原油温度流量SCADA数据采集与监控系统设计

2019-10-01 版权声明 举报文章

原油温度流量SCADA数据采集与监控系统设计

摘要:原油工业是衡量一个国家综合国力的重要部分,它作为一种重要的战略资源和工业产品,对国民经济具有举足轻重的影响。本文设计的温度流量计装置实现数据采集和监控系统的自动化,保证温度流量计量的准确性、及时性和高效性。

关键词:采集 监控 系统设计

中图分类号:TE973.6 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)06-0176-01

1、引言

在原油的开采加工过程中,会对原油的温度和流量进行计量和管理。传统的温度流量测量方法是通过人工每小时记录一次,这种温度流量录取方法存在记录时间间距大、不能准确反映原油温度和流量波动情况的弊病,同时,计量人员频繁往返于计量间和值班室,劳动强度特别大。为了改善传统原油动态计量误差大,测量精度低,劳动强度大等问题,进行原油流量据采集与监控系统设计,以保证原油参数计量的准确、及时和高效。一般温度流量计的设计思路就是将原油的温度参数和流量参数转换成另一种容易分辨并分析记录的参数,比如利用温度和电阻的关系,将温度参数转化成电压电阻参数,将流量参数转化成测量器件的电磁脉冲参数。这样就可以利用不同参数之间的联系构建函数,并最终将不可测量的参数用可测量的参数表示出来。

2、SCADA的硬件设计

原油温度流量计装置系统主要包括温度流量传感器、控制器、显示器、键盘、执行机构等部分,系统选用ATmega16单片机作为信号处理核心。ATmega16单片机是一款体积小、低功耗、采用CMOS技术的8位微控制器捕获功能,非常利于作频繁测量使用,因此在硬件电路设计和软件编程方面更加方便。

2.1 流量SCADA设计原理

流量传感器选用涡轮流量计,涡轮流量计是在不导磁的管壳外面安装一个套有感应线圈的永久磁铁作为检测器,其涡轮的叶片用导磁材料制成。流体顺着导流器流过涡轮时,推动叶片使涡轮转动,当涡轮转动,涡轮叶片每次经过永久磁铁下面时,使磁路的磁阻发生一次变化,从而输出一个电脉冲。输出脉冲的频率与涡轮转速成正比,而涡轮转速与流量成一定的函数关系。输出频率与流体流量的关系如式(1)所示:

q=Kp+B (1)

式中,q为体积流量,p为脉冲信号频率,K为涡轮流量计流量系数,B为与压力有关的常数。流量计把原油流量信号转换为脉冲频率信号,由控制器对脉冲频率信号进行处理、计算,得出流量值,传给显示器,进行显示。同时控制器与远程控制器进行实时数据交换,实现远程控制。液晶显示器实时显示控制器输出的流量值,装置采用声光报警方式报警。

2.2 温度SCADA设计原理

温度传感器设计思路,根据温度与电阻之间的关系。电阻(率)温度系数(TCR)表示电阻的温度改变1度时,电阻值的相对变化,当温度每升高1℃时,导体电阻的增加值与原来电阻的比值。单位为ppm/℃(即10E(-6)·℃)。定义式如下:

TCR=dR/R.dT (2)

实际应用时,通常采用平均电阻温度系数,定义式如下:

TCR(平均)=(R2-R1)/(R1*(T2-T1))=(R2-R1)/(R1*ΔT) (3)

R1--温度为t1时的电阻值,Ω;

R2--温度为t2时的电阻值,Ω。

温度传感器把原油温度信号转换为电阻值信号,由控制器对电阻值信号进行处理、计算,得出温度值,传给显示器,进行显示。

3、SCADA的软件设计

系统软件设计主要解决装置远程控制、瞬时温度流量计量、累积流量计量、定量控制和计量精确度实时校准等问题。

在远程控制模式中,先要进行一次键盘的扫描,如果要监控和记录某一特定时间的温度和流量或者要获得累计的流量,可以通过获取不同的模式达到这样的目的,实现原油温度和流量的数据采集和监控了。

原油温度流量设计具有以下特征:在硬件系统设计中,选用具有捕获功能的16位精准定时的定时计数器,带通用同步和异步串行接收器和转发器,集数据存储、数据传输接口、I/O接口于一体的高档AVR单片机ATMEGA16,使装置结构简单,可靠性好,实现流量计量自动化、智能化;在软件设计中,设计了远程控制程序、瞬时温度流量计量程序、累积流量程序和定量计量程序,实现装置远程控制,自动化计量,定量控制,同时装置使用简单、方便,计量的准确性、及时性、效率高。整个装置结构简单,测量精度高,抗干扰性好。

4、关于温度流量计的一些注意事项

有些温度流量计需要考虑安装位置与介质流动方向、维护空间、安装方向、环境温度等。安装方面考虑的因素有:流量计的安装方向、原油流动方向、上下游直管段、阀门位置、振动、电磁干扰、维护空间和安装环境等。环境温度对原油温度的计量也会带来很大的误差,应做好计量器材的保护措施。大部分流量计的安装方向有一定的规定,应予遵守,有些温度流量计只能在某一流动方向工作,错误安装成反向流动会损坏温度流量计。使用这类流量计还应注意在误操作条件下是否有可能产生反向流动,如有此可能就需要安装止回阀以保护流量计。能双向工作的流量计,正向和反向之间测量性能亦可能有些差异。

5、结语

本设计综合运用了计算机技术、电子技术、传感器技术、信号分析与处理技术,能对流体进行瞬时流量计量、累积流量计量和对定量流量进行自动控制,实现流量计量自动化、智能化。同时能对流量系数进行在线校准,使得装置的测量精度得到保证。

参考文献

[1]林崚.数据采集与监控系统(SCADA)在供水调度中的应用.上海水务,2010/03.

[2]朱震.污水提升泵站SCADA数据采集与监控系统设计.福建电脑,2011/09.

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