多機(jī)種飛機(jī)管道供油自動監(jiān)控與計量系統(tǒng)

摘要：提出了一個多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動監(jiān)控與計量系統(tǒng)方案，研制了單機(jī)集中控制和分布控制模型，實現(xiàn)了多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動控制，并于實際應(yīng)用中取得良好效果。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控 管道供油 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 現(xiàn)場總線

在多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)中，各項技術(shù)參數(shù)應(yīng)隨加油飛機(jī)種類、型號的不同和同時加油飛機(jī)的數(shù)量多少而不斷變化。為了使加油過程中各技術(shù)參數(shù)均能滿足加油飛機(jī)的需求，必須建立一套自動監(jiān)測的自動化系統(tǒng)。為此，我們研制成功了單機(jī)集中控制和分布控制模型，實現(xiàn)了多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動監(jiān)控、計量和管理。

1 主要技術(shù)要求

（1）對輸油泵的遠(yuǎn)程控制

實現(xiàn)泵房無人值守，將油泵運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)反映在中心控制室計算機(jī)屏幕上，通過計算機(jī)對油泵實施遠(yuǎn)程控制。

（2）對使用油罐液位監(jiān)測

在加油過程中，對使用油罐液位進(jìn)行監(jiān)測是十分必要的。系統(tǒng)應(yīng)能實時監(jiān)測使用油罐的液位，將采集到的液位值到態(tài)形象地顯示在計算機(jī)屏幕上，并設(shè)置限位報警裝置。

（3）油品壓力的監(jiān)測

為滿足飛機(jī)加油時對油壓的需要，將裝在油泵出口處管道上、輸油總管上等處的壓力表信號遠(yuǎn)至計算機(jī)，并根據(jù)不同的機(jī)種、不同加油方式實施監(jiān)控。

（4）油品溫度的監(jiān)測

在輸油不狀管與分支管的結(jié)合處，安裝溫度傳感器，取樣周期在1秒以內(nèi)，溫度發(fā)辨率小于0.1度。

（5）自動計量換算

以空氣中油品重量（質(zhì)量）為計算標(biāo)準(zhǔn)，由檢測的油溫度換算出當(dāng)時的表現(xiàn)溫度，再根據(jù)加出的油品體積累計數(shù)計算出重量數(shù)。

（6）自動識別機(jī)號

為防止油料外流，設(shè)置了飛機(jī)機(jī)號識別功能。現(xiàn)場控制器通過IC卡實施飛機(jī)識別，該IC卡同時具有管理功能，可以存儲加油密碼，記錄加油數(shù)量。

（7）輸出打印

①能打印出各架飛機(jī)本次加油清單和旬、月、季、年累計加油清單；②打印當(dāng)日飛機(jī)加油總量表；③打印旬、月加油總表；④打印其它所需資料。

（8）為了加油系統(tǒng)本身和加油操作過程的安全，設(shè)置多種保護(hù)功能，主要有：

①油品超壓保護(hù)

跟蹤檢測系統(tǒng)內(nèi)油品壓力，若因水擊影響或因故障引起油壓超限時，一方面停泵中止加油，另一方面開啟通向放空罐管道的安全閥卸壓。

②泵機(jī)異常保護(hù)

加油系統(tǒng)的油泵控制柜具有過載、過熱、電壓超壓/欠壓、過流、電源短路、斷路等多種保護(hù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

考慮到實際需要和經(jīng)濟(jì)問題，我們設(shè)計了單機(jī)集中控制和分布控制兩種系統(tǒng)。

2.1.1 單機(jī)集中控制系統(tǒng)

單機(jī)集中控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，中心計算機(jī)采用PC總線486工業(yè)計算機(jī)，內(nèi)存8M.擴(kuò)展接口模板有：光電隔離模擬量輸入板（32路，12位）、脈沖量輸入板（12路，16位）、光電隔離開關(guān)量輸出板（32路）。信號調(diào)理實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的隔、放大、I/V轉(zhuǎn)換、整形，提高系統(tǒng)抗干擾性能。現(xiàn)場傳感器、閥門由系統(tǒng)集中供電，系統(tǒng)提供24V、12V直流穩(wěn)壓電源。

2.1.1 分布控制系統(tǒng)

分布控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。該系統(tǒng)以“管理集中，控制分散”為大批量，在每一加油口設(shè)計一現(xiàn)場控制器直接控制每個加油口，并由中心計算機(jī)通過BITBUS現(xiàn)場總線對現(xiàn)場控制器實行控制與管理，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視和信息的統(tǒng)計處理。由于控制分散，中心計算機(jī)或某一控制單元發(fā)生故障時，其它控制單元仍然繼續(xù)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

現(xiàn)場控制器接受鍵盤操作信息和從IC卡讀取飛機(jī)加油信息，實現(xiàn)流量計量，壓力、溫度檢查，電液閥控制?，F(xiàn)場控制器由STD工業(yè)計算機(jī)CPU模板、通信板、I/O模板、模擬量輸入板組成最小系統(tǒng)。另外還有擴(kuò)展IC卡讀寫器、鍵盤、顯示器等。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

軟件的開發(fā)語言為C語言，分以下幾部分：

（1）數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、單位轉(zhuǎn)換；

（2）加油參數(shù)控制；

（3）加油信息處理（系統(tǒng)及報表）；

（4）網(wǎng)絡(luò)通信（分布系統(tǒng)）；

（5）系統(tǒng)計量校準(zhǔn)及輔助工具；

（6）IC卡發(fā)卡系統(tǒng)（分布系統(tǒng)）；

（7）現(xiàn)場控制器數(shù)據(jù)采集及處理、加油控制和網(wǎng)絡(luò)通信。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動監(jiān)控和計量系統(tǒng)主要由現(xiàn)場傳感器、流量計、電液閥、現(xiàn)場控制器信號處理單元和中心控制室計算機(jī)組成。

2.3.1 信號調(diào)理部分和分離輔助儀表

結(jié)合考慮了系統(tǒng)的信號體系，對信號調(diào)理電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，包括信號隔離及放大電路、整形限幅電路、信號轉(zhuǎn)換電路，分別完成電液閥控制、流量計脈沖信號的整形和電平轉(zhuǎn)換、溫度和液位傳感器電流/電壓轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計充分運用了隔離和濾波技術(shù)，有效地降低了外界干擾。

2.3.2 流量計量與標(biāo)定

流量計量是實施加油控制、過程檢測、加油系統(tǒng)和記錄儀的關(guān)鍵。流量計量采用腰輪流量計和光電流量轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器輸出脈沖信號，提高了信號的抗擾能力和計量精度。

2.3.3 現(xiàn)場控制器與IC卡應(yīng)用

現(xiàn)場控制器作為分布控制系統(tǒng)的下位機(jī)，對加油口實施控制、計量，并與上位機(jī)實施通信。

現(xiàn)場控制器完成主要功能有：加油過程控制、計量、通信、IC卡讀寫。系統(tǒng)設(shè)置兩種加油方式：一種是定量加油方式；一種是任意量加油方式。不輸入設(shè)定值為任意加油方式。在通過IC卡讀取飛機(jī)加油信息或通過鍵盤輸入飛機(jī)加油信息并確定加油后，控制器啟動電磁閥實施加油，同時進(jìn)行流量計量。加油數(shù)量寫入IC卡，同時上傳至上位機(jī)。

為提高現(xiàn)場控制器的抗擾能力，在以下幾方面采取了措施：

（1）輸入信號采取光電隔離，防止干擾信號串入；

（2）采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，防止工頻干擾；

（3）機(jī)殼進(jìn)行良好屏蔽，防止電磁干擾；

（4）設(shè)置WATCHDOG，在軟件上進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。

系統(tǒng)采用IC卡進(jìn)行機(jī)場供油管理，提高了工作效率，讀寫次數(shù)可達(dá)100000次。SEL4442儲存字節(jié)數(shù)為256位，可儲存飛機(jī)號、啟用時間、密碼、最近10次的加油時間及加油量。加油開始時，現(xiàn)場控制器對卡加電，并驗證卡的密碼。密碼正確后，讀取卡內(nèi)飛機(jī)編號，允許給飛機(jī)加油。在加油過程中，始終查詢卡的狀態(tài)以確認(rèn)卡的存在，并寫當(dāng)前值，避免在加油結(jié)束前抽卡。具有統(tǒng)一的發(fā)卡系統(tǒng)，對卡寫入系統(tǒng)密碼和使用飛機(jī)號，供飛機(jī)加油使用。

2.3.4 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)

在飛機(jī)加油現(xiàn)場，干擾因素多，干擾信號強(qiáng)，因此選用適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的BITBUS通信網(wǎng)絡(luò)，以屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)。BITBUS網(wǎng)絡(luò)電氣接口符合RS485電氣標(biāo)準(zhǔn)，采用自同步方式，其性能參數(shù)如下：

速率 距離/段 節(jié)點數(shù)/段 傳輸線

62.5kbps 1200m 28（允許250） 1對

BITBUS通信協(xié)議幀格式如下：

系統(tǒng)采用的信息數(shù)據(jù)格式如下（正文長度20個字節(jié)）：

飛機(jī)號 5位

加油狀態(tài)標(biāo)志 1位

預(yù)置加油量 3位

加油量 3位

當(dāng)前加油量 3位

加油口 1位

預(yù)留 4位

2.3.5 控制閥門的選用

在多機(jī)種飛機(jī)管理加油中，管中油品流量大、壓力高，普通電磁閥關(guān)閉時間不可控，壓力加油時將產(chǎn)生很大的水擊壓力，對管線、儀表造成損害。電動調(diào)節(jié)閥雖然能實現(xiàn)關(guān)閉閥門的控制，但其控制復(fù)雜、價格昂貴，因此系統(tǒng)選用電液閥作為開關(guān)控制。

多機(jī)種飛機(jī)油料保障是我們當(dāng)前面臨的一項重要課題，而實現(xiàn)多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)的自動監(jiān)控與計量，則是多機(jī)種飛機(jī)油料保障的必要前提和手段。有多種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)的自動監(jiān)控與計量的實現(xiàn)，有效地保證了多機(jī)種飛機(jī)油料保障的實施。