|
一、 問題的提出
計量裝車系統是化工行業對外銷售的關鍵環節，它直接關系到企業的經濟效益和信譽，但是我國目前的計量裝車系統大多采用傳統的儀表計量方式，就是用DCS、PLC或A/D接口板采集現場計量儀表發出的頻率、4~20 mA或1~5 V DC信號，然后在計算機內部根據脈沖當量或量程范圍變換成當前的瞬時流量，然后再進行積分累積運算，從而完成裝車的計量工作，還有的系統使用與計量儀表成套的批量控制器完成計量裝車任務。
從上述計量過程中不難發現，這種傳統的計量方式存在以下缺陷：
1、無論采用上述哪種計量方法，都存在二次計量的精度損失。一次計量是在流量檢測儀表內部完成的，然后再由檢測儀表變換成電信號輸出到外界供檢測計量系統使用，那么無論二次計量精度有多高，都存在一個精度損失的問題，因此造成了不必要的二次計量精度損失，而計量精度是裝車系統中的關鍵指標。
2、計量儀表本身所具有的性能沒有充分發揮出來。近年來隨著IT技術的飛速發展和廣泛應用，極大地提高了儀器儀表行業的自動化、智能化水平，尤其是近些年來，數字通信和現場總線的興起和推廣應用，更加速了儀器儀表的智能化水平，許多智能化儀表不僅具有就地顯示、補償運算等功能，而且還具有遠程數字通信的功能。儀器儀表運用了先進技術，而與之相應的智能化的系統卻沒有及時跟上，形成了儀表性能提高了，系統成本沒有降低，系統集成仍沿襲舊的傳統，儀表的先進性、方便性和靈活性沒有充分發揮出來的局面。
二、 解決方案
針對目前計量裝車系統存在的缺陷，憑借我們多年的工程實踐經驗，和在系統集成方面雄厚的實力，利用數字通訊技術，成功開發出了基于紫金橋軟件的計量裝車系統。下面以市場上比較具有代表性的羅斯蒙特質量流量計為例做以說明。
羅斯蒙特質量流量計的現場計量儀表部分一般由一次檢測元件----質量流量計，智能變送器RFT9739、RFT9701、RFT9712，和累積計量儀表DRT、FMS等三部分組成。智能變送器在提供了標準的4--20mA輸出和脈沖頻率輸出的同時，還提供了標準的HART協議和基于RS-485的MODBUS協議兩種智能數字通訊。我們開發的智能計量儀表的計量裝車系統就是通過智能變送器上的這兩種智能數字通訊，利用普通PC機上豐富的RS-232串口資源，再配以RS-232變HART適配器或者RS-232變RS-485適配器，使普通PC機與現場質量流量計構成一個智能數字通訊網絡結構，然后使用自主開發的PC機上的通訊采集軟件包通過該網絡與智能變送器進行數字通訊，使PC機獲取智能變送器中豐富的信息，如瞬時流量、累計流量、密度、溫度、粘度和壓力等，還可以監視毫安和頻率輸出信號、工作狀態、和故障狀態等。
PC機與智能變送器的通訊距離可以達到1200米，可以滿足絕大多數場合應用的需要。而且無論是RS-485還是HART都支持總線式通訊方式，即在同一通訊鏈路上PC機可以接15臺（R-S485）或31臺（HART）智能變送器。隨著所掛智能變送器設備的增加，PC機循環采集智能變送器的周期也相應加長，我們以比較慢的通訊速率9600 bps為例，采集單臺智能變送器所需要的時間約為 0.1 S ，按同時采集最多設備31臺計算，一個固定循環周期是 3.1 S ，這相對于裝車系統快速反應的要求是不能容忍的，解決這個問題的方法是在采集軟件上采取優先算法，即當前已裝量與設定裝車量進行比較，凡是具有絕對最小裝車量的智能變送器具有采集優先權。每次采集該智能變送器后只采集一臺其它智能變送器，以控制在 0.2 S 時間內采集即將到達裝車量的智能變送器，從而保證裝車控制的實效性。
三、 應用效果
我們在實驗室進行了大量實驗和論證，在一切開發研究工作完成后，我們分別在大慶華科（集團）公司的環慶助劑廠和環宇化工廠分別進行了實際的工業實施，這兩個廠分別具有兩臺智能變送器，負責兩條管線內物料的裝車計量。
在該系統中計算機不僅與現場的兩臺智能變送器進行通訊，還要為操作人員提供人機操作界面，人機操作界面選用我公司自主開發的紫金橋監控組態軟件。根據裝車控制的實際需要設定裝車量，在計算機界面上提供自動、手動兩種控制現場的閥門的開啟、關閉，泵的啟、停等操作。同時在軟件上增加了每一車裝車出廠計量單的打印，并自動形成裝車操作歷史記錄，為日后的裝車記錄檢索提供了各種手段。從裝車計量的安全性考慮，計算機上有兩種操作級別，普通級別是操作員，能夠完成日常的裝車計量任務和自身密碼的管理；較高級別是系統管理員，在完成普通級別操作的基礎上，能夠進行裝車操作記錄的檢索和打印，操作員的增加和刪除，每個操作人員允許操作范圍和密碼的設定等各種系統管理工作。這樣每一次裝車操作都有操作記錄，記錄了某年月日時分秒，哪一位操作員為哪一個單位付出了多少噸貨物，不僅如此，在硬件設計上實現了室內計量計算機如果不進入開始裝車狀態，現場的閥門無法進行開啟操作，進而從根本上杜絕裝車計量上的漏洞。
通過多年的實際工業化運行證明，不僅整個系統運行穩定可靠，完全滿足裝車計量控制的需要，而且還具有以下優點：
1、 計量精度高。 由于取消了二次計量所產生偏差，在實際的工業運行中，在40噸/小時（約±11Kg/S）的瞬時流量下， 每次定量裝車的偏差仍能控制在±10 Kg范圍內。
2、 由于采用了優先采集算法，大大增強了系統的實時性，實際工業運行表明該系統完全滿足裝車控制的實時性的要求。
3、 監測信息量全面，充分發揮了智能計量儀表的功能，實現了現場智能變送器可預測性維護。
4、 與其它傳統形式的計量裝車系統相比，降低了系統的復雜性和成本，減少了敷設電纜，減少了工程量和布線負擔，降低了整個項目的成本，具有投資少，施工期短等優點。
5、 該系統可以和任何DCS、PLC或其它控制系統并列運行，對4~20MA模擬量和脈沖量無任何干擾。
6、 系統在軟件和硬件上具有多重安全保護機制，可以保證在裝車環節萬無一失。
7、 系統構成靈活方便，人機界面友好、直接。
四、 結論
數字通信在計量裝車系統中的應用，極大地提高了計量系統的先進性和自動化、智能化水平，使得一些先進的算法和思想得以順利實現，例如：根據當前的瞬時流量自動計算提前關閉裝車閥門的時間或絕對量等；
數字通信在計量裝車系統中的應用使得裝車不再是單一的操作環節，而是一個完整的計量系統，他可以自動生成操作記錄，按需要生成各類報表。由此可見，數字通信在計量裝車系統中的應用順應了儀器儀表行業的測量信息數字化、檢測控制儀表智能化、控制管理集成化的發展的潮流，使得智能儀表的性能得以充分發揮，符合當今和未來數字化和智能化的發展趨勢。
數字通信在計量裝車系統中的應用是我們把計算機技術、通信技術綜合運用于自動化控制領域的一次嘗試，也是剛剛開始，我們與國外在這方面還有相當大的差距，今后還有相當長的路要走。
|
