储油罐实时监测与计量管理系统设计
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1 储油罐实时监测与计量管理系统设计 11 1 系统结构及配置
3 重庆市自然科学基金资助项目 (CSTC ,2005B3175) 收稿日期 :2006 - 02 - 16
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针对油库储油罐地理位置分布广 , 信号传送距离 远的特点 , 采用 “功能分散 、负荷分散 、危险分散 、 管理集中”的分布式控制系统设计思想 , “硬件模块 化 、软件组合化 、通信网络化”的设计方法 , 设计了 基于磁致伸缩液位仪的储油罐实时监测与计量管理系 统 , 系统结构如图 1 所示 。
起始脉冲) 并沿波导管传播 , 电流传播过程将产生一 个垂直于波导管的环行磁场 , 该磁场随脉冲的传播沿 波导管内的感应线移动 , 当移到浮子附近时 , 与浮子 固有的磁场相遇 , 二者磁场矢量叠加 , 形成螺旋磁 场 , 产生瞬时扭力 , 使波导管扭动并产生张力脉冲 , 这个脉冲以固定的速度沿波导管传回 , 在线圈 (转换 器) 两端产生感应脉冲 (即终止脉冲) , 通过测量起 始脉冲与终止脉冲之间的时间差就可以精确地确定被 测位移量 , 从而计算出被测液面高度〔4〕。
是 一般
Βιβλιοθήκη Baidu
制) , 第二字节是命令字节 , 该字节告知该地址的仪
21 2 系统通信功能实现方法〔4〕
器要做的事情 。例如命令块 C012 , 则表示 “地址为
系统通信是基于 RS2485 网络 ,遵从主/ 从通信模 C0 的仪器以 01 001 英寸的分辨率输出液位和界位 ,
式 ,安装在工作站的 IPC 工控机作为系统主机 ,现场 并将结果发回主机”。
液位仪作为系统从机 ,每个液位仪都有自己的地址编
响应块由从机返回主机 。按照响应块格式 , 首
码 ,系统主机最多可连接 16 个液位仪 。
先 , 被命 令 块 寻 址 的 液 位 仪 将 两 字 节 命 令 块 ( 如
(1) 系统主机通信参数和通信端口设置 通信参数必须设置成与液位仪的设置一样 ,否则 就无法通信 。M TS DDA 协议采用的通信参数为 :波 特率 4800 ,1 个起始位 ,8 个数据位 ,1 个停止位 ,1 个 偶校验位 。通信端口可根据硬件配置 ,设为 COM1～ COM4 等 。 (2) 通信帧的定时循环发送与接收
磁致伸缩液位仪也有其不足之处 : 由于采用浮子 作为液位和油水界面的感应元件 , 因而介质密度的变 化会给测量精度带来影响〔5〕。
2 系统设计关键技术及处理方法 21 1 系统集成模式选择
储油罐实时监测与计量管理系统集成可采用两种 模式 , 如图 3 所示 。模式对比分析结果如表 1 所示 。 由表 1 可知 , 两种模式在功能上没有明显差异 , 模式 二在模式一基础上增配了现场巡检仪 , 作为系统故障 冗余配置 , 可靠性高 。现场巡检仪不仅可实时循环显 示现场液位 , 而且在计算机发生故障时 , 通过模式切 换 , 可作为主机使用 。因此 , 模式二是系统集成的首 选模式 。
C012) 返回 , 然后液位仪执行要求的动作 , 完成后 以 A SCII 码字串形式将数据及校验返回 。
(4) 主机对液位仪响应块信息的数据校验方法 以液 位 2651 322 英 寸 , 界 位 1091 456 英 寸 的 A SCII 码返回信息为例 , 主机校验方法如下所示 : a) 求 A SCII 码 数 据 串 “S TX2651 322 : 109. 456 E TX”校验和 ( Hex) CheckSum = 02 + 32 + 36 +
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《自动化与仪器仪表》 2006 年第 5 期 (总第 127 期)
系统 主 机 选 用 IPC 工 业 控 制 计 算 机 , 通 过 RS485 通讯卡 , 实现对现场基础信息的采集 、监控和 计量 管 理 。主 机 系 统 软 件 开 发 平 台 采 用 了 Win2 dows2000 中文版 、MC GS 组态软件通用版 、Access 2000 数据库 、VB. N E T 高级开发软件包 。系统应用 软件采用了面向对象的组件化开发方法 。 11 2 系统主要功能
(1) 系统参数设定与修改 储油罐区参数设定和修改 : 储油罐数量 、标号设 置 , 油品种类增减 、运转状态设置 , 标准密度设置 , 通道定义 、通讯参数设置 , 储罐分区管理定义等 。 储油罐参数设定和修改 : 储油罐高度 、安全高 度 、油品种类 、液位和界位的基准零点 、液位和界位 的高低报警值等设定和修改 ; 储罐容积表设定 、修改 和自动修正 。 (2) 储油罐实时监测与计量 储油罐状态实时监测 : 储油罐液位 、界位 、温 度 、平均温度等多参数及状态的实时监测 ; 收发油作 业状态实时监测 。 储油罐状态实时报警 : 高低液位预报警 、报警 , 水位超高预报警 、报警 ; 混油报警 ; 流速报警 ; 泄漏 报警 ; 防盗报警等 。 储油罐实时计量 : 依据液位 、界位 、罐容表和体 积修正系数计算油品容积 ; 依据容积 、密度和密度修 正系数 , 计算油品质量 。 体积 、质量的棒状图和数据表显示 , 液位 、温度 等参数的数据表 、实时曲线和历史曲线显示 。 (3) 储油罐信息自动管理 基于实时数据库和历史数据库 , 实现储油罐信息 的自动存储 、查询 、统计 、分析 、预测 、报表生成 、 预览及打印等功能 。 (4) 可视信息服务 系统主机通过油库局域网将信息传送至数据采集 服务器 , 服务器再通过 310 军网连接军事油料后勤指 挥自动化系统 , 从而实现油库信息综合查询 、纵向可 视信息服务 、横向授权信息服务 、远程诊断等信息服 务功能 。 11 3 系统液位测量技术原理及性能特点 系统采用了基于磁致伸缩式测量技术的储油罐液 位仪 。磁致伸缩液位仪结构如图 2 所示 , 由不导磁的 不锈钢保护外管 、磁致伸缩材料制造的波导管 、浮子 (内置永久磁铁) 、数字温度计 D T 线和电子探头等部 分组成 。波导管安装在不锈钢管内 , 数字温度计 D T 线贴附在波导管的外壁上 , 用于测量介质的温度 , 浮 子在不锈钢管外侧 , 可自由滑动 。液位仪工作原理 是 : 电子探头中的脉冲发生器产生一个电流脉冲 (即
储油罐实时监测与计量管理系统设计 李 林 ,等
储油罐实时监测与计量管理系统设计 3
李 林 , 税爱社 , 李生林 , 夏绍模 , 林 龙 (解放军后勤工程学院后勤信息工程系 重庆 , 400016)
摘 要 : 为适应油库信息化建设需要 , 解决储油罐液位测量存在的精度不高 、可靠性低等问题 , 设计了一种新型的储油罐实时监测与计量管理系统 。介绍了系统结构及主要功能 , 分析了磁致伸缩液 位测量的技术原理及性能特点 , 给出了系统设计关键技术及处理方法 。
0 前 言 军队油库是我军油料收 、发 、储作业的基层单
位 , 其作业信息是 “军事油料后勤指挥自动化系统” 的基础信息源 。为了实时 、准确地掌握储油罐作业信 息 , 如储油罐内存储介质的液位 、密度 、压力 、温 度 、体积和质量等 , 确保储油罐安全 , 国内外研究了 众多的储油罐监测计量方法及装置 , 如静压法 、液位 仪法 、混合法等〔1〕, 涉及到多种测量技术 , 如压力 式 、伺 服 式 、雷 达 式 、磁 致 伸 缩 式 、浮 子 钢 带 式 等〔2 ,3〕。由于技术 、经济及使用等多方面因素影响 , 我军油库储油罐监测计量及安全管理还主要靠手工检 尺 、人工计量 、人工巡检 , 其测量精度 、可靠性 、可 维护性 、实时性等均难以适应油库信息化建设的发展 需求 。基于磁致伸缩式测量技术的储油罐液位仪 , 具 有结构简单 , 测量精度高 , 能同时测量液位 、界位 、 多点温度等优点 , 近年来 , 已在储油罐监测与计量中 得到了越来越多的应用 , 如兰成渝输油管道 、格拉输 油管线等 。因此 , 将磁致伸缩液位仪应用于油库信息 化建设中 , 研制储油罐实时监测与计量管理系统 , 不 仅可实时采集 、存储及管理油库收 、发 、储信息 , 而 且还可减员增效 , 提高油库安全管理水平 。
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储油罐实时监测与计量管理系统设计 李 林 ,等
图 3 系统集成模式
表 1 系统集成模式比较
图 1 储油罐实时监测与计量管理系统结构图
系统主要由现场仪表和储油罐实时监测与计量管 理主机 、服务器等构成 。工作站系统主机和现场仪表 之间通过 RS - 485 总线连接 , 工作站服务器通过军 网为远程客户端 (军事油料后勤指挥自动化系统) 提 供服务 。
现场测 量 仪 表 选 用 美 国 M TS 公 司 的 M 系 列 DDA 协议数字式磁致伸缩液位仪 , 实时采集储油罐 液位 、界位 、温度等参数测量值 。为提高可靠性 , 现 场还配置了本安防爆型储油罐参数巡检仪 , 循环显示 多个储罐的液位数据 。巡检仪挂接在 RS - 485 总线 上 , 采用冗余设计 , 可工作于主机或从机方式 。
模式
配置
功能
故障 冗余
现场 方便
费用
响应块格式 : 液位仪地址 命令码
ASC Ⅱ码 数据串
ASC Ⅱ码 校验串
命令块由主机发往从机 。按照命令块格式 , 第一
一
液位仪 + 计算机
强 无 不 较低
个字 节 是 地 址 , 范 围 为 : &HC0 - &H FD ( 16 进
二 液位仪 + 计算机 + 巡检仪 强 有
系统通信的建立与解除都由主机发出的命令块控 35 + 2 E + 33 + 32 + 32 + 3A + 31 + 30 + 39 + 2 E + 34 +
关键词 : 储油罐 ; 监测 ; 计量 ; 管理 ; 磁致伸缩液位仪 Abstract : In order to adap t to t he requirement of t he oil depot informatio nizatio n , a new model of oil tank real2time mo nitor and measure management system is designed fo r resolving t he p ro blem of t he low accuracy and low reliabilit y. The system’ s st ruct ure and main f unctio n are int ro duced , t he technical p rinciple and specificatio ns of Magneto st rictive liquid level sensor are analyzed. Finally , t he app roaches to solve t he key technolo gies of t he system are given in t his paper . Key words : Oil tank ; Mo nitor ; Measure ; Management ; Magneto st rictive liquid level sensor 中图分类号 : TP3681 1 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 9227 (2006) 05 - 0014 - 04
图 2 磁致伸缩传感器结构
M 系列磁致伸缩液位仪主要特点有 : 高精度、 多功能 ; 安装方便 , 基本免维护 , 维护无需清罐 , 无 需定期标定 ; 结构高度模块化 , 低功耗电路设计 , 全 数字总线接口 , 通信协议开放 , 网络扩展能力强 , 抗 干扰能力强 ; 可应用在介质粘度小于 400 厘泊的液位 测量 。其主要性能指标可查阅参考文献〔4〕。
3 重庆市自然科学基金资助项目 (CSTC ,2005B3175) 收稿日期 :2006 - 02 - 16
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针对油库储油罐地理位置分布广 , 信号传送距离 远的特点 , 采用 “功能分散 、负荷分散 、危险分散 、 管理集中”的分布式控制系统设计思想 , “硬件模块 化 、软件组合化 、通信网络化”的设计方法 , 设计了 基于磁致伸缩液位仪的储油罐实时监测与计量管理系 统 , 系统结构如图 1 所示 。
起始脉冲) 并沿波导管传播 , 电流传播过程将产生一 个垂直于波导管的环行磁场 , 该磁场随脉冲的传播沿 波导管内的感应线移动 , 当移到浮子附近时 , 与浮子 固有的磁场相遇 , 二者磁场矢量叠加 , 形成螺旋磁 场 , 产生瞬时扭力 , 使波导管扭动并产生张力脉冲 , 这个脉冲以固定的速度沿波导管传回 , 在线圈 (转换 器) 两端产生感应脉冲 (即终止脉冲) , 通过测量起 始脉冲与终止脉冲之间的时间差就可以精确地确定被 测位移量 , 从而计算出被测液面高度〔4〕。
是 一般
Βιβλιοθήκη Baidu
制) , 第二字节是命令字节 , 该字节告知该地址的仪
21 2 系统通信功能实现方法〔4〕
器要做的事情 。例如命令块 C012 , 则表示 “地址为
系统通信是基于 RS2485 网络 ,遵从主/ 从通信模 C0 的仪器以 01 001 英寸的分辨率输出液位和界位 ,
式 ,安装在工作站的 IPC 工控机作为系统主机 ,现场 并将结果发回主机”。
液位仪作为系统从机 ,每个液位仪都有自己的地址编
响应块由从机返回主机 。按照响应块格式 , 首
码 ,系统主机最多可连接 16 个液位仪 。
先 , 被命 令 块 寻 址 的 液 位 仪 将 两 字 节 命 令 块 ( 如
(1) 系统主机通信参数和通信端口设置 通信参数必须设置成与液位仪的设置一样 ,否则 就无法通信 。M TS DDA 协议采用的通信参数为 :波 特率 4800 ,1 个起始位 ,8 个数据位 ,1 个停止位 ,1 个 偶校验位 。通信端口可根据硬件配置 ,设为 COM1～ COM4 等 。 (2) 通信帧的定时循环发送与接收
磁致伸缩液位仪也有其不足之处 : 由于采用浮子 作为液位和油水界面的感应元件 , 因而介质密度的变 化会给测量精度带来影响〔5〕。
2 系统设计关键技术及处理方法 21 1 系统集成模式选择
储油罐实时监测与计量管理系统集成可采用两种 模式 , 如图 3 所示 。模式对比分析结果如表 1 所示 。 由表 1 可知 , 两种模式在功能上没有明显差异 , 模式 二在模式一基础上增配了现场巡检仪 , 作为系统故障 冗余配置 , 可靠性高 。现场巡检仪不仅可实时循环显 示现场液位 , 而且在计算机发生故障时 , 通过模式切 换 , 可作为主机使用 。因此 , 模式二是系统集成的首 选模式 。
C012) 返回 , 然后液位仪执行要求的动作 , 完成后 以 A SCII 码字串形式将数据及校验返回 。
(4) 主机对液位仪响应块信息的数据校验方法 以液 位 2651 322 英 寸 , 界 位 1091 456 英 寸 的 A SCII 码返回信息为例 , 主机校验方法如下所示 : a) 求 A SCII 码 数 据 串 “S TX2651 322 : 109. 456 E TX”校验和 ( Hex) CheckSum = 02 + 32 + 36 +
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《自动化与仪器仪表》 2006 年第 5 期 (总第 127 期)
系统 主 机 选 用 IPC 工 业 控 制 计 算 机 , 通 过 RS485 通讯卡 , 实现对现场基础信息的采集 、监控和 计量 管 理 。主 机 系 统 软 件 开 发 平 台 采 用 了 Win2 dows2000 中文版 、MC GS 组态软件通用版 、Access 2000 数据库 、VB. N E T 高级开发软件包 。系统应用 软件采用了面向对象的组件化开发方法 。 11 2 系统主要功能
(1) 系统参数设定与修改 储油罐区参数设定和修改 : 储油罐数量 、标号设 置 , 油品种类增减 、运转状态设置 , 标准密度设置 , 通道定义 、通讯参数设置 , 储罐分区管理定义等 。 储油罐参数设定和修改 : 储油罐高度 、安全高 度 、油品种类 、液位和界位的基准零点 、液位和界位 的高低报警值等设定和修改 ; 储罐容积表设定 、修改 和自动修正 。 (2) 储油罐实时监测与计量 储油罐状态实时监测 : 储油罐液位 、界位 、温 度 、平均温度等多参数及状态的实时监测 ; 收发油作 业状态实时监测 。 储油罐状态实时报警 : 高低液位预报警 、报警 , 水位超高预报警 、报警 ; 混油报警 ; 流速报警 ; 泄漏 报警 ; 防盗报警等 。 储油罐实时计量 : 依据液位 、界位 、罐容表和体 积修正系数计算油品容积 ; 依据容积 、密度和密度修 正系数 , 计算油品质量 。 体积 、质量的棒状图和数据表显示 , 液位 、温度 等参数的数据表 、实时曲线和历史曲线显示 。 (3) 储油罐信息自动管理 基于实时数据库和历史数据库 , 实现储油罐信息 的自动存储 、查询 、统计 、分析 、预测 、报表生成 、 预览及打印等功能 。 (4) 可视信息服务 系统主机通过油库局域网将信息传送至数据采集 服务器 , 服务器再通过 310 军网连接军事油料后勤指 挥自动化系统 , 从而实现油库信息综合查询 、纵向可 视信息服务 、横向授权信息服务 、远程诊断等信息服 务功能 。 11 3 系统液位测量技术原理及性能特点 系统采用了基于磁致伸缩式测量技术的储油罐液 位仪 。磁致伸缩液位仪结构如图 2 所示 , 由不导磁的 不锈钢保护外管 、磁致伸缩材料制造的波导管 、浮子 (内置永久磁铁) 、数字温度计 D T 线和电子探头等部 分组成 。波导管安装在不锈钢管内 , 数字温度计 D T 线贴附在波导管的外壁上 , 用于测量介质的温度 , 浮 子在不锈钢管外侧 , 可自由滑动 。液位仪工作原理 是 : 电子探头中的脉冲发生器产生一个电流脉冲 (即
储油罐实时监测与计量管理系统设计 李 林 ,等
储油罐实时监测与计量管理系统设计 3
李 林 , 税爱社 , 李生林 , 夏绍模 , 林 龙 (解放军后勤工程学院后勤信息工程系 重庆 , 400016)
摘 要 : 为适应油库信息化建设需要 , 解决储油罐液位测量存在的精度不高 、可靠性低等问题 , 设计了一种新型的储油罐实时监测与计量管理系统 。介绍了系统结构及主要功能 , 分析了磁致伸缩液 位测量的技术原理及性能特点 , 给出了系统设计关键技术及处理方法 。
0 前 言 军队油库是我军油料收 、发 、储作业的基层单
位 , 其作业信息是 “军事油料后勤指挥自动化系统” 的基础信息源 。为了实时 、准确地掌握储油罐作业信 息 , 如储油罐内存储介质的液位 、密度 、压力 、温 度 、体积和质量等 , 确保储油罐安全 , 国内外研究了 众多的储油罐监测计量方法及装置 , 如静压法 、液位 仪法 、混合法等〔1〕, 涉及到多种测量技术 , 如压力 式 、伺 服 式 、雷 达 式 、磁 致 伸 缩 式 、浮 子 钢 带 式 等〔2 ,3〕。由于技术 、经济及使用等多方面因素影响 , 我军油库储油罐监测计量及安全管理还主要靠手工检 尺 、人工计量 、人工巡检 , 其测量精度 、可靠性 、可 维护性 、实时性等均难以适应油库信息化建设的发展 需求 。基于磁致伸缩式测量技术的储油罐液位仪 , 具 有结构简单 , 测量精度高 , 能同时测量液位 、界位 、 多点温度等优点 , 近年来 , 已在储油罐监测与计量中 得到了越来越多的应用 , 如兰成渝输油管道 、格拉输 油管线等 。因此 , 将磁致伸缩液位仪应用于油库信息 化建设中 , 研制储油罐实时监测与计量管理系统 , 不 仅可实时采集 、存储及管理油库收 、发 、储信息 , 而 且还可减员增效 , 提高油库安全管理水平 。
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
储油罐实时监测与计量管理系统设计 李 林 ,等
图 3 系统集成模式
表 1 系统集成模式比较
图 1 储油罐实时监测与计量管理系统结构图
系统主要由现场仪表和储油罐实时监测与计量管 理主机 、服务器等构成 。工作站系统主机和现场仪表 之间通过 RS - 485 总线连接 , 工作站服务器通过军 网为远程客户端 (军事油料后勤指挥自动化系统) 提 供服务 。
现场测 量 仪 表 选 用 美 国 M TS 公 司 的 M 系 列 DDA 协议数字式磁致伸缩液位仪 , 实时采集储油罐 液位 、界位 、温度等参数测量值 。为提高可靠性 , 现 场还配置了本安防爆型储油罐参数巡检仪 , 循环显示 多个储罐的液位数据 。巡检仪挂接在 RS - 485 总线 上 , 采用冗余设计 , 可工作于主机或从机方式 。
模式
配置
功能
故障 冗余
现场 方便
费用
响应块格式 : 液位仪地址 命令码
ASC Ⅱ码 数据串
ASC Ⅱ码 校验串
命令块由主机发往从机 。按照命令块格式 , 第一
一
液位仪 + 计算机
强 无 不 较低
个字 节 是 地 址 , 范 围 为 : &HC0 - &H FD ( 16 进
二 液位仪 + 计算机 + 巡检仪 强 有
系统通信的建立与解除都由主机发出的命令块控 35 + 2 E + 33 + 32 + 32 + 3A + 31 + 30 + 39 + 2 E + 34 +
关键词 : 储油罐 ; 监测 ; 计量 ; 管理 ; 磁致伸缩液位仪 Abstract : In order to adap t to t he requirement of t he oil depot informatio nizatio n , a new model of oil tank real2time mo nitor and measure management system is designed fo r resolving t he p ro blem of t he low accuracy and low reliabilit y. The system’ s st ruct ure and main f unctio n are int ro duced , t he technical p rinciple and specificatio ns of Magneto st rictive liquid level sensor are analyzed. Finally , t he app roaches to solve t he key technolo gies of t he system are given in t his paper . Key words : Oil tank ; Mo nitor ; Measure ; Management ; Magneto st rictive liquid level sensor 中图分类号 : TP3681 1 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 9227 (2006) 05 - 0014 - 04
图 2 磁致伸缩传感器结构
M 系列磁致伸缩液位仪主要特点有 : 高精度、 多功能 ; 安装方便 , 基本免维护 , 维护无需清罐 , 无 需定期标定 ; 结构高度模块化 , 低功耗电路设计 , 全 数字总线接口 , 通信协议开放 , 网络扩展能力强 , 抗 干扰能力强 ; 可应用在介质粘度小于 400 厘泊的液位 测量 。其主要性能指标可查阅参考文献〔4〕。