油罐車(chē)油罐容量粗計(jì)量詳細(xì)方案

1、目錄油罐車(chē)油罐容量粗計(jì)量詳細(xì)方案2一、 概述及需求21.1現(xiàn)有系統(tǒng)概述21.2液位和體積計(jì)量需求2二、 方案選定32.1罐車(chē)時(shí)間運(yùn)行工況31. 溫度要能承受的住230的水蒸氣1個(gè)多小時(shí)的考驗(yàn)32. 安裝好的傳感器長(zhǎng)久時(shí)間能受罐內(nèi)油液沖擊不受影響干擾，能長(zhǎng)久正常工作33. 傳感器尺寸不要超過(guò)護(hù)欄高度（180mm）。32.2液位計(jì)選型31. 安裝法蘭到表頭的高度不要超過(guò)180mm32. 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)能承受230水蒸氣一個(gè)小時(shí)蒸罐要求33. 傳感器加裝防沖擊護(hù)套不影響正常測(cè)量。34. 使用RS485通信35. 需要有防爆認(rèn)證32.3體積粗計(jì)量計(jì)量方案32.3.1算法計(jì)算油罐內(nèi)體積32.3.2標(biāo)定方

2、法實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)油的體積4三、 設(shè)計(jì)詳情及規(guī)劃53.1轉(zhuǎn)換器硬件框圖53.2轉(zhuǎn)換器軟件模塊63.3通信協(xié)議63.3.1轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議63.3.2轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議63.4項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃73.5需要協(xié)調(diào)部分工作7四、 項(xiàng)目實(shí)行7油罐車(chē)油罐容量粗計(jì)量詳細(xì)方案1、 概述及需求1.1現(xiàn)有系統(tǒng)概述在規(guī)劃此項(xiàng)目之前先來(lái)了解下現(xiàn)有罐式車(chē)輛實(shí)時(shí)智能檢測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，如下圖。轉(zhuǎn)換器1轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換器3油罐倉(cāng)1 油罐倉(cāng)2 油罐 倉(cāng)3小大小大小大 液位計(jì) 液位計(jì) 液位計(jì)卸油閥卸油閥卸油閥卸油閥卸油閥卸油閥采集器CAN總線RS485總線RS485總線RS485總線終端云端轉(zhuǎn)換器獲

3、取人孔蓋和液位計(jì)信息，將這些信息傳給采集器，采集器將這些信息傳給終端，終端將這些信息傳遞到云端，這樣網(wǎng)頁(yè)客戶(hù)端和手客戶(hù)端就可以實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)的數(shù)據(jù)。并根據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)做管理和實(shí)現(xiàn)一些其他功能。1.2液位和體積計(jì)量需求在罐式車(chē)輛實(shí)時(shí)智能檢測(cè)系統(tǒng)有一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)需要檢測(cè)，那就是油液的高度和對(duì)應(yīng)的體積，我們可以通過(guò)油液的高度，粗略的計(jì)算出油液體積，我們可以通過(guò)油液的高度，可清楚的知道當(dāng)前油罐車(chē)是處于加油狀態(tài)，還是卸油狀態(tài)，還可以知道是正常存儲(chǔ)狀態(tài)或漏油狀態(tài)。針對(duì)非正常的卸油還可以判斷是否有其他人員盜油。所以罐式車(chē)輛實(shí)時(shí)智能檢測(cè)系統(tǒng)獲取準(zhǔn)確的油液高度和體積很有必要。對(duì)此我們就有了以下需求：1. 罐式車(chē)

4、輛實(shí)時(shí)智能檢測(cè)系統(tǒng)中，網(wǎng)頁(yè)客戶(hù)端和手機(jī)客戶(hù)端能實(shí)時(shí)獲取罐車(chē)內(nèi)油液位高度和對(duì)應(yīng)體積。2. 針對(duì)不同形狀的油罐，可以通過(guò)客戶(hù)端人機(jī)交互的方式將油罐相關(guān)參數(shù)下發(fā)到油罐體積計(jì)算終端（轉(zhuǎn)換器）。體積計(jì)算終端結(jié)合客戶(hù)端配置的參數(shù)，和通過(guò)獲取傳感器的液位高度計(jì)算出油罐內(nèi)有的體積，并將液位數(shù)據(jù)和體積數(shù)返回到客戶(hù)端。2、 方案選定2.1罐車(chē)時(shí)間運(yùn)行工況在選定方案前這里先說(shuō)清楚下實(shí)際油罐車(chē)運(yùn)行情況。實(shí)際油罐車(chē)在裝油運(yùn)行過(guò)程中，由于車(chē)輛的起停、加減速、拐彎等，會(huì)引起油罐內(nèi)油的晃動(dòng)，并且晃動(dòng)的油對(duì)油罐內(nèi)的物體（比如說(shuō)液位傳感器等）和油罐壁都有一定的沖擊。在對(duì)油罐，還有蒸罐的情況，蒸罐實(shí)際就是使用高溫高壓水蒸氣通過(guò)油罐

5、頂部對(duì)油罐內(nèi)壁的清洗的過(guò)程，清洗后冷卻的水滴通過(guò)底部流出，整個(gè)蒸罐持續(xù)一個(gè)多小時(shí)左右。另外油罐車(chē)頂有對(duì)應(yīng)的護(hù)欄，我們選用的傳感器的高度不要超過(guò)護(hù)欄高度。通過(guò)上面的敘述，我們?cè)谶x用獲取液位高度的傳感器的時(shí)候，有幾個(gè)特別注意的參數(shù)就是：1. 溫度要能承受的住230的水蒸氣1個(gè)多小時(shí)的考驗(yàn)2. 安裝好的傳感器長(zhǎng)久時(shí)間能受罐內(nèi)油液沖擊不受影響干擾，能長(zhǎng)久正常工作3. 傳感器尺寸不要超過(guò)護(hù)欄高度（180mm）。2.2液位計(jì)選型對(duì)于液位的測(cè)量方法有很多種，有非接觸式的和接觸式的。非接觸式的方案我們可以選擇應(yīng)用超聲波或者雷達(dá)原理的傳感器。接觸式的我們可以選擇投入式的壓力傳感器通過(guò)壓力差和密度計(jì)算液位高度，還

6、可以選擇浮球式液位計(jì)（利用磁開(kāi)關(guān)和霍爾元件實(shí)現(xiàn)）或?qū)Рɡ走_(dá)液位計(jì)。對(duì)于非接觸式的傳感器，因?yàn)楣迌?nèi)還有其他結(jié)構(gòu)件，會(huì)影響實(shí)際測(cè)量值，如果排除罐內(nèi)結(jié)構(gòu)件的干擾，非接觸式的傳感器應(yīng)該是首選。由于高溫有去磁的作用，雖然我們現(xiàn)有的溫度不足以達(dá)到完全去磁的溫度點(diǎn)，但是這個(gè)溫度會(huì)影響霍爾傳感器的精準(zhǔn)，另外浮球長(zhǎng)時(shí)間的浸泡在油液中，其自身重量會(huì)受到對(duì)應(yīng)改變，從而影響最后測(cè)量值的精準(zhǔn)度。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是通過(guò)發(fā)送雷達(dá)沿金屬探桿傳導(dǎo)，在遇到不同導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)雷達(dá)波沿探桿返回。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)能很好的滿(mǎn)足我們的溫度的要求。我們也是在試驗(yàn)了浮球液位計(jì)、壓差式液位計(jì)和超聲波液位計(jì)之后發(fā)現(xiàn)有各種問(wèn)題的存，而慎重選擇了導(dǎo)波雷達(dá)液位

7、計(jì)。選擇的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的要求如下：1. 安裝法蘭到表頭的高度不要超過(guò)180mm2. 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)能承受230水蒸氣一個(gè)小時(shí)蒸罐要求3. 傳感器加裝防沖擊護(hù)套不影響正常測(cè)量。4. 使用RS485通信5. 需要有防爆認(rèn)證2.3體積粗計(jì)量計(jì)量方案對(duì)應(yīng)體積的計(jì)量這里分兩種情況考慮，一種是針對(duì)規(guī)則罐體，可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模，實(shí)現(xiàn)算法的方法通過(guò)液位數(shù)據(jù)和罐體尺寸相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出，另一種是針對(duì)異形罐體，通過(guò)標(biāo)定的方法實(shí)現(xiàn)體積的粗計(jì)量，當(dāng)然粗計(jì)量也是適合所有罐體的。2.3.1算法計(jì)算油罐內(nèi)體積因?yàn)橛凸藿孛娲蟛糠侄际且?guī)則的形狀，我們可以通過(guò)數(shù)學(xué)微積分的方法實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)體積的計(jì)算，這里以橢圓形油罐為例作介紹。X軸Y

8、軸液位如上圖，要求油罐內(nèi)液位體積，先求油罐內(nèi)油的截面積S，再將截面積S乘以罐的長(zhǎng)度L就是油罐內(nèi)油的體積了。油罐長(zhǎng)度L可通過(guò)人工輸入實(shí)際設(shè)計(jì)的油罐的長(zhǎng)度，那么這個(gè)截面積S對(duì)應(yīng)液面高度不同而不同，我們可以通過(guò)微積分的方法來(lái)算出它。我們可以建立一個(gè)如圖示直角坐標(biāo)系，液位的改變對(duì)應(yīng)X軸，圖中油罐截面左邊的弧形是一個(gè)關(guān)于X的函數(shù)方程Y，我們暫記為Y=f(X),這個(gè)函數(shù)方程根據(jù)實(shí)際油罐形狀不同而不同，可以通過(guò)對(duì)應(yīng)油罐尺寸的相關(guān)參數(shù)獲取這個(gè)方程,這樣我們就可以通過(guò)這個(gè)方程和液位高度算出圖中陰影部分截面積S=，由于罐車(chē)一般的是左右對(duì)稱(chēng)保持平衡的，同樣右邊的截面積也可以求出。這樣就獲取了實(shí)際油罐的截面積S=2S

9、，油罐內(nèi)有的體積V=S*L=2 * * L。上述講到的油罐車(chē)形狀及相關(guān)參數(shù)需要市場(chǎng)銷(xiāo)售人員與客戶(hù)溝通獲取對(duì)應(yīng)參數(shù)，最好是要有對(duì)應(yīng)油罐的尺寸圖紙。通過(guò)算法計(jì)算必須先要知道罐體截面積形狀相關(guān)參數(shù)，這樣才能設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的算法。另外參數(shù)需要平臺(tái)端人員設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的參數(shù)錄入界面將需要的參數(shù)下發(fā)到轉(zhuǎn)換器進(jìn)行計(jì)算。2.3.2標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)油的體積對(duì)于不規(guī)則異形罐體，我們優(yōu)先采用標(biāo)定的方法將液位高度和與之對(duì)應(yīng)的體積做成一個(gè)二維表，這個(gè)表我們需要根據(jù)實(shí)際罐車(chē)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得，獲取此標(biāo)定二維表非常麻煩，在此簡(jiǎn)單介紹下如何獲取標(biāo)定二維表。最笨的方法是，我們使用一個(gè)已知固定容量容器（比如一個(gè)20L的桶），將容器中加入固定容

10、量的水，然后倒入油罐中，待油罐中水平靜后記錄下液位值，循環(huán)這個(gè)過(guò)程，直至到記錄完所有液位值。這樣就獲得了一個(gè)液位對(duì)應(yīng)體積的標(biāo)定二維表，平臺(tái)端需要做一個(gè)標(biāo)定界面，將這個(gè)標(biāo)定二維表下發(fā)到對(duì)應(yīng)的油罐車(chē)的轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器收到這個(gè)標(biāo)定二維表后需要將數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中，在需要獲取液位的時(shí)候，根據(jù)從傳感器獲取的液位值，獲取存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)液位值的體積值。然后將體積值發(fā)回平臺(tái)，這樣平臺(tái)出來(lái)后就可以從各個(gè)終端（主要是網(wǎng)頁(yè)和手機(jī)終端）看到對(duì)應(yīng)油罐車(chē)的體積值了。對(duì)應(yīng)的標(biāo)定二維表如下：序號(hào)(體積)V液位H1*20Lh12*20Lh23*20Lh34*20Lh4.2.3.3交互顯示界面平臺(tái)端需要做一個(gè)配置有關(guān)罐體參數(shù)的交互界

11、面，通過(guò)在界面中填入相關(guān)參數(shù)，將相關(guān)參數(shù)下發(fā)到轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器根據(jù)獲得的參數(shù)和交互界面指定的算法，計(jì)算體積。罐體形狀*對(duì)應(yīng)罐體描述圖片，幫助調(diào)試人員直觀的填寫(xiě)相關(guān)參數(shù)參數(shù)1*參數(shù)2*參數(shù)3*參數(shù)4*.參數(shù)n*恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)按鈕確認(rèn)下發(fā)按鈕對(duì)于異形罐通過(guò)標(biāo)定方法計(jì)算體積的，將上述標(biāo)定二維表下發(fā)給轉(zhuǎn)換器。標(biāo)定文件瀏覽確認(rèn)下發(fā)按鈕這里的交互界面暫時(shí)只是做簡(jiǎn)單示意，后期根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)再確定下來(lái)，也可以根據(jù)后期交流討論情況，增刪部分界面。3、 設(shè)計(jì)詳情及規(guī)劃3.1轉(zhuǎn)換器硬件框圖轉(zhuǎn)換器采用現(xiàn)有硬件框架，使用stm32單片機(jī)，通過(guò)RS485通信獲取傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)，使用CAN通信與采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。具體硬件框圖如

12、下：液位傳感器轉(zhuǎn)換器RS485隔離通信接口CAN隔離通信接口轉(zhuǎn)換器供電模塊采集器器轉(zhuǎn)換器供電模塊傳感器RS485接口CAN隔離通信接口存儲(chǔ)器電路CAN隔離通信模塊采用單路高速小體積CAN隔離收發(fā)模塊TD301MCAN，詳細(xì)信息如下圖，具體還需閱讀對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)。RS485隔離通信模塊采用小體積自動(dòng)收發(fā)隔離RS485收發(fā)器，詳細(xì)信息如下圖，具體還需閱讀對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)。對(duì)于硬件電路的其他詳細(xì)情況這里不再敘述，具體請(qǐng)查閱轉(zhuǎn)換器原理圖。3.2轉(zhuǎn)換器軟件模塊軟件方面單片機(jī)需要使用到時(shí)鐘模塊，定時(shí)器模塊、看門(mén)狗模塊、串口模塊、SPI通信接口模塊、IIC通信接口模塊、CAN通信模塊。根據(jù)實(shí)際具體情況，軟件需要實(shí)

13、現(xiàn)基本3個(gè)軟件模塊的功能和其他軟件模塊功能，分別是：1. 參數(shù)保存，讀取功能2. RS485通信獲取傳感器數(shù)據(jù)功能3. CAN通信實(shí)現(xiàn)與采集器數(shù)據(jù)傳輸功能4. 其他軟件模塊功能，比如IAP（在應(yīng)用升級(jí)功能），體積計(jì)算功能等。3.3通信協(xié)議通信協(xié)議定制了各控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸格式，這里主要有兩部通信協(xié)議，分別是轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議和轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議。3.3.1轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議詳見(jiàn)文檔導(dǎo)波雷達(dá)RS485通訊協(xié)議這里不再敘述。3.3.2轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議詳

14、見(jiàn)文檔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與采集器通信協(xié)議這里不再敘述。需要說(shuō)明的是，對(duì)于配置交互參數(shù)，比如液位傳感器長(zhǎng)度、安裝高度修正、罐體形狀、灌體各參數(shù)尺寸、倉(cāng)形狀和相關(guān)參數(shù)、標(biāo)定表、角度傾斜修正開(kāi)關(guān)、濾波指定、校準(zhǔn)提示、等參數(shù)錄入配置轉(zhuǎn)換器設(shè)備的數(shù)據(jù)協(xié)議需要在獲取液位后再溝通商定。3.4項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃詳見(jiàn)文檔03執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃_信號(hào)轉(zhuǎn)換器體積粗計(jì)量.mpp，這里不再?gòu)?fù)述，需要指出的是3月25號(hào)前寫(xiě)好所有的代碼有點(diǎn)困難，可能部分代碼還需要等到3月25號(hào)后才能完成，主要是體積計(jì)量相關(guān)部分的代碼，具體看執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃文檔。3.5需要協(xié)調(diào)部分工作這里羅列下需要協(xié)調(diào)的工作，主要有，與采集器設(shè)計(jì)人員溝通通信協(xié)議，與采集器板通信聯(lián)調(diào)，與平臺(tái)交互配置數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)，標(biāo)定二維表數(shù)據(jù)的獲取，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試安裝，其他測(cè)試、調(diào)試、溝通、采購(gòu)等需要的協(xié)助。4、 項(xiàng)目實(shí)行在選定好液位傳感器后，我們需要對(duì)其調(diào)試