1 引言
  隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高,在很多情況下需要集中監(jiān)測(cè)多個(gè)流量點(diǎn),如在石油注水開(kāi)采過(guò)程中,為了保持開(kāi)采效果、保護(hù)地下環(huán)境及隨后分析注水?dāng)?shù)據(jù),需要對(duì)注水量進(jìn)行監(jiān)測(cè),在油田系統(tǒng)中逐漸使用智能儀表來(lái)計(jì)量油井的出油量。計(jì)量?jī)x表精確度的高低直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前,我國(guó)的流量計(jì)起步晚,起點(diǎn)低,還比較落后。使用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的流量計(jì)作為二次儀">

      技術(shù)頻道

      渦街流量計(jì)的二次儀表設(shè)計(jì)

      1 引言
        隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高,在很多情況下需要集中監(jiān)測(cè)多個(gè)流量點(diǎn),如在石油注水開(kāi)采過(guò)程中,為了保持開(kāi)采效果、保護(hù)地下環(huán)境及隨后分析注水?dāng)?shù)據(jù),需要對(duì)注水量進(jìn)行監(jiān)測(cè),在油田系統(tǒng)中逐漸使用智能儀表來(lái)計(jì)量油井的出油量。計(jì)量?jī)x表精確度的高低直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前,我國(guó)的流量計(jì)起步晚,起點(diǎn)低,還比較落后。使用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的流量計(jì)作為二次儀表是非常適用的,對(duì)油田自動(dòng)化有很大的促進(jìn)。
        2 系統(tǒng)原理
         就整體結(jié)構(gòu)而言,流量計(jì)主要由渦街流量傳感器、前置放大器、計(jì)數(shù)顯示單元組成。渦街流量傳感器主要由漩渦發(fā)生體、漩渦頻率檢測(cè)器和殼體構(gòu)成,其作用是產(chǎn)生穩(wěn)定和強(qiáng)烈的漩渦,并檢出產(chǎn)生漩渦的頻率和輸出與漩渦頻率成正比的電信號(hào)。漩渦發(fā)生體是渦街流量計(jì)的重要元件,為了產(chǎn)生強(qiáng)烈和穩(wěn)定的渦街,并在較寬的管道雷諾數(shù)范圍內(nèi)具有恒定的斯特勞哈爾數(shù)以保證儀表的線性輸出,漩渦發(fā)生體必須有一定的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸比例,這要通過(guò)實(shí)踐來(lái)確定。
        就一般情況來(lái)說(shuō),由于檢測(cè)元件輸出的信號(hào)比較微弱且含有噪聲,所以各種檢測(cè)方式的前置放大器還應(yīng)包括放大、濾波、整形等部分,合起來(lái)也稱(chēng)為一次儀表。
        計(jì)數(shù)顯示單元也稱(chēng)
      為流量計(jì)的二次儀表,一般由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成流量顯示儀表,它對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的記錄、存儲(chǔ)、計(jì)算和設(shè)置等功能。另外,還要控制液晶顯示器以顯示其測(cè)得的瞬時(shí)流量和總流量等信息。有的流量計(jì)為了與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,還帶有通信接口,以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。
        用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的儀表具有多種功能。由軟件調(diào)節(jié)非線性誤差的智能流量顯示儀是和各種脈沖輸出的一次流量測(cè)量?jī)x表相配套的二次儀表,具有如下特點(diǎn):
        ●采用微處理技術(shù),可靠性高;
        ●采用微功耗器件,耗電少,適合電池供電;
        ●可同時(shí)顯示累積流量和瞬時(shí)流量;
        ●采用智能多段流量軟件補(bǔ)償技術(shù),測(cè)量精度高;
        ●可以存儲(chǔ)流量。
        它的技術(shù)性能如下所述。
        輸入信號(hào)是一次儀表的頻率輸入信號(hào),與流量傳感器相接,經(jīng)檢測(cè)、放大后得到被測(cè)介質(zhì)的流量,信號(hào)頻率為0MHz~1 000Hz的脈沖信號(hào)。傳感器連接電纜的長(zhǎng)度小于1 000m,導(dǎo)線電容小于0.1μF,電感小于10mH,智能流量顯示儀(二次儀表)放在計(jì)量間里,每個(gè)計(jì)量間可容納30臺(tái)顯示儀。
        輸出信號(hào)有2種:累積流量顯示是8位浮點(diǎn)式,開(kāi)始顯示小數(shù)點(diǎn)后5位(0.000 00m3),最后顯示小數(shù)點(diǎn)后3位(0 000.000m3),表示儀表開(kāi)始工作后的累計(jì)流量;瞬時(shí)流量顯示是4位浮點(diǎn)式,開(kāi)始顯示小數(shù)點(diǎn)后2位(00.00m3),最后顯示小數(shù)點(diǎn)后1位(000.Om3),表示當(dāng)前的瞬時(shí)流量。
        抗干擾:lOkW~17kW電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),顯示不變化。
        準(zhǔn)確度:無(wú)修正時(shí)為3%左右,修正后為±0.01%。
        流量修正范圍:在全流程范圍內(nèi)8段進(jìn)行補(bǔ)償修正。
        設(shè)置累積流量的補(bǔ)償系數(shù)位:最多8位整數(shù)。
        電源:4V~5V直流。
        總耗電:<1.0mW。
        帶LB欠壓指示。
        環(huán)境溫度范圍:-20℃~70℃。
        相對(duì)濕度:<85%。
        隔爆型外殼。
        3 硬件組成
        硬件中的核心是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51/LV51型單片機(jī),它是低功耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)有1個(gè)4K字節(jié)的Flash可編程和可擦除只讀存儲(chǔ)器,采用CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù),其輸出引腳和指令系統(tǒng)與MSC-5l型單片機(jī)兼容。

        存儲(chǔ)流量用的存儲(chǔ)器是ATMEL公司的AT24C16系列,它是帶有2K字節(jié)Flash的可電擦除、可編程只讀存儲(chǔ)器。單片機(jī)的。RXD口和TXD口分別與它的SCI.和SDA相連,進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
        測(cè)量時(shí),用1個(gè)1s的硬件復(fù)位電路接到。RE-SET端,使單片機(jī)定時(shí)復(fù)位。單片機(jī)以省電模式工作,每次輸入、累計(jì)、顯示處理后等待喚醒,工作功耗非常小。設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)時(shí),復(fù)位腳正常連接。
        輸入脈沖通過(guò)分頻和74HC393鎖存后,送入單片機(jī)的P2口。在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)程序處理后,輸出顯示信號(hào)送到P1口(數(shù)據(jù)4位,選擇信號(hào)4位)。數(shù)據(jù)中有4位送入MC14543(BCD鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)動(dòng)器)中,共有12個(gè)MC14543,分別控制與累計(jì)流量8位及瞬時(shí)流量4位相連的液晶塊的顯示數(shù)據(jù),4位選擇信號(hào)送到CD4514型譯碼器(4位鎖存,4-16線譯碼器),選擇接收數(shù)據(jù)的MC14543型電路和浮動(dòng)顯示的小數(shù)點(diǎn)位。
        硬件分為二部分:控制部分對(duì)流量信號(hào)進(jìn)行處理,得到累積流量和瞬時(shí)流量的顯示數(shù)據(jù),如圖1所示;顯示部分將顯示數(shù)據(jù)送到液晶顯示屏,如圖2所示。這二部分通過(guò)10針的插座J1相連。

        4 軟件設(shè)計(jì)

        主程序框圖如圖3所示。


        

      5 使用效果與改進(jìn)

        本智能流量顯示儀用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量已有5年多時(shí)間,運(yùn)行可靠,測(cè)量準(zhǔn)確,性?xún)r(jià)比非常高,易于功能擴(kuò)展。現(xiàn)已加入流量報(bào)警和控制流量大小等功能。當(dāng)流量超過(guò)設(shè)定的報(bào)警值時(shí),能發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警;當(dāng)設(shè)定流量控制參數(shù)后,可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量大小。該儀表也可以結(jié)合工業(yè)組態(tài)軟件MCGS或組態(tài)王,作為下位機(jī)收集流量數(shù)據(jù),送給組態(tài)服務(wù)器進(jìn)行處理。

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