利用LabVIEW和CompactRIO开发一个惯性检管器

　　第一次管道中的现场测试

　　作者:

　　Ricardo Artigas Langer - EngeMOVI

　　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。