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基于现场浮子流量计组的监控系统设计

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基于现场浮子流量计组的监控系统设计
点击次数: 发布时间:2016-11-23
针对工业现场广泛使用的浮子流量计组,设计了一种基于现场的监控系统。该系统以STM32 为核心控制器,集通信、采集和存储为一体,为实现对现场的实时监测本系统采用嵌入式操作系统μCOS-II 来完成任务的调度和管理。分别给出了浮子流量计的应用、监控系统的总体方案设计、硬件及软件设计。实际应用表明,该系统具有较好的可靠性、实时性、稳定性,同时也能有效地对现场的浮子流量计进行监测。
工业现场一般使用多组浮子流量计对现场各管道流体流量进行测量, 在制药化工等工业控制系统中流量参数起到十分重要的作用,在浮子流量计组运行过程中需要对当前管道压力、介质温度、浮子主体是否卡死、流量是否超限等信息进行监测。
本文主要根据工业现场对浮子流量计测量要求设计开发了用于浮子流量计组工作状态的监测系统,该系统具有成本低、生产调试简单、人机接口友好等特点,同时能够有效地对现场浮子流量计进行监测。
1、浮子流量计
浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降, 并以此来改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表。浮子流量计起源于19世纪60 年代,因其结构简单,工作可靠,压损小且稳定,可测低速流速介质等优点一直广泛应用于气体、液体的流量测量和自动控制系统中。其中常用的孔板型浮子流量计如图1所示。
2、监控系统总体结构
浮子流量计监控系统主要功能是模拟量采集输出, 数字量采集输出,由核心模块进行分析、处理、存储并和上位机通信。工业上常用的监控系统,从组成结构来看主要分为PLC为核心的监控系统、现场总线为核心的监控系统、单片机为核心的监控系统。本设计主要采用以单片机为核心的监控方法,该系统使用广泛,体积小、功耗低、操作方便、设计简便、成本低,是许多小型监控系统的首选。单片机为核心的监控系统结构如图2所示。本监测系统主要包括现场浮子流量计组、485总线、主控制板MCU 以及模拟数字输出控制模块。
3、监控系统硬件设计
现场浮子流量计监控系统的总体结构如图2所示。其中硬件系统主要功能是模拟量(温度、仪表信号)的采集,模拟量(4~20mA 电流)的输出,开关量的输入输出以及远距离RS485串行通讯和数据存储。其中监测系统硬件结构如图3 所示。为增强监测系统的抗干扰能力, 本设计采用带隔离的电源模块以及数字隔离器确保系统能够高效稳定工作。
4、监控系统软件实现
分析本系统软件设计需求:在对浮子流量计组运行状态过程中,通过模拟量的采集和分析对系统进行监控,如果发现某一数据值超过预设值后必须立即处理,与此同时需将信息传输至上位机。可见系统对软件的实时性要求较高, 而且在很短的时间内需要处理的任务较多,普通的前后台程序难以满足设计的要求。因此系统软件选择带有操作系统的嵌入式平台进行开发和设计。本设计采用基于STM32 的μC/OS-II 对监测系统的任务进行调度。
5、监测系统与上位机测试
上位机触控屏软件是利用触控屏供应商的组态软件设计的,作为一个将运用于工业现场的监控设备,其实用性和易用性是使用者比较重视的。当下位机的通讯任务接收到信号量, 主控制模块就会开始和上位机通信。下位机将采集到处理完整的数据传输到上位机内,上位机将其显示到触控屏上,使用者可以通过上位机了解空压机组的实时状态。图5 和图6 就是模拟量和数字量各个通道的实时值显示画面。

6、结束语
本系统能有效地监控空压机组运行时的各个状态,具有结构简单、功能完善、安装调试方便、维护成本低等优点,可根据需要支持诸如USB、CAN 等接口。本系统的设计方案和实现技术可以广泛地适用于其他工业生产的监控领域。

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