累計(jì)流量的自動(dòng)采集和報(bào)表化計(jì)算分析系統(tǒng)研究

辛冠瑩 劉小斐 樊澤

摘 要：本研究在于實(shí)現(xiàn)輸油管道流量計(jì)讀數(shù)的精準(zhǔn)自動(dòng)采集，在站控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算與傳輸，并通過中心服務(wù)器的處理與交換，實(shí)現(xiàn)與關(guān)系型電子報(bào)表系統(tǒng)的同步實(shí)時(shí)更新，自動(dòng)生成關(guān)系型的累計(jì)流量電子報(bào)表。通過累計(jì)流量的精準(zhǔn)自動(dòng)采集，極大地減輕了崗位員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了報(bào)表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與客觀性。研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)一是通過應(yīng)用新型智能流量變送器替代傳統(tǒng)的“流量脈沖轉(zhuǎn)換器”，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場流量累計(jì)值與瞬時(shí)值向站控系統(tǒng)的傳輸;二是解決了不同組態(tài)軟件對數(shù)據(jù)處理的程序?qū)崿F(xiàn)不一致問題，實(shí)現(xiàn)了同種計(jì)算處理邏輯;三是通過OPC數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了與關(guān)系型報(bào)表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián);四是構(gòu)建了以設(shè)備為中心的動(dòng)態(tài)配置型電子報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了上下站關(guān)系、進(jìn)出站流量關(guān)系的動(dòng)態(tài)采集、盤庫分析與自動(dòng)存儲(chǔ)。五是通過對管網(wǎng)所有流量計(jì)的同時(shí)刻精準(zhǔn)讀取，提高了上下站流量數(shù)據(jù)的可比性，為提高輸差分析的客觀性提供了保障。

關(guān)鍵詞：流量累計(jì)值;流量報(bào)表;流量分析

前 ?言：某單位管理的管道多采用腰輪式流量計(jì)進(jìn)行流量數(shù)據(jù)采集。原設(shè)計(jì)中流量計(jì)配備有開封或上海九儀的光電脈沖轉(zhuǎn)換器，即在原機(jī)械表頭安裝光電脈沖發(fā)生器，把流量計(jì)輸出軸的角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)流量的實(shí)時(shí)顯示，但是無法實(shí)現(xiàn)累計(jì)流量的采集，難以用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)高效讀取與分析處理。為了實(shí)現(xiàn)報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，在某站試驗(yàn)安裝智能流量變送器，徹底解決了累計(jì)流量采集問題，使流量數(shù)據(jù)成為真正有意義的可用的數(shù)據(jù)，通過自主研究試驗(yàn)，構(gòu)建了現(xiàn)場采集、站控?cái)?shù)據(jù)計(jì)算處理、報(bào)表同步關(guān)聯(lián)分析的流量報(bào)表處理分析模式，為報(bào)表系統(tǒng)獲取穩(wěn)定準(zhǔn)確的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量原始數(shù)據(jù)提供了完美的解決方案，解決了人工抄表各站讀取時(shí)間點(diǎn)不一致，為進(jìn)一步做好流量數(shù)據(jù)的分析研判提供了良好的支撐。

1.智能流量變送器的安裝部署

智能流量變送器主要用于解決累計(jì)流量精準(zhǔn)采集問題，新型智能流量變送器既能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)脈沖信號變送器采集瞬時(shí)流量的功能，也能實(shí)現(xiàn)對機(jī)械流量字輪的同步精準(zhǔn)采集，能提供數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口。

1.1 組成結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)換器：與不同型號流量計(jì)的機(jī)械計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)軸配接機(jī)械傳動(dòng)連接裝置;傳感器：將流量計(jì)的機(jī)械計(jì)數(shù)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號的磁電轉(zhuǎn)換裝置;顯示表頭：具有微處理器和CMBUS總線控制器，進(jìn)行信號處理、顯示與遠(yuǎn)傳。

1.2 性能及特點(diǎn)

1.穩(wěn)定的瞬時(shí)量：兼顧了瞬時(shí)流量的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，瞬時(shí)流量刷新速度達(dá)每秒10次，穩(wěn)定性達(dá)0.1方/小時(shí)。2.數(shù)據(jù)保持：在外部供電連續(xù)掉電（指CMBUS失電）的情況下，確保180天以上不會(huì)中斷計(jì)數(shù)，更不會(huì)丟失累積流量數(shù)據(jù)失，有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)保持能力更不會(huì)丟失累積流量數(shù)據(jù)失，有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)保持能力。3.兩線制總線傳輸：采用2線制CMBUS總線（兩芯線兼顧供電和通訊）傳輸至CMBUS總線RTU，且一臺(tái)RTU利用一對總線可以掛接多達(dá)256臺(tái)現(xiàn)場儀表。

1.3 現(xiàn)場測試

選取某站進(jìn)行了測試，原有流量計(jì)型號開封腰輪流量計(jì)LL-300D容積式流量計(jì)，測試時(shí)間近一個(gè)月。試驗(yàn)過程主要分為四個(gè)步驟，現(xiàn)場考察、儀表設(shè)備安裝、設(shè)備調(diào)試、接入PLC系統(tǒng)。現(xiàn)場測試包括，上位機(jī)站控系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)結(jié)果以及該儀表數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。把原光電轉(zhuǎn)換器斷電后拆卸后，安裝上智能流量變送器并接入2芯電纜，在室內(nèi)機(jī)柜端接入智能轉(zhuǎn)換器后并配置好相關(guān)通訊參數(shù)要求，通過RJ45協(xié)議上傳至站控PLC，上位機(jī)系統(tǒng)做相應(yīng)地址對應(yīng)關(guān)系程序更新后，即實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)場儀表完全相同的瞬時(shí)與累計(jì)流量的結(jié)果顯示。現(xiàn)場反復(fù)斷電與供電、通訊線路反復(fù)短路試驗(yàn)，然后恢復(fù)正常狀態(tài)。觀察并計(jì)量智能流量變送器的可靠性、穩(wěn)定性和計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性。

1.3.2 測試結(jié)論

由現(xiàn)場試驗(yàn)人員記錄結(jié)果得出：1.站控?cái)?shù)據(jù)、數(shù)字表頭、機(jī)械字輪三個(gè)數(shù)據(jù)完全一致。2.對比光電脈沖轉(zhuǎn)換和RS-485傳輸表頭兩種方案，智能流量變送器機(jī)械字輪與數(shù)字表頭計(jì)量結(jié)果完全一致，既保證了站控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又保留了機(jī)械字輪的原始計(jì)量結(jié)果。該流量變送器支持各種帶有機(jī)械輸出轉(zhuǎn)軸的容積式流量計(jì)，且該流量變送器只需兩芯線纜，現(xiàn)場通過協(xié)議轉(zhuǎn)換，復(fù)用現(xiàn)有信號線纜，系統(tǒng)升級僅需更換儀表表頭，免去了布線工作量，可快速完成安裝升級，也大幅節(jié)約了施工成本。

2 站控報(bào)表的計(jì)算實(shí)現(xiàn)方式

現(xiàn)場采集的累計(jì)流量值與瞬時(shí)流量值遠(yuǎn)傳到站控系統(tǒng)后，需要進(jìn)行記錄和計(jì)算處理。根據(jù)生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)控的要求，站控系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)對每路流量計(jì)，得到每個(gè)整點(diǎn)的累計(jì)流量，即將當(dāng)前累計(jì)流量讀數(shù)與上小時(shí)累計(jì)流量讀數(shù)作差，得到前一小時(shí)的累計(jì)流量。此流量值用于計(jì)量化驗(yàn)，純油計(jì)算，交接雙方油量結(jié)算，電子報(bào)表生成等。目前在用的站控系統(tǒng)由于建設(shè)時(shí)期不同，共有INTOUCH、WINCC、組態(tài)王等三種組態(tài)軟件。本研究需要在三種組態(tài)軟件中實(shí)現(xiàn)同種邏輯的流量計(jì)算及歷史累計(jì)流量查看功能。員工要能方便地在站控系統(tǒng)中進(jìn)行查看等操作。

3 與生產(chǎn)計(jì)量報(bào)表的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)

站控1#中心服務(wù)器通過傳輸協(xié)議與站控PLC通訊，采集上小時(shí)的流量值。2#中心服務(wù)器通過力控NETSERVER協(xié)議實(shí)時(shí)讀取1#中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)每小時(shí)改變一次。2#中心服務(wù)器將采集到的數(shù)據(jù)通過OPC SERVER協(xié)議傳輸至生產(chǎn)計(jì)量報(bào)表服務(wù)器。每小時(shí)的59分鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。

3.1 OPC數(shù)據(jù)與報(bào)表關(guān)系關(guān)聯(lián)

OPC數(shù)據(jù)采集程序的目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)位清單來源于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，用戶能自主設(shè)置讀取點(diǎn)表。點(diǎn)表能與關(guān)系型電子報(bào)表中的管道、站間關(guān)系、進(jìn)出站關(guān)系、站點(diǎn)設(shè)備配置情況進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即與以設(shè)備為中心的生產(chǎn)與計(jì)量電子報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行了動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的配置界面如下（系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了流量、溫度、壓力、液位等監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)自動(dòng)讀取，本研究只討論流量讀取問題）。

3.2 OPC數(shù)據(jù)采集

在報(bào)表服務(wù)器中通過自主開發(fā)的OPC讀取程序，以目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)位名稱為清單，讀取2#中心服務(wù)器中的流量累計(jì)數(shù)據(jù)，每小時(shí)59分觸發(fā)，獲取的值即為各基層站控系統(tǒng)在每小時(shí)57分傳輸?shù)牧髁坷塾?jì)值，時(shí)差的設(shè)置避免了讀取延時(shí)或者網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)引進(jìn)的數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

3.3 關(guān)系型報(bào)表的流量數(shù)據(jù)展現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入均為在服務(wù)器后臺(tái)完成，而對于崗位員工用戶，使用的是生產(chǎn)與計(jì)量電子報(bào)表WEB客戶端，在每個(gè)整點(diǎn)導(dǎo)入之后，報(bào)表客戶端就能從數(shù)據(jù)庫查到實(shí)時(shí)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，員工及生產(chǎn)調(diào)度指揮人員能夠通過報(bào)表系統(tǒng)管理界面，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)控、修改、分析等操作，超過設(shè)定的時(shí)限，數(shù)據(jù)將自動(dòng)鎖定，不能再進(jìn)行編輯，關(guān)于報(bào)表系統(tǒng)相關(guān)存儲(chǔ)、分析，決策支持功能，非本課題討論重點(diǎn)，在此不作詳細(xì)介紹。至此，流量累計(jì)值的自動(dòng)采集傳輸計(jì)算及分析功能全部實(shí)現(xiàn)，通過以設(shè)備為中心設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)型生產(chǎn)與計(jì)量電子報(bào)表系統(tǒng)，流量數(shù)據(jù)及壓力、溫度等其它生產(chǎn)數(shù)據(jù)將得到系統(tǒng)性的匯總存儲(chǔ)，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析提供了可靠的數(shù)據(jù)與平臺(tái)支撐。

4、結(jié)束語

智能流量變送器實(shí)現(xiàn)了異地遠(yuǎn)程傳輸連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的瞬時(shí)流量和累積流量數(shù)據(jù)，能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與機(jī)械字輪的計(jì)數(shù)完全一致，非常適合油品輸送過程中作為流量數(shù)據(jù)采集的前端儀表使用，更是“數(shù)字化油田”建設(shè)中不可或缺的流量數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)儀表設(shè)備。通過現(xiàn)場儀表采集、站控?cái)?shù)據(jù)計(jì)算處理、服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，徹底解決了生產(chǎn)與計(jì)量報(bào)表系統(tǒng)獲取穩(wěn)定準(zhǔn)確的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，大大減輕的員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。