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雷达液位计基于触摸屏的储油罐计量装置设计
发布日期:2018/12/1 18:17:52
在石油化工领域中, 储油罐贮油量的测量越来越显示出其重要的地位。油罐液位检测是油田集输过程、炼油厂、油库、加油站等部门的一项重要工作, 是油罐自动化计量管理的基本内容之一。而当今计量方式主要有两种:传统人工检尺法和机械钢带式液位仪,这两种方法精度低、速度慢、劳动强度大,不利于测量。所以根据现状,如果可以设计一套既可以测量液位又可以实现管理的计量装置显得迫在眉睫。

1 雷达液位测量原理

    雷达液位测量主要采用微波测量技术,以其精度高、非接触式测量被应用在生产生活中的各个方面,其防腐蚀、经久耐用的特点适用于本设计中贮油量的测量。雷达液位计通过测量发射波及回波的时差,从而得出液面高度。关系式如下:

    D=CT / 2

    式中:D-雷达液位计到液面的距离;C-光速;T-雷达波运行时间。

    在实际应用中,雷达液位计的脉冲微波(PTOF)工作模式,具有功率损耗小、易操作、精度高,且所需成本较小的优点。最终选择了VEGA 公司生产的VEGAPULS 61 型号。该型号应用精确性要求很高的紧凑型高频K 带传感器,天线很小,但信号聚焦效果很好。

2 系统总体结构设计

    储油罐液位检测系统主要由下位机监测系统和上位机组成,具体功能体现为: 下位机控制部分需要实现雷达液位数据的采集、射频卡的读取、数据的存储、油罐油品信息的可视化操作、以及数据的导出;上位机管理部分主要需要实现触摸屏程序编写、采集数据导入、数据库建立、油罐容量计算和累加。整体设计框图如图1。

图1 系统设计框图

2.1 雷达液位计测量设计

    在设计中雷达的测量精度要高,测量过程要简单方便,并且在测量好数据后, 可以马上把数据传到现场采集上位机中进行数据存盘。VEGAPULS 61 测量精度较高为±2 mm,在测量过程中可保留2 位测量小数, 也可以在测量前输入油罐总量通过测量直接显示现有容量的百分比。

    本次设计中,鉴于雷达液位计价格昂贵,只对其可行性进行研究,所以采用了MCGS 软件中模拟设备进行模拟,如图2。

江苏亚龙仪表有限公司     通过将雷达液位计到罐底高度与所测量到的距离D 作差值,可以得到实际油罐内油液位,再乘以罐底可以获得较高精度的体积。雷达表的安装非常简单,选择方便观察的位置,不要安装在湍流剧烈的进油口上方,避开罐内固定目标,如管盘等。

2.2 PC 数据管理应用程序设计

    本设计需要将昆仑通态导出的文件导入到程序中进行数据库匹配,并且将匹配好的表格导出来,在导入过程中写入计算程序,实现油罐液位到油罐容量的自动计算。

    Qt 中使用的QtSQL 模块由驱动层、SQL 接口层和用户接口层3 部分组成,是数据处理与管理的核心。在程序运行时,已经建立了石油厂各种类信息的数据库, 该数据库分为包含射频卡编号、油罐编号、油品名字、入库批次、入库时间等基本信息;其次可以通过对数据库的增加与删除来修改数据库里具体内容,并且在密码表中设置了初始密码,初始密码为“123456”。

    在库存管理软件主页, 通过数据导入后自动计算出油罐现有油量,以及在射频卡编号下拉菜单中,可以单个对采集到的数据进行下拉检查,查看数据是否准确,并且在设计过程中对油罐的藏油时间进行了计算,明确贮油时间。点击导出按钮,则可以导出与数据库匹配后的表格信息。另外还设计了对登录密码的修改,确保数据安全。

2.3 MCGS 组态软件组态设计

    本设计采用MCGS 组态软件作为人机沟通媒介; 通过在PC 端对所需内容进行编写后,将工程下载到触摸屏上。在画面中,除了绘制界面外,还需要对按钮、元件进行属性设置,如操作属性、基本属性、数据对象等。

    本次设计主要需要采集两类数据:雷达测得液位、射频卡编号。由于雷达采用模拟设备,故而对于雷达数据类型设定为数值型。射频卡编号通过读卡器读出来的是字符型,所以建立字符型数据类型。在组态中实时数据需要建立数据组来管理数据对象。

2.4 TPC7062KX 触摸屏操作设计

    触摸屏采用24 V 直流供电, 上电处理后会自动启动触摸屏,如果在开机后不进行任何操作,则进入行业演示界面,然后打开已经下载好的用户工程。

    昆仑通态下载方式主要有两种: 制作U 盘综合包;USB 下载线下载。由于处在调试阶段,U 盘综合包制作后插拔显得很不方便,虽然USB 下载线前期设置较为繁琐,但是对于调试阶段,使用USB 下载线极为方便;所以本次设计选择了USB 下载线下载。

    USB 下载具体操作时, 使用USB 通讯线连接PC 机和TPC,选择一端为扁平接口,一端为微型方口通讯线。在下载配置中选择“连机运行”,连接方式选择“USB 通讯”。此时TPC 应处于运行环境,通讯测试正常后,点击“工程下载”。由于美观等设计问题,在本次下载的用户工程中可能会出现“控件超出TPC范围”的警告,这是由于选择的背景图片尺寸较大引起的,不影响功能的具体使用。

3 系统测试分析

    为了使系统可以稳定运行, 在测试前先要检测装置的连接情况,包括电源与昆仑通态触摸屏、触摸屏下载线与PC、射频卡读卡器与触摸屏连接是否正确。检查完连接装置并且无误后,开始通信触摸屏与PC 的通信测试。如果“通讯测试成功”,则可以下载用户工程。

    接电源,触摸屏点亮开始工作,通过蓝色USB 下载线将电脑编写好的工程下载到触摸屏,连接射频卡读卡器,对白卡进行读卡,同时模拟雷达液位计给出模拟液位。总体装配图如图3 所示。

图3 总体装配图

    测试所用5 张卡全部读取完毕后,之后点击数据导出按钮,导出数据; 并且在主界面的导出状态中可以看到导出数据的条数。读取到的信息如图4 所示。

图4 读取并导出信息结果

4 结束语

    本文通过昆仑通态触摸屏作为现场控制器设计了一套完整的液位采集系统, 实现了对酒厂陶缸液位的智能采集和实时显示,并且将现场采集到的数据进行储存;之后利用U 盘将数据导出到上位机管理软件实现数据的准确管理。通过MCGS 组态软件,对现场采集过程进行组态,实现了在采集现场的可视化操作;利用昆仑通态触摸屏信息处理能力,对采集信息进行匹配、储存。通过Qt 对上位机管理软件进行编程,并利用SQLite 数据库对详细数据进行存储、管理,实现了数据查询、数据分析、数据整合、数据表格导出等功能。

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