .یک مقایسه ای بین انواع مختلف سیگنال برای کشف نشتی انجام شده است و بیشترین واقعه را در میان سیگنال های کاندید انتخاب
می کند.{١٧}

جدول ١:نتایج تشخیص نشتی برای سیگنال های HARR,sym و Daubechies

شکل ٣:ردیابی یک فشار مایع آزمایشی همراه با نشتی
٣ -مسیریابی و ارتباط داده ها :رابط های ارتباطی UART می توانند با استاندارد zigbee یا فرستنده گیرنده dash٧ که در طیف فرکانس ghz٢۴ یا mhz۴٠٠ انتقال می دهد. هر دو پروتکل اجازه می دهند داده با نرخ kbps٢۵٠ سیگنال متناوب یا پریودیک با طول عمر زیاد باتری و ارتباط امن انتقال یابد. با استفاده از الگوریتم های امنیتی تولید شده در حال حاضر با استفاده از کلید رمزنگاری ١٢٨ بیتی فاصله اتقال ممکن است از ١٠ تا نیم کیلومتر بسته به خط دید و ویژگی آنتن باشد.لایه شبکه اجازه می دهد توپولوژی mesh و star ایجاد شود. چندین نوع نود شامل هماهنگ کننده ، مسیریاب ، و نود پایانی تست شده است .پروتکل اجازه می دهد عمل beacon و non‐beacon و مکانیزم دسترسی به کانال csma.ca انجام شود.کار اصلی لایه ارتباطات شامل ایجاد اشیاء داده و کنترل زیر لایه mac و مسیریابی با استفاده از AODV و انواع آن است .زیر لایه پشتیبان کاربردی (aps) به عنوان قسمتی از برنامه اصلی که روش های کنترل را ارائه می دهد و رابطی است تا هنگامی که به عنوان پلی بین لایه شبکه و دیگر اجزا کار می کند. انتقال mhz dash۴٣٣ به محدوده چندین کیلومتر با زمان تاخیر کم برای نودهای سیال و حداکثر نرخ داده kbps٢٠٠ استفاده از mhz۴٣٣ سنسورها را در برابر نفوذ در بتن و آب مقاوم می کند، با قابلیت دریافت سیگنال در محدوده بزرگتر هماهنگ کننده نودهای حسگر نیاز به انتخاب هر دو صورت ۶۴ بیتی و یا یک PAN ID در یک قالب ١۶ بیتی دارد به علاوه یک کانال برای انتقال .فرستنده zigbee و گیرنده در یک قالب ۶۴ بیتی آدرس mac مجزا تعیین شده است .هنگامی که یک نود به شبکه متصل می شود. یک آدرس ١۶ بیتی که به وسیله هماهنگ کننده اختصاص داده می شود استفاده شده است . این آدرس اجازه می دهد بسته ها در شبکه ارسال شوند همچنین سربار هم کاهش می دهد. یک رشته ascii از ٢٠ حرف است بنابراین به عنوان یک شناسه نود که اجازه به شناسایی می دهد در سطح کاربردی ١۶ مجموعه از کانال ها در محدوده ghz٢۴٨٠‐٢۴٠٠ که یک پهنای باند فرکانس مرکز به مرکز mhz۵ می باشد انواع گره های مختلف در داخل شبکه با یک نوع دستگاه تعیین کننده هویت شناسایی می شوند. حالت های پایه انتقال شبکه شامل broadcast، unicast و انتقال clastering می باشد. انتقال clastering به عنوان یک جریان انتقال کاربردی میان خوشه و نود پایانی می باشد. حداگثر اندازه payload بسته در شبکه حسگر ٢۵۵ بایت یا کمتر بسته به رمزنگاری می باشد.محدوده سطح قدرت از ٠ تا ٢ مگاوات در مراحل گسسته است .درباره انتقال داده ها، قدرت سیگنال دریافتی RSSI یک عامل مهم است که قدرت سیگنال آخرین RF دریافتی بسته ها را تعیین می کند. گره هماهنگ کننده از یک جستجوی کانال perior برای به حداقل رساندن تداخل کانال استفاده می کند.scan کانال در حدود ms١٢٢٠٨٨ بسته به شرایط طیف محیط خارجی روی ساختار خط لوله می باشد.که با فواصل مختلف در جدول (٢) آزمایش شده است .آنتن همه جهته با حساسیت کم برای تعیین حداقل محدوده دامنه سیگنال استفاده شده است .

جدول ٢:آزمایش فاصله vs. RSSI برای فرستنده گیرنده zigbee در فضای آزاد و محیط لوله

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 11 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد