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数字通信在计量装车系统中的应用

一、 问题的提出
   计量装车系统是化工行业对外销售的关键环节,它直接关系到企业的经济效益和信誉,但是我国目前的计量装车系统大多采用传统的仪表计量方式,就是用DCS、PLC或A/D接口板采集现场计量仪表发出的频率、4~20 mA或1~5 V DC信号,然后在计算机内部根据脉冲当量或量程范围变换成当前的瞬时流量,然后再进行积分累积运算,从而完成装车的计量工作,还有的系统使用与计量仪表成套的批量控制器完成计量装车任务。
   从上述计量过程中不难发现,这种传统的计量方式存在以下缺陷:
   1、无论采用上述哪种计量方法,都存在二次计量的精度损失。一次计量是在流量检测仪表内部完成的,然后再由检测仪表变换成电信号输出到外界供检测计量系统使用,那么无论二次计量精度有多高,都存在一个精度损失的问题,因此造成了不必要的二次计量精度损失,而计量精度是装车系统中的关键指标。
   2、计量仪表本身所具有的性能没有充分发挥出来。近年来随着IT技术的飞速发展和广泛应用,极大地提高了仪器仪表行业的自动化、智能化水平,尤其是近些年来,数字通信和现场总线的兴起和推广应用,更加速了仪器仪表的智能化水平,许多智能化仪表不仅具有就地显示、补偿运算等功能,而且还具有远程数字通信的功能。仪器仪表运用了先进技术,而与之相应的智能化的系统却没有及时跟上,形成了仪表性能提高了,系统成本没有降低,系统集成仍沿袭旧的传统,仪表的先进性、方便性和灵活性没有充分发挥出来的局面。

   二、 解决方案
   针对目前计量装车系统存在的缺陷,凭借我公司多年的工程实践经验,和在系统集成方面雄厚的实力,我公司成功开发出了基于支持数字通信的智能计量仪表的计量装车系统。下面以市场上比较具有代表性的罗斯蒙特质量流量计为例做以说明。
   罗斯蒙特质量流量计的现场计量仪表部分一般由一次检测元件----质量流量计,智能变送器RFT9739、RFT9701、RFT9712,和累积计量仪表DRT、FMS等三部分组成。智能变送器在提供了标准的4--20mA输出和脉冲频率输出的同时,还提供了标准的HART协议和基于RS-485的MODBUS协议两种智能数字通讯。我们开发的智能计量仪表的计量装车系统就是通过智能变送器上的这两种智能数字通讯,利用普通PC机上丰富的RS-232串口资源,再配以RS-232变HART适配器或者RS-232变RS-485适配器,使普通PC机与现场质量流量计构成一个智能数字通讯网络结构,然后使用自主开发的PC机上的通讯采集软件包通过该网络与智能变送器进行数字通讯,使PC机获取智能变送器中丰富的信息,如瞬时流量、累计流量、密度、温度、粘度和压力等,还可以监视毫安和频率输出信号、工作状态、和故障状态等。
   PC机与智能变送器的通讯距离可以达到1200米,可以满足绝大多数场合应用的需要。而且无论是RS-485还是HART都支持总线式通讯方式,即在同一通讯链路上PC机可以接15台(R-S485)或31台(HART)智能变送器。随着所挂智能变送器设备的增加,PC机循环采集智能变送器的周期也相应加长,我们以比较慢的通讯速率9600 bps为例,采集单台智能变送器所需要的时间约为 0.1 S ,按同时采集最多设备31台计算,一个固定循环周期是 3.1 S ,这相对于装车系统快速反应的要求是不能容忍的,解决这个问题的方法是在采集软件上采取优先算法,即当前已装量与设定装车量进行比较,凡是具有绝对最小装车量的智能变送器具有采集优先权。每次采集该智能变送器后只采集一台其它智能变送器,以控制在 0.2 S 时间内采集即将到达装车量的智能变送器,从而保证装车控制的实效性。

   

 

   三、 应用效果

   我们在实验室进行了大量实验和论证,在一切开发研究工作完成后,我们分别在大庆华科(集团)公司的环庆助剂厂和环宇化工厂分别进行了实际的工业实施,这两个厂分别具有两台智能变送器,负责两条管线内物料的装车计量。

   在该系统中计算机不仅与现场的两台智能变送器进行通讯,还要为操作人员提供人机操作界面,人机操作界面选用我公司自主开发的紫金桥监控组态软件。根据装车控制的实际需要设定装车量,在计算机界面上提供自动、手动两种控制现场的阀门的开启、关闭,泵的启、停等操作。同时在软件上增加了每一车装车出厂计量单的打印,并自动形成装车操作历史记录,为日后的装车记录检索提供了各种手段。从装车计量的安全性考虑,计算机上有两种操作级别,普通级别是操作员,能够完成日常的装车计量任务和自身密码的管理;较高级别是系统管理员,在完成普通级别操作的基础上,能够进行装车操作记录的检索和打印,操作员的增加和删除,每个操作人员允许操作范围和密码的设定等各种系统管理工作。这样每一次装车操作都有操作记录,记录了某年月日时分秒,哪一位操作员为哪一个单位付出了多少吨货物,不仅如此,在硬件设计上实现了室内计量计算机如果不进入开始装车状态,现场的阀门无法进行开启操作,进而从根本上杜绝装车计量上的漏洞。

   通过多年的实际工业化运行证明,不仅整个系统运行稳定可靠,完全满足装车计量控制的需要,而且还具有以下优点:
   1、 计量精度高。 由于取消了二次计量所产生偏差,在实际的工业运行中,在40吨/小时(约±11Kg/S)的瞬时流量下, 每次定量装车的偏差仍能控制在±10 Kg范围内。
   2、 由于采用了优先采集算法,大大增强了系统的实时性,实际工业运行表明该系统完全满足装车控制的实时性的要求。
   3、 监测信息量全面,充分发挥了智能计量仪表的功能,实现了现场智能变送器可预测性维护。
   4、 与其它传统形式的计量装车系统相比,降低了系统的复杂性和成本,减少了敷设电缆,减少了工程量和布线负担,降低了整个项目的成本,具有投资少,施工期短等优点。
   5、 该系统可以和任何DCS、PLC或其它控制系统并列运行,对4~20MA模拟量和脉冲量无任何干扰。
   6、 系统在软件和硬件上具有多重安全保护机制,可以保证在装车环节万无一失。
   7、 系统构成灵活方便,人机界面友好、直接。

   四、 结论

   数字通信在计量装车系统中的应用,极大地提高了计量系统的先进性和自动化、智能化水平,使得一些先进的算法和思想得以顺利实现,例如:根据当前的瞬时流量自动计算提前关闭装车阀门的时间或绝对量等;

   数字通信在计量装车系统中的应用使得装车不再是单一的操作环节,而是一个完整的计量系统,他可以自动生成操作记录,按需要生成各类报表。由此可见,数字通信在计量装车系统中的应用顺应了仪器仪表行业的测量信息数字化、检测控制仪表智能化、控制管理集成化的发展的潮流,使得智能仪表的性能得以充分发挥,符合当今和未来数字化和智能化的发展趋势。

   数字通信在计量装车系统中的应用是我们把计算机技术、通信技术综合运用于自动化控制领域的一次尝试,也是刚刚开始,我们与国外在这方面还有相当大的差距,今后还有相当长的路要走。