多機(jī)種飛機(jī)管道供油自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量系統(tǒng)

摘要：提出了一個(gè)多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量系統(tǒng)方案，研制了單機(jī)集中控制和分布控制模型，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動(dòng)控制，并于實(shí)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(chǎng)總線

在多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)中，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)應(yīng)隨加油飛機(jī)種類(lèi)、型號(hào)的不同和同時(shí)加油飛機(jī)的數(shù)量多少而不斷變化。為了使加油過(guò)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(dòng)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動(dòng)監(jiān)控、計(jì)量和管理。

1 主要技術(shù)要求

（1）對(duì)輸油泵的遠(yuǎn)程控制

實(shí)現(xiàn)泵房無(wú)人值守，將油泵運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)反映在中心控制室計(jì)算機(jī)屏幕上，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)油泵實(shí)施遠(yuǎn)程控制。

（2）對(duì)使用油罐液位監(jiān)測(cè)

在加油過(guò)程中，對(duì)使用油罐液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分必要的。系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)算機(jī)屏幕上，并設(shè)置限位報(bào)警裝置。

（3）油品壓力的監(jiān)測(cè)

為滿足飛機(jī)加油時(shí)對(duì)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(hào)遠(yuǎn)至計(jì)算機(jī)，并根據(jù)不同的機(jī)種、不同加油方式實(shí)施監(jiān)控。

（4）油品溫度的監(jiān)測(cè)

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(dòng)計(jì)量換算

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

（6）自動(dòng)識(shí)別機(jī)號(hào)

為防止油料外流，設(shè)置了飛機(jī)機(jī)號(hào)識(shí)別功能?，F(xiàn)場(chǎng)控制器通過(guò)IC卡實(shí)施飛機(jī)識(shí)別，該IC卡同時(shí)具有管理功能，可以存儲(chǔ)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(jì)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(guò)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(cè)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(shí)，一方面停泵中止加油，另一方面開(kāi)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(guò)載、過(guò)熱、電壓超壓/欠壓、過(guò)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(shí)際需要和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)采用PC總線486工業(yè)計(jì)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(kāi)關(guān)量輸出板（32路）。信號(hào)調(diào)理實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的隔、放大、I/V轉(zhuǎn)換、整形，提高系統(tǒng)抗干擾性能?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器、閥門(mén)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(jì)一現(xiàn)場(chǎng)控制器直接控制每個(gè)加油口，并由中心計(jì)算機(jī)通過(guò)BITBUS現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器實(shí)行控制與管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視和信息的統(tǒng)計(jì)處理。由于控制分散，中心計(jì)算機(jī)或某一控制單元發(fā)生故障時(shí)，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(chǎng)控制器接受鍵盤(pán)操作信息和從IC卡讀取飛機(jī)加油信息，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量，壓力、溫度檢查，電液閥控制。現(xiàn)場(chǎng)控制器由STD工業(yè)計(jì)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(xiě)器、鍵盤(pán)、顯示器等。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

軟件的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C語(yǔ)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(bào)表）；

（4）網(wǎng)絡(luò)通信（分布系統(tǒng)）；

（5）系統(tǒng)計(jì)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(chǎng)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(dòng)監(jiān)控和計(jì)量系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、流量計(jì)、電液閥、現(xiàn)場(chǎng)控制器信號(hào)處理單元和中心控制室計(jì)算機(jī)組成。

2.3.1 信號(hào)調(diào)理部分和分離輔助儀表

結(jié)合考慮了系統(tǒng)的信號(hào)體系，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括信號(hào)隔離及放大電路、整形限幅電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，分別完成電液閥控制、流量計(jì)脈沖信號(hào)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(jì)充分運(yùn)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(jì)量與標(biāo)定

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

2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)控制器與IC卡應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)控制器作為分布控制系統(tǒng)的下位機(jī)，對(duì)加油口實(shí)施控制、計(jì)量，并與上位機(jī)實(shí)施通信。

現(xiàn)場(chǎng)控制器完成主要功能有：加油過(guò)程控制、計(jì)量、通信、IC卡讀寫(xiě)。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(guò)IC卡讀取飛機(jī)加油信息或通過(guò)鍵盤(pán)輸入飛機(jī)加油信息并確定加油后，控制器啟動(dòng)電磁閥實(shí)施加油，同時(shí)進(jìn)行流量計(jì)量。加油數(shù)量寫(xiě)入IC卡，同時(shí)上傳至上位機(jī)。

為提高現(xiàn)場(chǎng)控制器的抗擾能力，在以下幾方面采取了措施：

（1）輸入信號(hào)采取光電隔離，防止干擾信號(hào)串入；

（2）采用開(kāi)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(chǎng)供油管理，提高了工作效率，讀寫(xiě)次數(shù)可達(dá)100000次。SEL4442儲(chǔ)存字節(jié)數(shù)為256位，可儲(chǔ)存飛機(jī)號(hào)、啟用時(shí)間、密碼、最近10次的加油時(shí)間及加油量。加油開(kāi)始時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制器對(duì)卡加電，并驗(yàn)證卡的密碼。密碼正確后，讀取卡內(nèi)飛機(jī)編號(hào)，允許給飛機(jī)加油。在加油過(guò)程中，始終查詢卡的狀態(tài)以確認(rèn)卡的存在，并寫(xiě)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(duì)卡寫(xiě)入系統(tǒng)密碼和使用飛機(jī)號(hào)，供飛機(jī)加油使用。

2.3.4 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)

在飛機(jī)加油現(xiàn)場(chǎng)，干擾因素多，干擾信號(hào)強(qiáng)，因此選用適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)數(shù)/段 傳輸線

62.5kbps 1200m 28（允許250） 1對(duì)

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(zhǎng)度20個(gè)字節(jié)）：

飛機(jī)號(hào) 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(mén)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(shí)間不可控，壓力加油時(shí)將產(chǎn)生很大的水擊壓力，對(duì)管線、儀表造成損害。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥雖然能實(shí)現(xiàn)關(guān)閉閥門(mén)的控制，但其控制復(fù)雜、價(jià)格昂貴，因此系統(tǒng)選用電液閥作為開(kāi)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(xiàng)重要課題，而實(shí)現(xiàn)多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)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(dòng)監(jiān)控與計(jì)量的實(shí)現(xiàn)，有效地保證了多機(jī)種飛機(jī)油料保障的實(shí)施。