油料裝備寒區(qū)試驗(yàn)基地?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能需求分析

李媛媛,張世富,謝昌華,許 紅

(陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311)

1 油料裝備寒區(qū)試驗(yàn)基地現(xiàn)狀

1.1 試驗(yàn)工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)介

油料裝備寒區(qū)試驗(yàn)基地工藝系統(tǒng)于2009年建成投入使用，工藝流程以滿足油料裝備試驗(yàn)為基礎(chǔ)，具有操作簡(jiǎn)單、調(diào)度靈活、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)?？梢詽M足三套油料裝備同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)為依據(jù)，滿足裝備自吸供油和泵送供油的要求。具備油料入庫(kù)、出庫(kù)、庫(kù)內(nèi)倒罐、為具自吸能力裝備供油、為無(wú)自吸能力裝備供油等功能。工藝系統(tǒng)由3個(gè)50立方儲(chǔ)油罐、包含3臺(tái)主油泵和1臺(tái)滑片泵的泵房系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)接駁管路系統(tǒng)組成，其工藝流程圖如圖1所示。圖中受試裝備1表示油料加注類裝備(如群車加油車等)，受試裝備2和受試裝備3表示油料輸送類裝備(如泵站等)，可以是具有油料自吸能力的裝備也可以是無(wú)自吸能力的裝備，受試裝備2和受試裝備3可以單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)也可同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。布局上，油料裝備寒區(qū)試驗(yàn)基地工藝系統(tǒng)分為泵房區(qū)、儲(chǔ)油區(qū)和試驗(yàn)裝備接駁區(qū)，泵房區(qū)設(shè)置在室內(nèi)區(qū)域部分露天設(shè)置，泵房及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物如圖2所示。

試驗(yàn)基地工藝系統(tǒng)包含3個(gè)儲(chǔ)油罐，用于儲(chǔ)存試驗(yàn)用油，油罐儲(chǔ)油量為50m3。設(shè)置了兩臺(tái)管道泵機(jī)組和一臺(tái)管道泵機(jī)組，三臺(tái)泵可單獨(dú)運(yùn)行，其中兩臺(tái)可并聯(lián)運(yùn)行。為滿足離心泵機(jī)組灌泵的需要，設(shè)置了一臺(tái)滑片泵機(jī)組。設(shè)置了DN50、DN100、DN150腰輪流量計(jì)各一臺(tái)，以滿足不同油料裝備流量的計(jì)量要求。

圖1 油料裝備寒區(qū)試驗(yàn)基地工藝流程圖

圖2 油料裝備寒區(qū)試驗(yàn)基地工藝系統(tǒng)實(shí)景

1.2 電控系統(tǒng)

油料寒區(qū)試驗(yàn)基地設(shè)置有配電柜、泵控制柜。泵控柜內(nèi)設(shè)置了1套滑片泵起?？刂齐娐罚瑢?shí)現(xiàn)滑片泵的直接起停，設(shè)置了3臺(tái)變頻調(diào)速器用于3臺(tái)主泵的軟啟動(dòng)控制，但是不能實(shí)現(xiàn)泵運(yùn)行速度控制。在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中往往需要實(shí)現(xiàn)泵送流量及壓力的連續(xù)控制，目前采用改變閥門開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)能耗大、操作不便，需對(duì)變頻器控制電路實(shí)施改造以實(shí)現(xiàn)主泵的變頻調(diào)速。實(shí)驗(yàn)工藝系統(tǒng)中只在泵的入口和出口設(shè)置了壓力表用于監(jiān)測(cè)泵的入口和出口壓力，設(shè)置了3臺(tái)腰輪流量計(jì)用于管路流量監(jiān)測(cè)，目前只能通過(guò)機(jī)械表盤讀書，流量信號(hào)未連接。

1.3 存在的主要問(wèn)題

通過(guò)設(shè)備及工藝系統(tǒng)建設(shè)，具備了寒區(qū)試驗(yàn)的基本條件，但從系統(tǒng)完整性、數(shù)據(jù)客觀性、試驗(yàn)多樣性及管理規(guī)范性等方面來(lái)看，現(xiàn)有系統(tǒng)還存在較大的缺項(xiàng)：作為第三方試驗(yàn)檢測(cè)單位，系統(tǒng)還不完整，缺乏獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不具備認(rèn)證檢測(cè)資質(zhì)，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的客觀性及公證性；許多試驗(yàn)需要同步采集多項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并設(shè)定不同的采樣間隔，現(xiàn)有機(jī)械表人工讀數(shù)方法，不能滿足試驗(yàn)多樣化需求；試驗(yàn)參數(shù)只能采用節(jié)流調(diào)節(jié)方法，能耗噪音大，油溫上升快，參數(shù)調(diào)節(jié)性能差；試驗(yàn)人員工作條件艱苦，室外高寒環(huán)境下工作時(shí)間長(zhǎng)；沒(méi)有視頻監(jiān)控手段，需要人員現(xiàn)場(chǎng)巡查，出現(xiàn)緊急問(wèn)題時(shí)難以快速發(fā)現(xiàn)和處置。因此，需要在已建設(shè)的設(shè)備及工藝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，從技術(shù)手段上增強(qiáng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的客觀性，提高試驗(yàn)系統(tǒng)的適配性及規(guī)范化程度，改善試驗(yàn)人員的工作條件。

2 試驗(yàn)過(guò)程工藝參數(shù)采集與處理

試驗(yàn)過(guò)程工藝參數(shù)采集與處理是完成傳統(tǒng)測(cè)試方法不能實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能的核心手段。試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的產(chǎn)生漫無(wú)目的，需要根據(jù)任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行有效處理，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)既有直接數(shù)據(jù)，也有間接數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行一定的處理轉(zhuǎn)換為有效可用的數(shù)據(jù)[1]。

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及工藝系統(tǒng)參數(shù)

試驗(yàn)系統(tǒng)工藝系統(tǒng)包括泵房部分和室外部分，一種是通過(guò)泵房為無(wú)動(dòng)力受試裝備提供加壓的試驗(yàn)油料，另一種是由有動(dòng)力的受試裝備自行從油罐抽取油料完成試驗(yàn)作業(yè)過(guò)程。因此需要在泵房和室外均設(shè)置相關(guān)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中工藝狀態(tài)的監(jiān)控，保證試驗(yàn)過(guò)程安全。

3個(gè)儲(chǔ)油罐用于儲(chǔ)存試驗(yàn)用油，儲(chǔ)罐的液位及油溫的狀況，關(guān)系到試驗(yàn)的安全，必須重點(diǎn)監(jiān)視。3臺(tái)主油泵及滑片泵的入出口壓力及泵轉(zhuǎn)速能反應(yīng)泵的工作狀態(tài)，因此需要在各出入口分別設(shè)置1個(gè)壓力變送器。在各泵軸處設(shè)置1個(gè)速度傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。在接通試驗(yàn)區(qū)的管路中的接口處設(shè)置壓力變送器，并借助主泵出口壓力變送器監(jiān)測(cè)受試裝備在接口處的進(jìn)出口壓力。

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度、氣壓是試驗(yàn)必不可少的環(huán)境參數(shù)。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度參數(shù)通過(guò)溫濕度變送器進(jìn)行測(cè)量，需要考慮可能出現(xiàn)的極限條件，特別是要具備最低溫度參數(shù)的采集，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境大氣壓通過(guò)大氣壓傳感器采集，大氣壓傳感器采集應(yīng)能覆蓋可能的大氣壓變化范圍。

2.3 數(shù)據(jù)處理控制

采集的數(shù)據(jù)包括模擬信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，為把采集的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)據(jù)，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[2]。為確保系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)能快速的停機(jī)，避免引發(fā)事故，需要在相應(yīng)位置設(shè)置控制輸出，特別是主油泵與滑片泵的停機(jī)控制，這個(gè)功能應(yīng)可以由操作者視情況啟用或屏蔽。

3 試驗(yàn)過(guò)程視頻監(jiān)控

為減少低溫條件下人員巡視的次數(shù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)外場(chǎng)、泵房及受試裝備進(jìn)行視頻采集及監(jiān)視，試驗(yàn)外場(chǎng)大約為120m×50m的區(qū)域，要求攝像頭既能實(shí)現(xiàn)整個(gè)場(chǎng)景的監(jiān)視又能察看局部的情況。能實(shí)現(xiàn)水平、垂直旋轉(zhuǎn)和變焦控制。

泵房視頻監(jiān)視要求能觀察到泵房?jī)?nèi)各設(shè)備的細(xì)節(jié)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。能實(shí)現(xiàn)水平、垂直旋轉(zhuǎn)和變焦控制。

對(duì)受試裝備的視頻監(jiān)視主要集中在關(guān)鍵部位(如設(shè)備儀表面板)，為便于聚焦到被觀察的關(guān)鍵部位，實(shí)現(xiàn)清晰的視頻監(jiān)視，要求攝像頭能實(shí)現(xiàn)水平、垂直旋轉(zhuǎn)和變焦控制。

4 試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)管理

試驗(yàn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)管理，是高效準(zhǔn)確發(fā)揮系統(tǒng)功能必要條件，可接收受試裝備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如裝備進(jìn)口壓力、出口壓力、試驗(yàn)油料溫度、環(huán)境溫濕度、大氣壓力等)，應(yīng)能自由選擇試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)位置，識(shí)別其中包含的試驗(yàn)信息(如試驗(yàn)編號(hào)、受試裝備名稱、受試裝備型號(hào)規(guī)格、試驗(yàn)項(xiàng)目、極限參數(shù)、委托單位、委托人、聯(lián)系方式、試驗(yàn)時(shí)間等)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其分別提取出的數(shù)據(jù)存入試驗(yàn)信息表和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中；可完善試驗(yàn)信息，過(guò)濾異常試驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷和處理異常情況(如停機(jī)等)；可以圖、表、數(shù)據(jù)、文字等方式直觀顯示試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體情況、均值、峰值、異常等，能隨時(shí)調(diào)出檢測(cè)報(bào)告文檔進(jìn)行編輯，并對(duì)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行管理。

按試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)時(shí)間、裝備名稱、委托單位、委托人、聯(lián)系方式等信息對(duì)受試裝備、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)報(bào)告、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可按時(shí)間(月、季度、年)統(tǒng)計(jì)基地總的試驗(yàn)次數(shù)、異常次數(shù)、試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等，可按委托單位、裝備類型等統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)次數(shù)、異常次數(shù)、試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等。

5 適應(yīng)特殊環(huán)境條件

系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性主要包括貯存溫度、工作溫度、防爆性

能等方面。寒區(qū)試驗(yàn)系統(tǒng)處于間隔運(yùn)行狀態(tài)，或有整年不運(yùn)行，或每年運(yùn)行很短時(shí)間，采暖設(shè)施不工作時(shí)，系統(tǒng)可能處于正常工作溫度范圍之外，現(xiàn)場(chǎng)的傳感設(shè)備及傳輸線路等更是處于極端低溫環(huán)境中。系統(tǒng)試驗(yàn)用油屬易燃易爆物品，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了防爆要求。因此，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，包括合理進(jìn)行設(shè)備選型、采取除濕保溫措施及防爆措施等[3]。

5.1 耐低溫

根據(jù)GJB6645-2009的規(guī)定，電子設(shè)備在有取暖設(shè)備時(shí)的工作環(huán)境溫度為-15～46℃，無(wú)取暖設(shè)備或露天使用時(shí)的工作環(huán)境溫度為-15～46℃。極限儲(chǔ)存溫度為-50℃，65℃。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)、儲(chǔ)油罐區(qū)、泵房及配電間均無(wú)任何采暖措施，安裝在這些區(qū)域的設(shè)備工作和不工作時(shí)均必須滿足環(huán)境溫度要求?？紤]寒區(qū)試驗(yàn)基地的低溫環(huán)境條件，將其下限溫度進(jìn)行擴(kuò)展，使之和受試油料裝備工作溫度要求相適應(yīng)，要求其工作溫度為-35～45℃，貯存極限溫度為-50℃，65℃。

監(jiān)控室只在試驗(yàn)期間才采暖，以滿足操作人員必須的環(huán)境溫度條件，非試驗(yàn)階段是不采暖的，監(jiān)控室溫度將同環(huán)境溫度相同，因此，安裝在監(jiān)控室的設(shè)備工作溫度為0～46℃，而非工作時(shí)的貯存極限溫度應(yīng)滿足環(huán)境溫度要求，即-50，65℃。

管理辦公室具有采暖措施，適于大部分設(shè)備運(yùn)行，因此安裝于管理辦公室的設(shè)備滿足工作溫度0～46℃，貯存極限溫度-5℃，65℃。

5.2 防爆

儲(chǔ)油罐上安裝的設(shè)備有液位變送器、溫度變送器，其探頭部分要插入儲(chǔ)罐之中，屬于防爆0區(qū)，變送部分處于儲(chǔ)油罐人孔蓋附近，屬于防爆1區(qū)，根據(jù)從嚴(yán)原則，按0區(qū)確定防爆等級(jí)。安裝在儲(chǔ)油罐上的傳感器必須為本質(zhì)安全型；泵房及試驗(yàn)接口(露天、開(kāi)敞)為防爆2區(qū)，安裝在泵房及試驗(yàn)接口出的傳感器需采用隔爆措施；其余設(shè)備安裝在非爆炸危險(xiǎn)區(qū)，無(wú)防爆要求。

[1] 陳開(kāi)勝.制造業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[J].開(kāi)封大學(xué)學(xué)報(bào),2017(2)：93-96.

[2] 李仁富.科學(xué)儀器設(shè)備的計(jì)算機(jī)維護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸[J].福建電腦,2017(9):105-106.

[3] 李衛(wèi)強(qiáng),曹 輝.船舶機(jī)艙油氣延伸報(bào)警輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào),2017(3):79-84.