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一、 問題的提出
計(jì)量裝車系統(tǒng)是化工行業(yè)對外銷售的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和信譽(yù)，但是我國目前的計(jì)量裝車系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的儀表計(jì)量方式，就是用DCS、PLC或A/D接口板采集現(xiàn)場計(jì)量儀表發(fā)出的頻率、4~20 mA或1~5 V DC信號，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)部根據(jù)脈沖當(dāng)量或量程范圍變換成當(dāng)前的瞬時流量，然后再進(jìn)行積分累積運(yùn)算，從而完成裝車的計(jì)量工作，還有的系統(tǒng)使用與計(jì)量儀表成套的批量控制器完成計(jì)量裝車任務(wù)。
從上述計(jì)量過程中不難發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的計(jì)量方式存在以下缺陷：
1、無論采用上述哪種計(jì)量方法，都存在二次計(jì)量的精度損失。一次計(jì)量是在流量檢測儀表內(nèi)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(jì)量系統(tǒng)使用，那么無論二次計(jì)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(jì)量精度損失，而計(jì)量精度是裝車系統(tǒng)中的關(guān)鍵指標(biāo)。
2、計(jì)量儀表本身所具有的性能沒有充分發(fā)揮出來。近年來隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，極大地提高了儀器儀表行業(yè)的自動化、智能化水平，尤其是近些年來，數(shù)字通信和現(xiàn)場總線的興起和推廣應(yīng)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(bǔ)償運(yùn)算等功能，而且還具有遠(yuǎn)程數(shù)字通信的功能。儀器儀表運(yùn)用了先進(jìn)技術(shù)，而與之相應(yīng)的智能化的系統(tǒng)卻沒有及時跟上，形成了儀表性能提高了，系統(tǒng)成本沒有降低，系統(tǒng)集成仍沿襲舊的傳統(tǒng)，儀表的先進(jìn)性、方便性和靈活性沒有充分發(fā)揮出來的局面。
二、 解決方案
針對目前計(jì)量裝車系統(tǒng)存在的缺陷，憑借我們多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，和在系統(tǒng)集成方面雄厚的實(shí)力，利用數(shù)字通訊技術(shù)，成功開發(fā)出了基于紫金橋軟件的計(jì)量裝車系統(tǒng)。下面以市場上比較具有代表性的羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)為例做以說明。
羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)的現(xiàn)場計(jì)量儀表部分一般由一次檢測元件----質(zhì)量流量計(jì)，智能變送器RFT9739、RFT9701、RFT9712，和累積計(jì)量儀表DRT、FMS等三部分組成。智能變送器在提供了標(biāo)準(zhǔn)的4--20mA輸出和脈沖頻率輸出的同時，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的HART協(xié)議和基于RS-485的MODBUS協(xié)議兩種智能數(shù)字通訊。我們開發(fā)的智能計(jì)量儀表的計(jì)量裝車系統(tǒng)就是通過智能變送器上的這兩種智能數(shù)字通訊，利用普通PC機(jī)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(jī)與現(xiàn)場質(zhì)量流量計(jì)構(gòu)成一個智能數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后使用自主開發(fā)的PC機(jī)上的通訊采集軟件包通過該網(wǎng)絡(luò)與智能變送器進(jìn)行數(shù)字通訊，使PC機(jī)獲取智能變送器中豐富的信息，如瞬時流量、累計(jì)流量、密度、溫度、粘度和壓力等，還可以監(jiān)視毫安和頻率輸出信號、工作狀態(tài)、和故障狀態(tài)等。
PC機(jī)與智能變送器的通訊距離可以達(dá)到1200米，可以滿足絕大多數(shù)場合應(yīng)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(jī)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(shè)備的增加，PC機(jī)循環(huán)采集智能變送器的周期也相應(yīng)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(shè)備31臺計(jì)算，一個固定循環(huán)周期是 3.1 S ，這相對于裝車系統(tǒng)快速反應(yīng)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(yōu)先算法，即當(dāng)前已裝量與設(shè)定裝車量進(jìn)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(yōu)先權(quán)。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(nèi)采集即將到達(dá)裝車量的智能變送器，從而保證裝車控制的實(shí)效性。
三、 應(yīng)用效果
我們在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和論證，在一切開發(fā)研究工作完成后，我們分別在大慶華科（集團(tuán)）公司的環(huán)慶助劑廠和環(huán)宇化工廠分別進(jìn)行了實(shí)際的工業(yè)實(shí)施，這兩個廠分別具有兩臺智能變送器，負(fù)責(zé)兩條管線內(nèi)物料的裝車計(jì)量。
在該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)不僅與現(xiàn)場的兩臺智能變送器進(jìn)行通訊，還要為操作人員提供人機(jī)操作界面，人機(jī)操作界面選用我公司自主開發(fā)的紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件。根據(jù)裝車控制的實(shí)際需要設(shè)定裝車量，在計(jì)算機(jī)界面上提供自動、手動兩種控制現(xiàn)場的閥門的開啟、關(guān)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(jì)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(jì)量的安全性考慮，計(jì)算機(jī)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(jì)量任務(wù)和自身密碼的管理；較高級別是系統(tǒng)管理員，在完成普通級別操作的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)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(shè)定等各種系統(tǒng)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(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)計(jì)量計(jì)算機(jī)如果不進(jìn)入開始裝車狀態(tài)，現(xiàn)場的閥門無法進(jìn)行開啟操作，進(jìn)而從根本上杜絕裝車計(jì)量上的漏洞。
通過多年的實(shí)際工業(yè)化運(yùn)行證明，不僅整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，完全滿足裝車計(jì)量控制的需要，而且還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、 計(jì)量精度高。 由于取消了二次計(jì)量所產(chǎn)生偏差，在實(shí)際的工業(yè)運(yùn)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(nèi)。
2、 由于采用了優(yōu)先采集算法，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時性，實(shí)際工業(yè)運(yùn)行表明該系統(tǒng)完全滿足裝車控制的實(shí)時性的要求。
3、 監(jiān)測信息量全面，充分發(fā)揮了智能計(jì)量儀表的功能，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場智能變送器可預(yù)測性維護(hù)。
4、 與其它傳統(tǒng)形式的計(jì)量裝車系統(tǒng)相比，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，減少了敷設(shè)電纜，減少了工程量和布線負(fù)擔(dān)，降低了整個項(xiàng)目的成本，具有投資少，施工期短等優(yōu)點(diǎn)。
5、 該系統(tǒng)可以和任何DCS、PLC或其它控制系統(tǒng)并列運(yùn)行，對4~20MA模擬量和脈沖量無任何干擾。
6、 系統(tǒng)在軟件和硬件上具有多重安全保護(hù)機(jī)制，可以保證在裝車環(huán)節(jié)萬無一失。
7、 系統(tǒng)構(gòu)成靈活方便，人機(jī)界面友好、直接。
四、 結(jié)論
數(shù)字通信在計(jì)量裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用，極大地提高了計(jì)量系統(tǒng)的先進(jìn)性和自動化、智能化水平，使得一些先進(jìn)的算法和思想得以順利實(shí)現(xiàn)，例如：根據(jù)當(dāng)前的瞬時流量自動計(jì)算提前關(guān)閉裝車閥門的時間或絕對量等；
數(shù)字通信在計(jì)量裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用使得裝車不再是單一的操作環(huán)節(jié)，而是一個完整的計(jì)量系統(tǒng)，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(shù)字通信在計(jì)量裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用順應(yīng)了儀器儀表行業(yè)的測量信息數(shù)字化、檢測控制儀表智能化、控制管理集成化的發(fā)展的潮流，使得智能儀表的性能得以充分發(fā)揮，符合當(dāng)今和未來數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢。
數(shù)字通信在計(jì)量裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用是我們把計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)綜合運(yùn)用于自動化控制領(lǐng)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(dāng)大的差距，今后還有相當(dāng)長的路要走。
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