阅读说明：本技术 一种恒电位仪智能化控制模块、控制系统及控制方法 (Potentiostat intelligent control module, potentiostat intelligent control system and potentiostat intelligent control method ) 是由 张响 滕卫明 杨秦敏 钱济人 解剑波 范海东 李清毅 张嵘 张国民 陈积明 周君 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种恒电位仪智能化控制模块,包括：中央处理器；继电器单元,与中央处理器连接；继电器单元包括两路继电器电路,分别用于并联在恒电位仪的电源启停开关和工作方式开关的两端,以控制电源启停开关和工作方式开关的通断；模拟量采集单元,与中央处理器连接,用于与恒电位仪连接,以采集阴极保护电位；模拟量输出单元,与中央处理器连接,用于与恒电位仪连接,控制恒电位仪的电压输出；通讯单元,与中央处理器连接,用于与外界通信。本发明自动控制恒电位仪的电源启停、工作方式,并根据阴保桩测得的管道电位控制恒电位仪的输出信号幅度,实现管道阴极保护闭环控制,避免恒电位仪输出波动过大或过小,造成设备损坏或管道不在保护范围。(The invention relates to an intelligent control module of a potentiostat, which comprises: a central processing unit; the relay unit is connected with the central processing unit; the relay unit comprises two relay circuits which are respectively connected in parallel at two ends of a power supply start-stop switch and a working mode switch of the potentiostat so as to control the on-off of the power supply start-stop switch and the working mode switch; the analog quantity acquisition unit is connected with the central processing unit and is used for being connected with the constant potential rectifier so as to acquire the cathodic protection potential; the analog quantity output unit is connected with the central processing unit and is used for being connected with the constant potential rectifier to control the voltage output of the constant potential rectifier; and the communication unit is connected with the central processing unit and is used for communicating with the outside. The invention automatically controls the starting, stopping and working modes of the power supply of the potentiostat, controls the amplitude of the output signal of the potentiostat according to the pipeline potential measured by the cathode protection pile, realizes the closed-loop control of the pipeline cathode protection, and avoids the damage of equipment or the pipeline out of the protection range caused by overlarge or undersize output fluctuation of the potentiostat.)

一种恒电位仪智能化控制模块、控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于恒电位仪智能控制技术领域，具体涉及一种恒电位仪智能化控制模块、控制系统及控制方法。

背景技术

阴极保护系统广泛应用的领域为油气埋地钢制管道，阴极保护系统失效将可能导致油气钢制管道发生腐蚀而穿孔，由于油气管道输送的介质属于易燃易爆，一旦发生泄漏，往往造成财产损失和环境污染，严重的将导致人员伤亡，造成不良社会影响。

现有阴极保护系统中，恒电位仪输出调节往往是通过单点的信号反馈进行调节输出的，往往被保护的结构物信号反馈点以外地方无法及时保证其受到阴极保护，从而导致阴极保护系统无法真正有效的运行。而且，阴极保护系统的恒电位仪根据单点的信号反馈进行自动调节，对其他的信号反馈多数采用人工定期进行测量后进行手动调整，人工测试的周期较长（一个月或者一个季度）。另外，目前阴极保护系统遭受外界的干扰日益严峻，从而导致现有的恒电位仪无法满足现状，并且阴极保护技术人员往往管理多套阴极保护系统，在无法实现智能化情况下，管理难度较大。

现有技术中，对阴极保护系统中恒电位仪的智能监控已有相应的解决手段。例如，公开号为CN107723713A的专利文献公开了一种实时监控阴极保护系统中恒电位仪的系统，包括恒电位仪、数据采集终端、微处理器、接口模块和GPRS无线网络模块，数据采集终端包括第一信号调理模块、第一AD转换模块、磁电转换模块、第二信号调理电路、第二AD转换模块、差分变换电路、第三AD转换模块和光耦隔离模块；恒电位仪与第一信号调理模块、磁电转换模块、差分变换电路分别连接，第一信号调理模块、第一AD转换模块、微处理器、接口模块、GPRS无线网络模块依次顺序连接，磁电转换模块、第二信号调理电路、第二AD转换模块、微处理器依次顺序连接，差分变换电路、第三AD转换模块、光耦隔离模块、微处理器依次顺序连接；系统实现对运行中的恒电位仪的状态进行远程实时监控。但是，无法对恒电位仪的电源以及工作方式进行独立控制。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种恒电位仪智能化控制模块、控制系统及控制方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种恒电位仪智能化控制模块，包括：

中央处理器；

继电器单元，与中央处理器连接；所述继电器单元包括两路继电器电路，分别用于并联在恒电位仪的电源启停开关和工作方式开关的两端，以控制电源启停开关和工作方式开关的通断；

模拟量采集单元，与中央处理器连接，用于与恒电位仪连接，以采集阴极保护电位；

模拟量输出单元，与中央处理器连接，用于与恒电位仪连接，以控制恒电位仪的电压输出；

通讯单元，与中央处理器连接，用于与外界通信。

作为优选方案，所述通讯单元具有GPRS通信模块。

本发明还提供一种恒电位仪智能化控制系统，包括如上方案所述的智能化控制模块，还包括管道阴极保护系统中的恒电位仪和服务器，继电器单元的两路继电器电路分别并联在恒电位仪的电源启停开关和工作方式开关的两端，模拟量采集单元与恒电位仪的阴极电位信号单元连接，模拟量输出单元与恒电位仪的电压控制单元连接，通讯单元与服务器通讯连接。

作为优选方案，所述通讯单元通过GPRS模式与服务器通讯。

作为优选方案，所述服务器为远程服务器。

本发明还提供一种恒电位仪智能化控制方法，应用于如上任一方案所述的智能化控制模块，所述智能化控制方法包括以下步骤：

S1、智能化控制模块上电，通过继电器单元打开恒电位仪的电源启停开关以及打开恒电位仪的工作方式开关为恒电位工作模式；

S2、中央处理器通过模拟量采集单元采集恒电位仪的阴极保护电位；

S3、中央处理器判断阴极保护电位是否达到预定电位值；若否，则通过模拟量输出单元控制恒电位仪的电压输出，直至阴极保护电位达到预定电位值。

本发明还提供一种恒电位仪智能化控制方法，应用于如上任一方案所述的智能化控制系统，所述智能化控制方法包括以下步骤：

S10、服务器通过智能化控制模块累积采集N次阴极保护电位，N为大于1的整数；

S20、服务器将每次采集的阴极保护电位与电位上限、电位下限比较；若N次阴极保护电位均大于电位上限，则转至S30；若N次阴极保护电位均小于电位下限，则转至S40；

S30、服务器向智能化控制模块发送降低输出电压命令，模拟量输出单元调低输出电压幅度，控制恒电位仪的电压输出，返回S10；

S40、服务器向智能化控制模块发送升高输出电压命令，模拟量输出单元调高输出电压幅度，控制恒电位仪的电压输出，返回S10。

作为优选方案，假设连续N次阴极保护电位为A₁、A₂、…、A_N，电位上限为V_h，下限为V_l，恒电位仪原始预设电位为V_o，重新预设电位为V以调整恒电位仪的电压输出；

电压输出幅度的算法，包括：

假设A₁、A₂、…、A_N中的最大值为A_max、最小值为A_min；

若A_min＞V_h，则重新预设电位V=V_o×0.95，直至调整恒电位仪的输出达到A_min≥V_l、A_max≤V_h；

若A_max＜V_l，则重新预设电位V=V_o×1.05，直至调整恒电位仪的输出达到A_min≥V_l、A_max≤V_h；

若A_max＞V_h、A_min＜V_l，且A_max＜1.2V、相对于铜硫酸铜参比电极，则重新预设电位V=V_o×1.05，直至调整恒电位仪的输出达到A_min≥V_l；

若A_max＞V_h、A_min＜V_l，且A_max＞1.2V、相对于铜硫酸铜参比电极，则发出报警信号，以待处理。

作为优选方案，所述采集阴极保护电位的间隔时长相同。

作为优选方案，所述N取值为5。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

本发明的恒电位仪智能化控制模块，能够自动控制恒电位仪的电源启停、工作方式，并能够根据智能阴保桩测得的管道电位，控制恒电位仪的输出信号幅度，实现管道阴极保护闭环控制。智能化控制模块能够通过合理的控制程序，避免恒电位仪输出波动过大，造成设备损坏。

本发明的恒电位仪智能化控制系统及控制方法，实现阴极保护系统中恒电位仪的智能化控制，通过被保护结构物全方位的信号反馈，实现阴极保护系统中的恒电位仪能根据被保护结构物实时反馈数据进行智能的调节输出，保证阴极保护系统的恒电位仪能实时应对外界环境的变化，从而保证阴极保护系统有效的运行，消除安全隐患。

附图说明

图1是本发明实施例的恒电位仪智能化控制系统的构架示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示，本发明实施例的恒电位仪智能化控制模块，包括通讯单元4、中央处理器单元5、继电器单元6、模拟量采集单元7和模拟量输出单元8，通讯单元4、继电器单元6、模拟量采集单元7和模拟量输出单元8均与中央处理器单元5连接。其中，中央处理器的型号可以为STM32F103VET6。

其中，继电器单元6包括两路继电器电路，分别用于并联在恒电位仪的电源启停开关和工作方式开关的两端，以控制电源启停开关和工作方式开关的通断。具体地，继电器单元6的型号可以为G2R。

模拟量采集单元7，用于与恒电位仪2连接，以采集阴极保护电位；具体地，模拟量采集单元7与恒电位仪2的阴极电位信号单元11连接，采集阴极保护电位，并传递给中央处理器单元5，即模拟量采集单元测量恒电位仪内部已有的阴极电位信号，转换成数字信号传递给中央处理器单元。其中，模拟量采集单元7的型号可以为DAM3128，阴极电位信号单元的型号可以为HDY-2000-CP。

模拟量输出单元8，用于与恒电位仪连接，以控制恒电位仪的电压输出。具体地，模拟量输出单元8与恒电位仪2的模拟量控制单元12连接，控制恒电位仪2的模拟量输出。即模拟量输出单元连接恒电位仪原有的模拟量控制单元，输出模拟量控制恒电位仪的输出信号幅度。其中，模拟量输出单元8的型号可以为DAM3064，模拟量控制单元可以为HDY-2000-AC。

通讯单元4，用于中央处理器单元5以无线通信的方式与远端服务器3进行通信。例如，通讯单元4通过GPRS模式与远端服务器3通讯，接收服务器发送的命令，并传递给中央处理器单元。其中，通讯单元的型号可以为SIM800C。

本发明实施例的恒电位仪智能化控制方法，基于上述实施例所述的恒电位仪智能化控制模块。其控制方法的流程包括：中央处理器单元不断检测阴极保护电位信号，如果实际的阴极保护电位没有达到预定电位值，则调节模拟量输出单元的输出电压，直到阴极保护电位达到预定电位值。

具体地，本发明实施例的恒电位仪智能化控制方法包括以下步骤：

S1、智能化控制模块1上电之后，通过继电器单元6打开恒电位仪2的电源启停开关9，打开恒电位仪2的工作方式开关10为恒电位工作模式；

S2、中央处理器单元5通过模拟量输出单元8，输出一个电压控制恒电位仪2的模拟量输出；中央处理器单元5通过模拟量采集单元7，采集实际的阴极保护电位；

如果实际的阴极保护电位没有达到预定电位值，则调节模拟量输出单元8的输出电压，直到阴极电位达到预定电位值。

如图1所示，本发明实施例的恒电位仪智能化控制系统，在管道阴极保护系统中已有恒电位仪2和远端服务器3，再组合上述实施例所述的恒电位仪智能化控制模块。

具体地，中央处理器单元5通过通讯单元4，以无线通信的方式与远端服务器3进行通信。

继电器单元6包含两路继电器电路，分别并联在恒电位仪2的电源启停开关9和工作方式开关10的两端，控制电源启停开关9和工作方式开关10的通断。

模拟量采集单元7与恒电位仪2的阴极电位信号单元11连接，采集阴极保护电位，并传递给中央处理器单元5。

模拟量输出单元8与恒电位仪2的模拟量控制单元12连接，控制恒电位仪2的模拟量输出。

对应于本发明实施例的恒电位仪智能化控制系统，本发明实施例的恒电位仪智能化控制方法如下：服务器3每天接收智能阴保采集终端采集的管道阴极保护电位，累积N次电位信号并进行判断：如果N次信号都大于阴极保护电位的上限，则通过通讯单元向智能化控制模块1发送降低输出电压命令，中央处理器单元5通过模拟量输出单元8调低输出电压幅度；如果N次信号都小于阴极保护电位的下限，则通过通讯单元向智能化控制模块1发送升高输出电压命令，中央处理器单元5通过模拟量输出单元8调高输出电压幅度。

其中，N为大于1的整数。

具体地，本发明实施例的恒电位仪智能化控制方法，包括以下步骤：

S10、服务器通过智能化控制模块累积采集N次阴极保护电位，N为大于1的整数；

S20、服务器将每次采集的阴极保护电位与电位上限、电位下限比较；若N次阴极保护电位均大于电位上限，则转至S30；若N次阴极保护电位均小于电位下限，则转至S40；

S30、服务器向智能化控制模块发送降低输出电压命令，模拟量输出单元调低输出电压幅度，控制恒电位仪的电压输出，返回S10；

S40、服务器向智能化控制模块发送升高输出电压命令，模拟量输出单元调高输出电压幅度，控制恒电位仪的电压输出，返回S10。

具体地，假设连续N次阴极保护电位为A₁、A₂、…、A_N，电位上限为V_h，下限为V_l，恒电位仪原始预设电位为V_o，重新预设电位为V以调整恒电位仪的电压输出；

电压输出幅度的算法，包括：

假设A₁、A₂、…、A_N中的最大值为A_max、最小值为A_min；

若A_min＞V_h，则重新预设电位V=V_o×0.95，直至调整恒电位仪的输出达到A_min≥V_l、A_max≤V_h；

若A_max＜V_l，则重新预设电位V=V_o×1.05，直至调整恒电位仪的输出达到A_min≥V_l、A_max≤V_h；

若A_max＞V_h、A_min＜V_l，且A_max＜1.2V、相对于铜硫酸铜参比电极，则重新预设电位V=V_o×1.05，直至调整恒电位仪的输出达到A_min≥V_l；

若A_max＞V_h、A_min＜V_l，且A_max＞1.2V、相对于铜硫酸铜参比电极，则发出报警信号，即目前恒电位仪的调节无法满足被保护的结构物，待人工处理。

另外，上述采集阴极保护电位的间隔时长相同。

上述N取值优选为5，还可以为4、6、7、8等等，具体的取值可以根据实际的控制精度进行设置。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。