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雷達液位計基于觸摸屏的儲油罐計量裝置設計
發布日期:2018/12/1 18:17:52
在石油化工領域中, 儲油罐貯油量的測量越來越顯示出其重要的地位。油罐液位檢測是油田集輸過程、煉油廠、油庫、加油站等部門的一項重要工作, 是油罐自動化計量管理的基本內容之一。而當今計量方式主要有兩種:傳統人工檢尺法和機械鋼帶式液位儀,這兩種方法精度低、速度慢、勞動強度大,不利于測量。所以根據現狀,如果可以設計一套既可以測量液位又可以實現管理的計量裝置顯得迫在眉睫。

1 雷達液位測量原理

    雷達液位測量主要采用微波測量技術,以其精度高、非接觸式測量被應用在生產生活中的各個方面,其防腐蝕、經久耐用的特點適用于本設計中貯油量的測量。雷達液位計通過測量發射波及回波的時差,從而得出液面高度。關系式如下:

    D=CT / 2

    式中:D-雷達液位計到液面的距離;C-光速;T-雷達波運行時間。

    在實際應用中,雷達液位計的脈沖微波(PTOF)工作模式,具有功率損耗小、易操作、精度高,且所需成本較小的優點。最終選擇了VEGA 公司生產的VEGAPULS 61 型號。該型號應用精確性要求很高的緊湊型高頻K 帶傳感器,天線很小,但信號聚焦效果很好。

2 系統總體結構設計

    儲油罐液位檢測系統主要由下位機監測系統和上位機組成,具體功能體現為: 下位機控制部分需要實現雷達液位數據的采集、射頻卡的讀取、數據的存儲、油罐油品信息的可視化操作、以及數據的導出;上位機管理部分主要需要實現觸摸屏程序編寫、采集數據導入、數據庫建立、油罐容量計算和累加。整體設計框圖如圖1。

圖1 系統設計框圖

2.1 雷達液位計測量設計

    在設計中雷達的測量精度要高,測量過程要簡單方便,并且在測量好數據后, 可以馬上把數據傳到現場采集上位機中進行數據存盤。VEGAPULS 61 測量精度較高為±2 mm,在測量過程中可保留2 位測量小數, 也可以在測量前輸入油罐總量通過測量直接顯示現有容量的百分比。

    本次設計中,鑒于雷達液位計價格昂貴,只對其可行性進行研究,所以采用了MCGS 軟件中模擬設備進行模擬,如圖2。

    通過將雷達液位計到罐底高度與所測量到的距離D 作差值,可以得到實際油罐內油液位,再乘以罐底可以獲得較高精度的體積。雷達表的安裝非常簡單,選擇方便觀察的位置,不要安裝在湍流劇烈的進油口上方,避開罐內固定目標,如管盤等。

2.2 PC 數據管理應用程序設計

    本設計需要將昆侖通態導出的文件導入到程序中進行數據庫匹配,并且將匹配好的表格導出來,在導入過程中寫入計算程序,實現油罐液位到油罐容量的自動計算。

    Qt 中使用的QtSQL 模塊由驅動層、SQL 接口層和用戶接口層3 部分組成,是數據處理與管理的核心。在程序運行時,已經建立了石油廠各種類信息的數據庫, 該數據庫分為包含射頻卡編號、油罐編號、油品名字、入庫批次、入庫時間等基本信息;其次可以通過對數據庫的增加與刪除來修改數據庫里具體內容,并且在密碼表中設置了初始密碼,初始密碼為“123456”。

    在庫存管理軟件主頁, 通過數據導入后自動計算出油罐現有油量,以及在射頻卡編號下拉菜單中,可以單個對采集到的數據進行下拉檢查,查看數據是否準確,并且在設計過程中對油罐的藏油時間進行了計算,明確貯油時間。點擊導出按鈕,則可以導出與數據庫匹配后的表格信息。另外還設計了對登錄密碼的修改,確保數據安全。

2.3 MCGS 組態軟件組態設計

    本設計采用MCGS 組態軟件作為人機溝通媒介; 通過在PC 端對所需內容進行編寫后,將工程下載到觸摸屏上。在畫面中,除了繪制界面外,還需要對按鈕、元件進行屬性設置,如操作屬性、基本屬性、數據對象等。

    本次設計主要需要采集兩類數據:雷達測得液位、射頻卡編號。由于雷達采用模擬設備,故而對于雷達數據類型設定為數值型。射頻卡編號通過讀卡器讀出來的是字符型,所以建立字符型數據類型。在組態中實時數據需要建立數據組來管理數據對象。

2.4 TPC7062KX 觸摸屏操作設計

    觸摸屏采用24 V 直流供電, 上電處理后會自動啟動觸摸屏,如果在開機后不進行任何操作,則進入行業演示界面,然后打開已經下載好的用戶工程。

    昆侖通態下載方式主要有兩種: 制作U 盤綜合包;USB 下載線下載。由于處在調試階段,U 盤綜合包制作后插拔顯得很不方便,雖然USB 下載線前期設置較為繁瑣,但是對于調試階段,使用USB 下載線極為方便;所以本次設計選擇了USB 下載線下載。

    USB 下載具體操作時, 使用USB 通訊線連接PC 機和TPC,選擇一端為扁平接口,一端為微型方口通訊線。在下載配置中選擇“連機運行”,連接方式選擇“USB 通訊”。此時TPC 應處于運行環境,通訊測試正常后,點擊“工程下載”。由于美觀等設計問題,在本次下載的用戶工程中可能會出現“控件超出TPC范圍”的警告,這是由于選擇的背景圖片尺寸較大引起的,不影響功能的具體使用。

3 系統測試分析

    為了使系統可以穩定運行, 在測試前先要檢測裝置的連接情況,包括電源與昆侖通態觸摸屏、觸摸屏下載線與PC、射頻卡讀卡器與觸摸屏連接是否正確。檢查完連接裝置并且無誤后,開始通信觸摸屏與PC 的通信測試。如果“通訊測試成功”,則可以下載用戶工程。

    接電源,觸摸屏點亮開始工作,通過藍色USB 下載線將電腦編寫好的工程下載到觸摸屏,連接射頻卡讀卡器,對白卡進行讀卡,同時模擬雷達液位計給出模擬液位??傮w裝配圖如圖3 所示。

圖3 總體裝配圖

    測試所用5 張卡全部讀取完畢后,之后點擊數據導出按鈕,導出數據; 并且在主界面的導出狀態中可以看到導出數據的條數。讀取到的信息如圖4 所示。

圖4 讀取并導出信息結果

4 結束語

    本文通過昆侖通態觸摸屏作為現場控制器設計了一套完整的液位采集系統, 實現了對酒廠陶缸液位的智能采集和實時顯示,并且將現場采集到的數據進行儲存;之后利用U 盤將數據導出到上位機管理軟件實現數據的準確管理。通過MCGS 組態軟件,對現場采集過程進行組態,實現了在采集現場的可視化操作;利用昆侖通態觸摸屏信息處理能力,對采集信息進行匹配、儲存。通過Qt 對上位機管理軟件進行編程,并利用SQLite 數據庫對詳細數據進行存儲、管理,實現了數據查詢、數據分析、數據整合、數據表格導出等功能。

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