油罐車油罐容量粗計量詳細方案

1、目錄油罐車油罐容量粗計量詳細方案2一、概述及需求21.1 現(xiàn)有系統(tǒng)概述21.2 液位和體積計量需求2二、方案選定32.1 罐車時間運行工況31 .溫度要能承受的住230c的水蒸氣1個多小時的考驗32 .安裝好的傳感器長久時間能受罐內(nèi)油液沖擊不受影響干擾,能長久正常工作33 .傳感器尺寸不要超過護欄高度(180mm).32.2液位計選型31 .安裝法蘭到表頭的高度不要超過180mm32 .導(dǎo)波雷達液位計能承受230c水蒸氣一個小時蒸罐要求33 .傳感器加裝防沖擊護套不影響正常測量.34 .使用RS485通信35 .需要有防爆認(rèn)證32.3體積粗計量計量方案32.3.1 算法計算油罐內(nèi)體積32.3.

2、2 標(biāo)定方法實現(xiàn)油罐內(nèi)油的體積4三、設(shè)計詳情及規(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 工程執(zhí)行進度規(guī)劃73.5 需要協(xié)調(diào)局部工作7四、工程實行7油罐車油罐容量粗計量詳細方案、概述及需求1.1 現(xiàn)有系統(tǒng)概述在規(guī)劃此工程之前先來了解下現(xiàn)有罐式車輛實時智能檢測系統(tǒng)的總體架構(gòu),如下列圖.CAN篇線1dfdf1?轉(zhuǎn)換器1<轉(zhuǎn)換器2<I>轉(zhuǎn)換器3<S485總線液位液位油罐倉1油罐倉2位計倉3轉(zhuǎn)換器獲取人孔蓋和液位計信息,將這些信息傳給采集器,采

3、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)頁客戶端和手客戶端就可以實時顯示檢測的數(shù)據(jù).并根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)做治理和實現(xiàn)一些其他功能.1.2 液位和體積計量需求在罐式車輛實時智能檢測系統(tǒng)有一個非常重要的數(shù)據(jù)需要檢測,那就是油液的高度和對應(yīng)的體積,我們可以通過油液的高度,粗略的計算出油液體積,我們可以通過油液的高度,可清楚的知道當(dāng)前油罐車是處于加油狀態(tài),還是卸油狀態(tài),還可以知道是正常存儲狀態(tài)或漏油狀態(tài).針對非正常的卸油還可以判斷是否有其他人員盜油.所以罐式車輛實時智能檢測系統(tǒng)獲取準(zhǔn)確的油液高度和體積很有必要.對此我們就有了以下需求：1,罐式車輛實時智能檢測系統(tǒng)中,網(wǎng)頁客戶端和客戶端能實時

4、獲取罐車內(nèi)油液位高度和對應(yīng)體積.2.針對不同形狀的油罐,可以通過客戶端人機交互的方式將油罐相關(guān)參數(shù)下發(fā)到油罐體積計算終端轉(zhuǎn)換器.體積計算終端結(jié)合客戶端配置的參數(shù),和通過獲取傳感器的液位高度計算出油罐內(nèi)有的體積,并將液位數(shù)據(jù)和體積數(shù)返回到客戶端.、方案選定2.1 罐車時間運行工況在選定方案前這里先說清楚下實際油罐車運行情況.實際油罐車在裝油運行過程中,由于車輛的起停、加減速、拐彎等,會引起油罐內(nèi)油的晃動,并且晃動的油對油罐內(nèi)的物體比如說液位傳感器等和油罐壁都有一定的沖擊.在對油罐,還有蒸罐的情況,蒸罐實際就是使用高溫高壓水蒸氣通過油罐頂部對油罐內(nèi)壁的清洗的過程,清洗后冷卻的水滴通過底部流出,整個

5、蒸罐持續(xù)一個多小時左右.另外油罐車頂有對應(yīng)的護欄,我們選用的傳感器的高度不要超過護欄高度.通過上面的表達,我們在選用獲取液位高度的傳感器的時候,有幾個特別注意的參數(shù)就是：1,溫度要能承受的住230c的水蒸氣1個多小時的考驗2 .安裝好的傳感器長久時間能受罐內(nèi)油液沖擊不受影響干擾,能長久正常工作3 ,傳感器尺寸不要超過護欄高度180mm.2.2 液位計選型對于液位的測量方法有很多種,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壓力差和密度計算液位高度,還可以選擇浮球式液位計利用磁開關(guān)和霍爾元件實現(xiàn)或?qū)Рɡ走_液位計.對

6、于非接觸式的傳感器,由于罐內(nèi)還有其他結(jié)構(gòu)件,會影響實際測量值,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)有的溫度缺乏以到達完全去磁的溫度點,但是這個溫度會影響霍爾傳感器的精準(zhǔn),另外浮球長時間的浸泡在油液中,其自身重量會受到對應(yīng)改變,從而影響最后測量值的精準(zhǔn)度.導(dǎo)波雷達液位計是通過發(fā)送雷達沿金屬探桿傳導(dǎo),在遇到不同導(dǎo)電介質(zhì)時雷達波沿探桿返回.導(dǎo)波雷達液位計能很好的滿足我們的溫度的要求.我們也是在試驗了浮球液位計、壓差式液位計和超聲波液位計之后發(fā)現(xiàn)有各種問題的存,而慎重選擇了導(dǎo)波雷達液位計.選擇的導(dǎo)波雷達液位計的要求如下：1 .安裝法蘭到表頭的高度不要超

7、過180mm2 .導(dǎo)波雷達液位計能承受230c水蒸氣一個小時蒸罐要求3 .傳感器加裝防沖擊護套不影響正常測量.4 .使用RS485通信5,需要有防爆認(rèn)證2.3 體積粗計量計量方案對應(yīng)體積的計量這里分兩種情況考慮,一種是針對規(guī)那么罐體,可以通過數(shù)學(xué)建模,實現(xiàn)算法的方法通過液位數(shù)據(jù)和罐體尺寸相關(guān)參數(shù)計算得出,另一種是針對異形罐體,通過標(biāo)定的方法實現(xiàn)體積的粗計量,當(dāng)然粗計量也是適合所有罐體的.2.3.1 算法計算油罐內(nèi)體積由于油罐截面大局部都是規(guī)那么的形狀,我們可以通過數(shù)學(xué)微積分的方法實現(xiàn)油罐內(nèi)體積的計算,這里以橢圓形油罐為例作介紹.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

8、以罐的長度L就是油罐內(nèi)油的體積了.油罐長度L可通過人工輸入實際設(shè)計的油罐的長度,那么這個截面積S對應(yīng)液面高度不同而不同,我們可以通過微積分的方法來算出它.我們可以建立一個如圖示直角坐標(biāo)系,液位的改變對應(yīng)X軸,圖中油罐截面左邊的弧形是一個關(guān)于X的函數(shù)方程Y,我們暫記為Y=f(X)這個函數(shù)方程根據(jù)實際油罐形狀不同而不同,可以通過對應(yīng)油罐尺寸的相關(guān)參數(shù)獲取這個方程,這樣我們就可以通過這個方程和液位高度算出圖中陰影局部截面積HS'=(f(X)dx,由于罐車一般的是左右對稱保持平衡的,同樣右邊的截面積也可以求出.H這樣就獲取了實際油罐的截面積S=2S；油罐內(nèi)有的體積V=S*L=2*of(X)dx

9、*Lo上述講到的油罐車形狀及相關(guān)參數(shù)需要市場銷售人員與客戶溝通獲取對應(yīng)參數(shù),最好是要有對應(yīng)油罐的尺寸圖紙.通過算法計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)計出對應(yīng)的算法.另外參數(shù)需要平臺端人員設(shè)計對應(yīng)的參數(shù)錄入界面將需要的參數(shù)下發(fā)到轉(zhuǎn)換器進行計算.2.3.2 標(biāo)定方法實現(xiàn)油罐內(nèi)油的體積對于不規(guī)那么異形罐體,我們優(yōu)先采用標(biāo)定的方法將液位高度和與之對應(yīng)的體積做成一個二維表,這個表我們需要根據(jù)實際罐車現(xiàn)場測試獲得,獲取此標(biāo)定二維表非常麻煩,在此簡單介紹下如何獲取標(biāo)定二維表.最笨的方法是,我們使用一個固定容量容器(比方一個20L的桶),將容器中參加固定容量的水,然后倒入油罐中,待油罐中水平靜

10、后記錄下液位值,循環(huán)這個過程,直至到記錄完所有液位值.這樣就獲得了一個液位對應(yīng)體積的標(biāo)定二維表,平臺端需要做一個標(biāo)定界面,將這個標(biāo)定二維表下發(fā)到對應(yīng)的油罐車的轉(zhuǎn)換器.轉(zhuǎn)換器收到這個標(biāo)定二維表后需要將數(shù)據(jù)保存到存儲器中,在需要獲取液位的時候,根據(jù)從傳感器獲取的液位值,獲取存儲器中對應(yīng)液位值的體積值.然后將體積值發(fā)回平臺,這樣平臺出來后就可以從各個終端(主要是網(wǎng)頁和終端)看到對應(yīng)油罐車的體積值了.對應(yīng)的標(biāo)定二維表如下:序號(體積)V液位H1*20Lhl2*20Lh23*20Lh34*20Lh42.3.3 交互顯示界面平臺端需要做一個配置有關(guān)罐體參數(shù)的交互界面,通過在界面中填入相關(guān)參數(shù),將相關(guān)參數(shù)下

11、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,計算體積.罐體形狀*J對應(yīng)罐體描述圖片,幫助調(diào)試人員直觀的填寫相關(guān)參參數(shù)1*數(shù)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)按鈕對于異形罐通過標(biāo)定方法計算體積的,將上述標(biāo)定二維表下發(fā)給轉(zhuǎn)換器.標(biāo)正文件瀏覽確認(rèn)下發(fā)按鈕這里的交互界面暫時只是做簡單示意,后期根據(jù)具體實現(xiàn)再確定下來,也可以根據(jù)后期交流討論情況,增刪局部界面.三、設(shè)計詳情及規(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,通過RS485通信獲取傳感器相關(guān)數(shù)據(jù),使用CAN通信與采集器進行數(shù)據(jù)傳輸.具體硬件框圖如下：叩叩mrwr轉(zhuǎn)換器存儲器電路7RS48

12、5隔離通信接口傳感器RS485接口)轉(zhuǎn)換器供電模塊CAN隔離通信接口<rCAN隔離通信接口轉(zhuǎn)換器供電模J塊液位傳感器)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,詳細信息如下圖,具體還需閱讀對應(yīng)數(shù)據(jù)手冊.工業(yè)總線TD5(3)01MCAN系列MORNSUN®單路高速小體積CAN隔離收發(fā)模塊產(chǎn)品特點 兩端隔離2MKVDC 波特率高達1Mbps 工作溫度范圍：七-+1057： 符合ISO11B98-2標(biāo)港息線超時保護 同一網(wǎng)緒至少可支持連接】10個節(jié)點 超小體積,標(biāo)準(zhǔn)DIP8封裝 通過EN60950認(rèn)證選型衰認(rèn)證產(chǎn)品型號電源輸入(VDC)傳輸波特率rbp

13、a1胖態(tài)電流,mA)最大工作電就imA)總線最大電壓(V)節(jié)點數(shù)1DM1MCAN3.340?-】M30±56V110D30)MCAN/TD50JMCAN,主要玷能要m心盤口5電承轉(zhuǎn)換為BN總線的差分電事、實現(xiàn)博號酹嘉：是一款集或電源SS禽,僧號聊成.CAN敕發(fā)器和懸線煤護于一薄的8N總線駿去摸第.產(chǎn)晶自帶離麥耄蕾.過實寬緘68的電氣碣離.產(chǎn)蒸梟黑超小埠取封裝、段占一霰產(chǎn)品的40S.對更方便遺裁入黑戶澄拿便澄界輕松實現(xiàn)ON忐線國塔海連接總袋RS485隔離通信模塊采用小體積自動收發(fā)隔離RS485收發(fā)器,詳細信息如下列圖,具體還需閱讀對應(yīng)數(shù)據(jù)手冊.產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊DataSheetRSM485

14、M小體積自動收發(fā)隔離RS185收發(fā)器產(chǎn)品系列產(chǎn)品型號濕度迪圍隔晶耐壓封裝RSM4B5M40佇+1心5七250OVDCDIPB產(chǎn)品特性 超小體積 帶隔寤輸出電源腳 最多可連接64個節(jié)點 最大波特率500kbps 電磁輻射GME極低 電磁抗干擾EMS極高 集成電源隔離和信號隔離產(chǎn)品應(yīng)用 工業(yè)通訊 煤礦行業(yè) 電力監(jiān)控 石油化工 樓宇目動化 PLC與變頻器的通信«b-a«»«產(chǎn)品型號產(chǎn)品型號電源電壓(范圍J(VDC)靜態(tài)電薪(mA,Typ)最大工作電流(mA)傳輔I波特率fkbpsj節(jié)點數(shù)(pcs)類型RSM485M5(3S15-5.25)271005006d高

15、速對于硬件電路的其他詳細情況這里不再表達,具體請查閱轉(zhuǎn)換器原理圖.SPI通信3.2 轉(zhuǎn)換器軟件模塊軟件方面單片機需要使用到時鐘模塊,定時器模塊、看門狗模塊、串口模塊、接口模塊、IIC通信接口模塊、CAN通信模塊.根據(jù)實際具體情況,軟件需要實現(xiàn)根本3個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通信實現(xiàn)與采集器數(shù)據(jù)傳輸功能4 .其他軟件模塊功能,比方IAP在應(yīng)用升級功能,體積計算功能等.3.3 通信協(xié)議通信協(xié)議定制了各限制器之間的數(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

16、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)議詳見文檔?導(dǎo)波雷達RS485通訊協(xié)議?這里不再表達.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)議詳見文檔?數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與采集器通信協(xié)議?這里不再表達.需要說明的是,對于配置交互參數(shù),比方液位傳感器長度、安裝高度修正、罐體形狀、灌體各參數(shù)尺寸、倉形狀和相關(guān)參數(shù)、標(biāo)定表、角度傾斜修正開關(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 工程執(zhí)行進度規(guī)劃實際工程執(zhí)行進度規(guī)劃詳見文檔?03執(zhí)行進度規(guī)劃_信號轉(zhuǎn)換器體積粗計量.mpp»,這里不再復(fù)述,需要指出的是3月25號前寫好所有的代碼有點困難,可能局部代碼還需要等到3月25號后才能完成,主要是體積計量相關(guān)局部的代碼,具體看執(zhí)行進度規(guī)劃文檔.3.5 需要協(xié)調(diào)局部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)計人員溝通通信協(xié)議,與采集器板通信聯(lián)調(diào),與平臺交互配置數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào),標(biāo)定二維表數(shù)據(jù)的獲取,現(xiàn)場實際調(diào)試安裝,其他測試、調(diào)試、