摘 要：详细介绍了海底石油管道检测爬行器智能控制器中两个模块的设计工作，并给出了这两个模块的设计任务与设计方案．
关键词：管道检测；智能爬行器；智能控制器；缺陷定位
引 言 石油管道是能源部门所必需的输送设备，管道经长期使用，管壁受冲刷和腐蚀以致减薄，常会发生泄漏事故，造成巨大的经济损失，且污染环境影响生态，做好输油管道的在役检测工作，防患于未然，已成为能源部门的当务之急． 由于采用传统的检测手段实施海底输油管道的检测非常困难，因此，国内外进行了大量的研究开发工作，力图攻克这一难题［1～7］．目前发达国家主要采用管道检测爬行器进行在役检测，其检测方法主要采用漏磁检测和超声检测等． 2002年胜利石油管理局、上海交通大学、哈尔滨工业大学与上海电力学院4单位联合申请到了国家863项目“海底管道的检测与维修技术”．该项目主要关键技术有缺陷检测、检测器变径、精确定位、信号采集与处理、
电源与驱动、智能爬行器、智能控制系统、管道缺陷评价、投放回收等，上海电力学院主要负责电动爬行智能控制、捷联惯性导航系统及精确大地定位、检测电源等研究工作．本文仅介绍智能控制器中有关缺陷定位过程控制、异常情况的分析与解救两个模块设计问题．这两个模块的任务是进行系统自检，如发现问题，则进行异常情况的分析，解救模块进行异常处理； 否则，缺陷定位过程控制模块进行正常工作．下面具体介绍这两个模块的设计工作．
1 缺陷定位过程控制模块的设计1．1 设计任务 缺陷定位过程控制模块的设计任务主要有： 1 在检测起点爬行器自动启动，在终点自动停止； 2 爬行速度和检测速度能自动转换； 3 精确定位时给出定位信号和相对距离，并判定定位情况； 4 找准缺陷位置后检测装置自动停止，同位素发射源对准缺陷发射同位素； 5 精确定位后自动启动爬行．1．2 设计方案1．2．1 检测装置的速度切换和定位过程设计 检测装置的首要任务是找到缺陷处，精确定位，让同位素发射源对准缺陷处，检测装置自动停止．这个任务所经历的运动过程见图1．它可分为几个部分：首先，检测装置在爬行器的带动下，从开始位置启动到1点（根据经验选取）至最高速，通过里程轮反馈回来的位置信息在预定降速位置（检测范围）2点降至3点低速行驶，同时开始检测缺陷信息；在4点检测到缺陷后，位置控制系统采取模糊控制方法或PID控制方法将检测装置停在检测位置允许的范围内的5点处（定位准确区内）．而后控制系统精确测量出放射装置与缺陷中心间的相对距离，发出精确定位信号，低速调整至使放射装置停在缺陷中心位置．
图1中，V为爬行器速度．在启动至最大速度过程中，为了保证状态平滑的转换，可以采用斜坡升速控制规律（初设状态转换开始的升速控制允许位移为30±5m）；同样，在爬行转换为检测状态过程中，也采用斜坡减速控制（减速长度初设允许位移为15±5m）；在爬行状态和检测状态采用恒速控制（高速、低速）；缺陷信号被检测出来后，为了精确定位，应首先迅速减速至零．为了保证平滑运行，可采用模糊控制方法或PID控制方法，使检测装置停在允许的定位区内（允许位移初设为5±1m）．由于检测装置不能在管内产生振动，因此速度控制环节不能有超调．1．2．2 检测过程中的缺陷识别 缺陷识别过程见图2．
在第一次在线检测过程中基本能确定缺陷的大体位置和特征，在第二次精确检测和定位中需要完成实测缺陷信号类别的对比确认问题．通过对缺陷信号的一些特征指标（如峰值、平均值等）的识别来实现信号的检测确认．在识别方法中，选择人工神经网络来实现缺陷的识别确认．通过对常见的缺陷进行分类和分析，找到其特征参数，然后选择合适的算法（比如BP算法），以构成3层网络，并对此网络进行训练，实现离线的识别，再将其应用到在线识别中．同时，当缺陷被确认时，能够精确定位出缺陷中心的位置，以便后面的放射装置能对准．1．2．3 输入输出信息 1 输入信息 有检测部分的缺陷判断信号、里程轮位移信息、缺陷中心位置信息、缺陷预计位置等． 2 输出信息 有爬行器的爬行速度指令、爬行器已爬行距离与离终点距离信号、射线门的开或关指令等．1．2．4 正常控制部分智能控制结构 其控制结构见图3．
2 异常情况的分析及解救模块2．1 设计任务 在定位检测过程中实时监视各重要系统的工作状态和报警信息，分析异常情况并提出解救措施．2．2 设计方案2．2．1 监视系统安全运行信息 巡回检测爬行器、动力电源、漏磁及超声检测器、示踪射线
发射器等各部分的状态和报警信号，如这些信号一切正常，则给主控中心“正常”信号．2．2．2 分析状态及报警信号并判别故障类型 若系统巡检故障点的信号不正常，说明系统出现故障，则需通过分析状态及报警信号，判别出故障类型．故障类型及判别方法如下： 1 电动爬行器故障 主要有电机故障，如电机断路（两端间无电流）、短路（两端间无电压）等故障；运动受阻故障，如运动速度变为零，电机电流偏大． 2 智能控制器故障 主要有控制回路断路故障，表现为检测不到电机速度或电机实际输入电压为零；控制算法失效故障，表现为电机实际速度与给定速度偏差超限． 3 动力源故障 动力
电池电能将耗尽，表现为动力电池电压低于下限；动力电池电能不足，表现为动力电池剩余电量不足以支持爬行器走完全程距离；检测电源故障，表现为供给系统某处的电源电压下降或为零． 4 传感部件与数据存贮器故障 主要有漏磁及超声传感器失灵；里程轮失灵；旋转
编码器失灵；数据存贮器失灵． 5 示踪射线发射器故障 主要有示踪射线发射器仓门无法打开；示踪射线发射器仓门无法关闭． 6 计算机自检及计算机间通讯故障 微机自检，可检测出CPU、存贮器、I／O接口、微机间通信等故障；计算机间通讯故障主要有，控制中心联络不到爬行器；控制中心联络不到检测器；控制中心联络不到示踪射线发射器．2．2．3 根据故障类型决策最佳解救方案 1 爬行器故障 如果是电机故障，则停止行进，如能后退，则返回，否则，停下并发示踪求救信号SOS，并脱离离合器，等待救护；如果是运动受阻，可运用模式识别方法，判断是何种障碍物（如转弯、变形、上坡、异形物等）后，对不同障碍物可做不同处理，一般可倒行一段距离、旋转一定角度、微调弹性支撑臂角度，再加速前进，如还不能通过，则停止检测前进，后退返回． 2 智能控制器故障 如果是控制回路断路故障，与电机故障处理方案相同；如果是控制算法失效故障，改换另一种控制算法，如控制系统运转正常，则继续检测前进，否则，与电机故障处理方案相同． 3 动力源故障 如发生动力电池电能将耗尽故障，则立即停止前进，发示踪求救信号SOS，并脱离离合器，等待救护；如发生动力电池电能不足故障，若剩余能量足以支持其返回，则停止前进并返回，否则，停下并发示踪求救信号SOS，并脱离离合器，等待救护；如发生检测电源故障，则启用备用检测电源，若不然，停止检测，运动返回或前进到底．进退与否取于路程远近． 4 传感部件与数据存贮器故障 可采用重置漏磁或超声检测器；重置里程轮；重置旋转编码器；重置数据存贮器． 5 示踪射线发射器故障 可重置示踪射线发射器再试，若不能排除故障，则启动应急装置关闭示踪射线发射器． 6 计算机自检及计算机间通讯故障 可采用重启计算机；重建与爬行器的通讯联系；重建与检测器的通讯联系；重建与射线器的通讯联系．2．2．4 根据解救措施的实施效果决定操作方案 一般来说，如前面决策方案实施效果没有达到预期目标，则系统可采用第二套方案；若再失灵，则停下并发示踪求救信号SOS，并脱离离合器，等待救护．
3 结束语 本文详细介绍了海底石油管道检测爬行器智能控制器其中的两个关键模块的设计，仿真表明了这两个模块设计的正确性和可行性，现正把这两个模块与系统的其他模块进行连接和调试．
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