專利名稱：天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種解決天然氣集輸站場(chǎng)天然氣自動(dòng)計(jì)量的裝置，具體地說(shuō)，是天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊。
背景技術(shù)：
我們于2000年10月25日，通過(guò)四川省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所對(duì)“TT2000B天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)”的查新得知，目前還沒(méi)有使用計(jì)算機(jī)對(duì)天然氣集輸站場(chǎng)天然氣自動(dòng)計(jì)量的裝置，但我們?cè)谑忻嫔弦?jiàn)到了類似的產(chǎn)品。通過(guò)實(shí)際工作中使用情況對(duì)比，有的產(chǎn)品其數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)及管理均集中在一臺(tái)工控機(jī)上完成，一旦工控機(jī)出現(xiàn)故障整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)將無(wú)法正常工作，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性得不得有效的保證；也有采用單板機(jī)的產(chǎn)品，但一個(gè)單板機(jī)僅用于一個(gè)計(jì)量回路，且不具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，集成度不高；上述兩類產(chǎn)品都需另加防雷裝置；都不具備全線程聲、光程控報(bào)警；都必須備有大容量的后備電源確保系統(tǒng)的連續(xù)工作，增加了整套系統(tǒng)的造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用。
技術(shù)內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種提高天然氣計(jì)量的安全性、穩(wěn)定性、可靠性、連續(xù)性及準(zhǔn)確度的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的在技術(shù)管線上分別有差壓變速器2、壓力變送器3、溫度變送器4，面板1上通道5，通道5與I/V轉(zhuǎn)換器6、保護(hù)電路7、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器8及中央處理器(CPU)9依次連通。
本實(shí)用新型還采用如下技術(shù)方案
保護(hù)電路7與中央處理器(CPU)9之間有通道轉(zhuǎn)化器11。
差壓變送器2可以與通道5A連接，壓力變送器3可以與通道5B連接，溫度變送器4可以與通道5C連接。
通道5可以有1個(gè)以上的通口。
面板1上有自動(dòng)復(fù)位(看門狗)10。
面板1上設(shè)置有報(bào)警輸出接口12。
面板1上分別設(shè)置有實(shí)時(shí)時(shí)鐘13、工作指示燈14、電源控制器15。
利用目前最新的電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將在線實(shí)時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集、流量計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)上傳任務(wù)從群測(cè)實(shí)時(shí)采集的微機(jī)計(jì)量系統(tǒng)中分離出來(lái)，加以模塊化，即由計(jì)量模塊(通過(guò)對(duì)CPU尋址擴(kuò)容后可存儲(chǔ)35天的計(jì)量數(shù)據(jù))完成，工控機(jī)(即上位機(jī))僅做計(jì)量管理、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信等工作，從而實(shí)現(xiàn)了天然氣流量計(jì)量數(shù)據(jù)的分布式采集、集中式管理的上下位微機(jī)結(jié)構(gòu)模式，增強(qiáng)了計(jì)量系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性；計(jì)量模塊采用集散式設(shè)計(jì)方式，通過(guò)采用高速高精度數(shù)據(jù)采集、低功耗集成電路、多種軟硬件抗干擾技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)，提高系統(tǒng)對(duì)計(jì)量物理參數(shù)(差壓變送器、壓力變送器和溫度變送器的電信號(hào))采集的轉(zhuǎn)換精度(設(shè)計(jì)為0.06％)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確度；通過(guò)對(duì)計(jì)量模塊實(shí)施的看門狗技術(shù)和專用電源技術(shù)確保了計(jì)量模塊的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性；計(jì)量模塊中32個(gè)通道都集成了防感應(yīng)雷擊保護(hù)電路和MOTOROLA公司專用防雷器件，運(yùn)用多級(jí)強(qiáng)電吸收網(wǎng)絡(luò)抑制雷擊時(shí)的強(qiáng)電信號(hào)的感應(yīng)防雷技術(shù)，很好地解決了計(jì)量系統(tǒng)的防雷擊及其可靠性問(wèn)題，同時(shí)，可降低另行配置信號(hào)避雷器所造成的高成本；完全達(dá)到發(fā)明的目的，中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院測(cè)試結(jié)論基本誤差≤0.05％(誤差按引用誤差表示)，優(yōu)于≤0.06％的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模結(jié)構(gòu)圖，圖2為天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖3為天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊現(xiàn)場(chǎng)裝配圖。
具體實(shí)施計(jì)量模塊由采集系統(tǒng)、CPU微處理器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、下位機(jī)軟件、RS-485通信接口、報(bào)警輸出、電源和看門狗等部份組成。
計(jì)量模塊的基本工作原理以下圖為例，說(shuō)明如下。
如圖1所示安裝在集輸管線節(jié)流裝置(如孔板閥)上的一次儀表差壓變送器2、壓力變送器3、溫度變送器4，將采集到的4-20mA電流信號(hào)送到天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊面板1上的任意通道5(如圖中的通道5A、通道5B、通道5C，至于那個(gè)通道對(duì)應(yīng)那個(gè)計(jì)量回路，由用戶設(shè)定，一個(gè)計(jì)量模塊有32個(gè)通道，可接入10個(gè)計(jì)量回路及兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，也可以將監(jiān)測(cè)點(diǎn)增加到16個(gè)，但計(jì)量回路就只能接5個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以是管線壓力、分離器壓力、液位高度、硫化氫及二氧化碳濃度等)。32個(gè)通道5的4-20mA電流信號(hào)(圖中只畫(huà)出了一個(gè)計(jì)量回路的3個(gè)通道)，同時(shí)由I/V轉(zhuǎn)換器6將4-20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成1-5V的電壓信號(hào)，再經(jīng)防感應(yīng)雷擊保護(hù)電路7(MOTOROLA公司專用防雷器件及其它器件)的多級(jí)強(qiáng)電吸收網(wǎng)絡(luò)，抑制雷擊時(shí)的強(qiáng)電信號(hào)，處理后的信號(hào)處于待命狀態(tài)，等待CPU9的指令。CPU9根據(jù)進(jìn)程，指令通道轉(zhuǎn)換器11將某一通道的信號(hào)送入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器8除進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換外，還對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。得到的數(shù)字信號(hào)送入CPU9，并將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，然后CPU9指令通道轉(zhuǎn)換器11將下一通道的信號(hào)送入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器8，當(dāng)CPU9收集完一個(gè)計(jì)量回路的差壓、壓力、溫度數(shù)據(jù)后，再指令通道轉(zhuǎn)換器將下一計(jì)量回路的相應(yīng)通道的信號(hào)送入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器8，以此完成對(duì)32個(gè)通道數(shù)據(jù)的分時(shí)采集，采樣速率為256次/秒；8次/每通道.秒。一個(gè)進(jìn)程的采集完成后，CPU9用程序存儲(chǔ)器17(程序存儲(chǔ)器中保存了程序和天然氣計(jì)量的有關(guān)參數(shù))中的程序，根據(jù)SY/T 6143-1996標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的計(jì)算方法計(jì)算出每一個(gè)計(jì)量回路的流量(每秒鐘取8個(gè)點(diǎn)的均值進(jìn)行計(jì)算，得到秒流量，小時(shí)流量、日流量、累積流量是秒流量的累加值)，計(jì)算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16(可保存35天數(shù)據(jù))中。同時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。到此，走完一個(gè)進(jìn)程，以下的進(jìn)程就是如次循環(huán)。如果上位機(jī)是開(kāi)啟的，將通過(guò)RS-485接口，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)(計(jì)量模塊的CPU將隨時(shí)檢測(cè)上位機(jī)是否開(kāi)啟，只要上位機(jī)一打開(kāi)，計(jì)量模塊就開(kāi)設(shè)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù))，由上位機(jī)計(jì)量管理軟件完成計(jì)量數(shù)據(jù)的管理、遠(yuǎn)程傳輸?shù)?；天然氣?jì)量的有關(guān)參數(shù)也通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)和RS-485接口寫(xiě)入計(jì)量模塊中。為了在市電停電時(shí)能實(shí)現(xiàn)壓力、流量、差壓、溫度越限程控聲光報(bào)警，計(jì)量模塊上還設(shè)置了報(bào)警輸出接口12。配合計(jì)量模塊工作的還有實(shí)時(shí)時(shí)鐘13、工作指示燈14、自動(dòng)復(fù)位(看門狗10)電路、電源控制器15及由相應(yīng)器件組成的其它電路。
一個(gè)計(jì)量模塊可接入10個(gè)計(jì)量回路及兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。見(jiàn)附圖3。
如圖3所示圖中為了說(shuō)明聯(lián)接情況，把計(jì)量模塊和RS485總線放在站場(chǎng)操作臺(tái)以外，實(shí)際是裝配在站場(chǎng)操作臺(tái)內(nèi)的。計(jì)量回路中的一次儀表差壓、壓力、溫度變送器或檢測(cè)點(diǎn)的信號(hào)接入計(jì)量模塊，由計(jì)量模塊完成計(jì)量，在通過(guò)RS485總線與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)。
計(jì)量模塊的基本工作原理是通過(guò)采集系統(tǒng)中的I/V轉(zhuǎn)換器將差壓、壓力、溫度變送器輸出的4-20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成1-5V的電壓信號(hào)，送至通道轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器，再由CPU控制通道轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器配合完成對(duì)32個(gè)通道(可接入10個(gè)計(jì)量回路及兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn))的數(shù)據(jù)分時(shí)采集，并通過(guò)軟件濾波技術(shù)進(jìn)行數(shù)字濾波，得到的數(shù)字信號(hào)，再根據(jù)SY/T 6143-1996標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的計(jì)算方法計(jì)算出流量，再由存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)RS-485接口傳送至上位機(jī)，由上位機(jī)計(jì)量管理軟件完成計(jì)量數(shù)據(jù)的管理、遠(yuǎn)傳等；天然氣計(jì)量的有關(guān)參數(shù)也通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)和RS-485接口寫(xiě)入計(jì)量模塊中，見(jiàn)附圖1的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊結(jié)構(gòu)圖虛線框中部分。
天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊主要技術(shù)指標(biāo)信號(hào)輸入1-5V DC或4-20mA；計(jì)量模塊準(zhǔn)確度0.05％；采樣速度256次/秒；8次/每通道.秒；通道數(shù)32通道；系統(tǒng)流量刷新頻率1次/5秒；通信ID號(hào)0-15；防雷系統(tǒng)功率≥500W/通道；計(jì)量模塊功耗≤4W；可脫離上位機(jī)工作時(shí)間(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間)35天；通信接口RS-485速率9600，距離1200M；單模塊最大計(jì)量回路數(shù)10個(gè)；系統(tǒng)最大計(jì)量回路數(shù)160個(gè)；單模塊最大檢測(cè)點(diǎn)16個(gè)；系統(tǒng)最大檢測(cè)點(diǎn)256個(gè)；單模塊計(jì)量回路數(shù)m和檢測(cè)點(diǎn)數(shù)n，應(yīng)滿足關(guān)系3×m+n≤32；系統(tǒng)計(jì)量回路數(shù)M和檢測(cè)點(diǎn)數(shù)N，應(yīng)滿足關(guān)系3×M+N≤512；天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊主要功能(與上位機(jī)配合完成)1.對(duì)接入系統(tǒng)的所有計(jì)量回路和壓力測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)群測(cè)和連續(xù)計(jì)量，集中顯示生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。
2.設(shè)置、修改計(jì)量回路、壓力測(cè)量點(diǎn)、天然氣計(jì)量有關(guān)參數(shù)(天然氣物性參數(shù)、節(jié)流裝置參數(shù)及儀表量程參數(shù)等)。3.查詢、打印所設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)和計(jì)量參數(shù)。4.自動(dòng)生成每秒一個(gè)點(diǎn)的日曲線、每小時(shí)一個(gè)點(diǎn)的月曲線，使數(shù)據(jù)圖形化。直觀感更強(qiáng)，有利于對(duì)生產(chǎn)的分析、判斷及處理。5.可用文本方式或曲線方式顯示或打印日?qǐng)?bào)、月報(bào)，并能查詢、打印不同時(shí)間、不同回路的報(bào)表資料。顯示時(shí)，系統(tǒng)兼容不同尺寸、不同分辨率的顯示器，并可任意放大、縮小。打印時(shí)，可選各種型號(hào)打印機(jī)，不同規(guī)格的打印紙，打印幅面只受打印機(jī)的限制。6.檢表時(shí)氣量自動(dòng)補(bǔ)償。在檢表中既可讀實(shí)際輸入差壓、靜壓、溫度值，又可讀輸入電壓值。7.可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、WWW信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(站場(chǎng)本地機(jī)通過(guò)Modem及電話線自動(dòng)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到SQL服務(wù)器，SQL服務(wù)器上的接收軟件將數(shù)據(jù)放入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中供用戶使用。例如，多個(gè)站的數(shù)據(jù)通過(guò)Web在網(wǎng)上發(fā)布?？梢酝ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢到任一站場(chǎng)動(dòng)態(tài)流量、壓力和日?qǐng)?bào)、月報(bào)及相關(guān)參數(shù)。)；8.計(jì)量數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)三級(jí)存儲(chǔ)、備份。(即本地下位機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；上位機(jī)硬盤雙備份、軟盤備份；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器備份。)9.具有壓力、流量、差壓、溫度越限程控聲光報(bào)警。10.系統(tǒng)“黑匣子”即系統(tǒng)日志可實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)。例如修改管道參數(shù)、修改檢測(cè)點(diǎn)參數(shù)、檢表、報(bào)警、登錄、大氣壓力修改、系統(tǒng)啟動(dòng)、退出系統(tǒng)等事件。11.高精度(0.05％)的屏幕電壓表、計(jì)量模塊電源極性反接保護(hù)；12.三級(jí)用戶管理、計(jì)量系統(tǒng)鎖定、操作系統(tǒng)特殊組合功能鍵(如Ctrl+Alt+DEL)鎖定。
權(quán)利要求1.天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，包括面板(1)、差壓變速器(2)、壓力變送器(3)、溫度變送器(4)、通道(5)、I/V轉(zhuǎn)換器(6)、保護(hù)電路(7)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)及中央處理器CPU(9)，其特征在于在集輸管線上分別有差壓變速器(2)、壓力變送器(3)、溫度變送器(4)，面板(1)上有通道(5)，通道(5)與I/V轉(zhuǎn)換器(6)、保護(hù)電路(7)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)及中央處理器CPU(9)依次連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，其特征在于保護(hù)電路(7)與中央處理器CPU(9)之間有通道轉(zhuǎn)化器(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，其特征在于差壓變送器(2)可以與通道(5A)連接，壓力變送器(3)可以與通道(5B)連接，溫度變送器(4)可以與通道(5C)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，其特征在于通道(5)可以有1個(gè)以上的通口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，其特征在于面板(1)上有自動(dòng)復(fù)位(看門狗)(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，其特征在于面板(1)上設(shè)置有報(bào)警輸出接口(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，其特征在于面板(1)上分別設(shè)置有實(shí)時(shí)時(shí)鐘(13)、工作指示燈(14)、電源控制器(15)。
專利摘要一種解決天然氣集輸站場(chǎng)天然氣自動(dòng)計(jì)量的裝置，具體地說(shuō)，是天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量模塊，在集輸管線上分別有差壓變速器2、壓力變送器3、溫度變送器4，面板1上通道5，通道5與I/V轉(zhuǎn)換器6、保護(hù)電路7、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器8及中央處理器(CPU)9依次連通，采用集散式設(shè)計(jì)方式，提高系統(tǒng)對(duì)計(jì)量物理參數(shù)采集的轉(zhuǎn)換精度(設(shè)計(jì)為0.06％)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確度；通過(guò)對(duì)計(jì)量模塊實(shí)施的看門狗技術(shù)和專用電源技術(shù)確保了計(jì)量模塊的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性；計(jì)量模塊中32個(gè)通道都集成了防感應(yīng)雷擊保護(hù)電路和MOTOROLA公司專用防雷器件，運(yùn)用多級(jí)強(qiáng)電吸收網(wǎng)絡(luò)抑制雷擊時(shí)的強(qiáng)電信號(hào)的感應(yīng)防雷技術(shù)，很好地解決了計(jì)量系統(tǒng)的防雷擊及其可靠性問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06F19/00GK2529319SQ0220494
公開(kāi)日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月7日
發(fā)明者桂成林, 銀紅春, 程代琴, 陳虹 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司