输油管线净化计量站控制系统的设计

2014-11-22于志新杨鹏李自淼

机械工程师 2014年3期

关键词：计量站输油机柜

于志新，杨鹏，李自淼

（长春工业大学机电工程学院，长春 130012）

1 系统组成及要求

净化计量站需采集和进行传输处理的数据包括：进站压力、过滤器压差、过滤分离器压差、流量信息、油料的密度、温度和含水量等信息。

1.1 系统的组成与原理

系统由信息采集模块、信息显示模块、信息传输模块、电源处理模块、太阳能供电系统和各类传感器组成。传感器包括：专用压力传感器、液体涡轮流量计、油液品质传感器（密度、黏度、温度）和油水含量传感器等。系统所需要的能量由太阳能供电系统提供，通过信息采集模块获取各传感器采集到的相关数据，并在综合信息显示模块集中显示，由信息传输模块传输给输油指挥控制中心。

1.2 系统要求

由于计量站工作在野外，同时为保证装备的安全及电磁兼容性要求，信息采集模块、信息显示模块、信息传输模块、电源处理模块及蓄电池等部件要置于防爆机柜内，通过线缆与各传感器连接，太阳能电池板与机柜通过快速接插件连接。

系统实物结构如图1 所示。整个机柜按防爆要求设计，中间前面板做成可打开且密封的结构，正常使用时关闭；总电源开关置于机柜侧面；机柜下部为接线盒，可正面打开，便于维修。图2为机柜面板布置示意图。

图1 系统实物结构图

图2 机柜布置示意图

2 系统功能

2.1 信息采集及显示功能

采集并显示的参数有累计流量、瞬时流量、油料温度、油料密度、油料含水量、进站压力、过滤器压差、过滤分离器压差；显示的状态有系统工作状态、电源系统工作状、通信工作状态。

2.2 报警功能

报警功能是为了使净化计量站正常工作同时为保护系统，报警功能主要有以下三条：1）过滤器、过滤分离器压差超限报警（报警值可设定）；2）通信异常报警；3）电源故障报警。

2.3 信息远程传输功能

在管线输油作业中，输油控制中心需要监控输油管线系统各部分的信息。因此净化计量站所采集到的数据需要及时上传至输油控制中心，以便对输油作业做出判断和调整。为了保证信息的传输净化，计量站采用两种方式进行信息传输。首先采用CDMA 远程通信功能，把采集的作业参数及系统状态通过CDMA 传输给输油控制中心；其次是通过网线采用TCP/IP 协议将数据上传至输油控制中心。以上两种通信方式在一种通信方式失效时可以切换至另一种工作方式，以保证数据及时上传。

3 主要设备选型

3.1 密度计（燃油品质传感器）

由于净化计量站测量的密度主要用于监控油品的质量，并粗略判断混输时的混油情况，因此拟选用一种多用途燃油品质传感器。FPS2800B12C4 流体特性传感器，可直接和同时测量流体的黏度、密度、介电常数和温度。通过专利的音叉技术，传感器可以检测到诸如发动机润滑油、燃油、传动油、刹车液、液压油和齿轮油、冷冻液和溶剂等的流体的多个物理属性间的直接和动态的关系。采用通用的数字CAN J1939 协议，可十分容易地与主控制器进行连接。可采用一个简单的4 引脚连接器（如图3 所示）进行安装，以节约成本。

图3 燃油品质传感器引脚图

3.2 油水含量传感器

本系统中配置的油水含量传感器型号为HTM2500B3C4OIL，该传感器是基于HTS2030SMD 设计制造的温湿度一体传感器，主要用于卡车、汽车、电力、石油以及工业等领域涉及到的精确在线油中水分含量分析检测。HTM2500B3C4OIL 油液水分含量传感器的微控制器直接接口可以实现与湿度模块的线性电压输出。该传感器具有全互换性、可靠性好、性能长期稳定、测量精度高等优点。

3.3 专用压力传感器

本系统配置的压力传感器为金属隔离膜压阻式压力传感器，它以硅压阻力敏元件作为传感器的核心元件，当受力时，应变材料硅的电阻率发生变化引起电阻变化，经电路单元转化为电压信号输出。

3.4 信息显示屏

通过切换键分屏显示：流量信息、压力压差、油品品质等信息。并具有报警提示、工作状态指示。为满足温度、防水、电磁兼容与防盐雾等要求，机箱应该采用铝合金封闭结构，接合面作特殊氧化处理，显示区域和按键区域作电磁防护处理，结构上应具有良好散热特征。显示屏采用单色EL 屏，与一般显示屏相比，EL 屏具有显示亮度高、工作温度宽、抗干扰性能强等特点。

3.5 太阳能电池及电源管理器

通过考察3 家太阳能企业，了解到普通晶体硅太阳能电池和便携式CIGS（铜铟镓硒）太阳能电池的技术与应用情况。选用北京远方动力可再生能源科技发展有限公司生产的太阳能电池组件，包括单晶硅太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池。太阳能电池板选用2 块80W 单晶硅太阳能电池板，并联使用，也可互为备用。如图4 所示。