远程燃油流量自动监控系统

２０１２年第４期

仪表技术与传威器

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２０１２

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远程燃油流量自动监控系统

关学忠１，史慧２。吕秉铎３，于艳晖４

（１．北京航空靛天大学机械工程及自动化学院，北京】帅１９ｌ；２．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆１６３３１６；

３．大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江大庆１６３４１２；

４．大庆油田有限责任公司第六幂蔼厂规姆ｊ设计研究所，黑龙江大庆１６３３１６）

摘要：曰前钻芳井场柴油油耗管理难点主妻表现在：井场属于易麟易爆场所；井队工作流动性强；不同井柴油用量不固定；仪表工作环境恶劣。监控系统以耵℃单片机为主控制器，通过赶声波流量计读取输油管道内柴油瞬时流量和幕计

流量等相关参数；利用Ｄｓｌ８８２０温度传感器实时监测系统中各箱体内的温度，出现异常情况时，及时报警；最后由ＧＰＲｓ

遇讯模块将采集刘的数据传输到拉帝ｉ中心管理系统，由此安现燃谧流量氢动监控功枢。关键词：柴油油耗；单片祝；超声波流量计；温度传感嚣；流量监控

中圈分类号：Ｔｐ２１２；ｍ６８

文献标识码：Ａ文章编号：１００２—１８４ｌ（２０１２）０４一００６ｌ一０３

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０引言

目前，钻井井场所用电力主要是由集油发电机供应，柴油发电机的油耗臂理不完善．柴油流失也引发了一系列的问题。

井场属于易燃易爆的危险场所，是一个流动性强、不同井柴油用量不固定、仪表安装环境恶劣、难于管理的地方。为解决这

些问题。设计了一套钻井燃油流量皂动监锄系玩，可以实时蓝测燃油损耗，实现管理人员对井场燃油的实时监控，减少不必

要的燃油损耗。Ｉ系统总体设计

柴油发电机燃油流量监控系筑是一个实时的、高度自动化的智能监控系统。通过仪表部分可以实时检测到管道内柴油

圈１燃油流量自动监控系统组成框圉

Ｕ３

瞬时流量、累计流量等相关参数，通过４８５总线与单片机控制

器通信，通信时莲循ＭｏｄｂⅡｓ啪协没。由于采用凡个密闭的

箱体安装电源及控制板卡。所以需要对于箱体内的温度监测，文中通过Ｄｓｌ８８２０温度采集传感器监删各个箱体内的实时温

度，最后由ｃＰＲｓ通讯模块将采集到的数据传输到控制中心管

理系统，数据传喻对遵循ＴｃＰ／ＩＰ协议，由上位枫对数据进行更进一步的处理。然油流量自动监控系统组成框图如图Ｉ所示。

２系统硬件设计ｚ．１单片机控制器模块

系统采用ＳＴｃ】２ｃ５＾６０Ｓ２单片帆作为主控芯片。

ｓＴｃｌ２ｃ５Ａ６０ｓ２单片机中包含中央处理器（ｃＰｕ）、程序存储器（Ｆｋｈ）、数据存储器（ｓＲ＾Ｍ）、定时／计敦器、ｕＡｌｌｌ＿串口、串口

２、Ｉ／Ｏ接口、Ｐｃ＾、看门狗、片内Ｒ／ｃ振荡器和外鄂振荡电路等模块。ＳＴｃｌ２ｃ５Ａ６０眈系列单片机“’几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，系统电路如图２所示。

雹２单片机最小系统原理翻

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２．２雨量监控梗堍

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ＡｐＬ２０１２

流量监测模块主要由ＹＢ一７０超声波流量计和ＭＡｘ４８５通

信模块口５组成，可实时监测管道内柴油的瞬时流量、累计流量等相关参数，通过ｆＩｓ一４８５总线传输到单片机控制器，这样对于多台流量计的使用就显得非常方便，数据传输时遵循Ｍｏｄｂ．ｕｓ．ＲＴｕ协议。最终由单片机控制器通过ＧＰＲｓ通讯模块发送到控制中心管理系统。Ｒｓ一４８５接口电路如图３所示。

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圈３

ｌ岱一４豁接口电路原理圈

Ｒｓ一４８５总线”１作为一种多点差分数据传输的电气规范，已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信。许多不同领域都采用Ｒｓ一４８５作为数据传输链路。在图３中，ｊ８一Ｊｉ２以级联方式构成ＲＳ一４８５总线，其中焉、风作为导线匹配，可以增强信号长距离传输时的抗干扰性。

２．３温度监测模块

温度监测模块主要由Ｄｓｌ８８２０单总线数字式温度传感器构成。具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域等特点。独特的一线接口．只需要一条信号线就可与多个测温点通信，简化了分布式温度传感“１应用，无需外部元件，可用数据总线供电，电压

范围为３．０—５．５Ｖ，无需备用电源，测量温度范围为一５５一ｌ”℃．一１０一８５℃范围内精度为±０．５℃．温度监测部分电路如图４所示。

圈４温度监刹电路原理里

在图４中．由４．７ｋｎ的上拉电阻配置成独特的单总线测

温系统。Ｄｓｌ８８２０采用一线通信接口。因为一线通信接口，必

须先完成ＲＯＭ设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要

有以下功能命令：读琏ＯＭ，ＲＯＭ匹配，搜索ＲＯＭ，跳过ＲＯＭ，报

警检查。通过读取每一个器件内部的６４位光刻ＲＯＭ序列号，可以选定总线上某一个器件，同时，也可以知道总线上挂有多少个温度传感器。针对系统的应用。预先读出总线上的ＤＳｌ８８２０的ＲＯＭ码，然后依次读出对应的温度。

万方数据

２．４

ＧＰＲｓ通讯模块

ＧＰＲｓ通讯模块将单片机控制器采集到的数据发送到特定

公网ＩＰ的设定端口上，即控制中心管理系统的监听端口；并在

发生故障时向控制中心发送远程报警信号。ＧＰＩＩｓ通讯模块与单片机控制器的串行口２进行全双工通信，向控制中心发送数据时遵循代Ｐ／ＩＰ通信协议，数据稳定性好，可靠性高。ＧＰＲｓ

通讯模块系统框图如图５所示。

田ｓ

ＧＰ豁通讯模块秉缭睡国

ＧＰＲＳ模块与服务器通信时进行如下配置：ＧＰＲｓ模块可以设置服务器ＩＰ地址及端口号，设置成功后．模块自动连接服务器。ＧＰＲｓ模块发起握手指令，服务器软修应回应握手指令，以完成注册过程。注册成功后，ＧＰＲｓ模块即进入到数据传输状

态，此时，口丁以进行双向数据传输。

２．５供电电源模块

系统通过ｕＰＳ电源模块将２２０Ｖ交流电转换成２４、，和５

Ｖ

直流给系统供电，且配有后备电池。ｕＰＳ电源同时给出２２０Ｖ掉电和电池低电压两路Ｔ】１电平报警信号。正常工作状态下，后

备电瓶处于充宅状态，一旦２２０Ｖ突然掉电，立即切换到电瓶供

电模式，同时发出２２０Ｖ掉电报警信号。电池独立供电时间可达

ｌ周左右，在电瓶电量即将耗尽时，还会发出电瓶电压过低的报警信号，报警状态由ＧＰＲＳ通讯模块实时发出。

整套系统都放在密闭的防爆壳体内，各个箱体之间的接线通过防爆软管密封，系统工作时具有较高的可靠性。

３系统总体软件流程

《Ｊ）判断２２０Ｖ是否掉电，备用电池是否电压低并做相应的处理。

（２）针对不同位置的温度监测模块，将Ｄｓｌ８８２０内部的ＲＯＭ码和摆放位置对应起来，读出检测到的温度值，做出相应

处理。

（３）通过Ｒｓ一４８５总线遵循Ｍ０ｄｂｕｓ．Ｒ１ｕ协议读取流量计相应地址码的瞬时流量和累计流量。对应流程图如图６所

刁ｉ。

团６濂量测量部分藏程圉

第４期关学忠等：远程燃油流量自动监控系统

等环境恶劣的地方。参考文献：

［１］蔡美琴．张为民，何金儿，等．Ｍｃｓ－５ｌ系列单片机系统及其应用．２

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［２］邓元生基于单片机的ＭＯＤＢｕｓ总线协议实现技术研究：［学位

论文］．长沙：中南大学，２００９．

［３］许文辉ｓＴｃ单片机实现的Ｍ０ｄＢｕｓ－ＲＴｕ协议无线通信服务器．自

动化与信息工程．２００７（１）：２８—３０．［４］

李桂岩，魏宾，谷秀明．基于Ｄｓｌ８８２０单线多点温度测量系统．可编程控制器与工厂自动化，２０】】（２）：７７—７９

诊断技术。Ｅ．ｍ越ｌ：ｓｍＩｕｉｏｎｅ＠１２６．ｃｏｍ

（４）通过定时器定时，以固定的时间间隔由ＧＰＲｓ通讯模块将相应的数据按规定格式发送到计算机控制中心系统。

４结束语

（１）采用了超声波流量计，可实时监测管道内柴油的瞬时

流量、累计流量等参数；

（２）使用后备电池，确保在２２０Ｖ断电时，能够连续供电，并配有电源掉电和电池电压低的监测报警，保证系统可靠运

行：

（３）采用ＧＰＲｓ通讯模块，向控制中心发送数据时，遵循ＴｃＰ／ＩＰ通信协议，数据稳定性好，可靠性高；

（４）采用多点温度监测，便于观察各个箱体内的温度情况；（５）整个系统安全防爆，达到工业级防爆标准，适用于油田

作者简介：关学忠，教授，主要研究方向为基于神经网络的控制及故障

（上接第５４页）（ｓ为杂交后传感器循环伏安曲线包围面积，Ｓｎ为杂交前传感器循环伏安曲线面积）与靶ＤＮＡ序列浓度对数的校准曲线如图６、图７可知。从图６、图７可以看出，随着靶ＤＮＡ浓度的提高，ＤＮＡ传感器的电化学活性降低，即杂交反应

对聚吡咯的氧化还原过程中的离子交换动力学行为产生阻滞

程，其他电化学技术可嵌入到该系统中而不需硬件的改动，因此系统设计升级灵活。该电化学ＤＮＡ检测系统还包括Ｐｃ机上的控制处理软件，能够对电化学检测参数进行设定，同时接收、处理和分析采集到的电化学数据，实现良好的人机交互。通过对聚吡咯电化学ＤＮＡ传感器结构进行优化，未来将实现ＤＮＡ检测的离散化和自动化。

参考文献：

［１］黄强，刘红英，方宾．电化学ＤＮＡ生物传感器研究的应用进展．化

学进展，２００９，２ｌ（５）：１０５２—１０５９．

效应。同时，从图７所示，传感器杂交后循环伏安曲线面积的

改变与靶ＤＮＡ浓度对数成线性关系，相关系数（砰）为Ｏ．９８８，检测下限为５×１０４８Ｍ（∥』ｖ＝３）。

［２］

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图６杂交前后ＤＮＡ传感器在ＰＢｓ溶液中的循环伏安

曲线

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积与靶蜊Ａ序列浓度对数的校准曲线

（ｎ＝３）

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［１２］杨庆德，刘红敏，刘春秀，等可用于遥测的嵌入式微型电化学系

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出版社，２００６

［１４］

ＢＡＲＤ

Ａ

３结束语

从硬件和软件方面实现了一种便携式的电化学检测装置，通过与制备的聚吡咯电化学ＤＮＡ生物传感器相结合，可实现无标记ＤＮＡ检测。设计的电化学ＤＮＡ检测装置是基于电化学循环伏安法，通过对聚吡咯ＤＮＡ传感器杂交前后进行循环伏安法表征来实现ＤＮＡ的检测，检测限可达到５×ｌＯ“８Ｍ．该电化学ＤＮＡ检测装置以ＭｓＰｊ４３０Ｆ１６９单片机为主控芯片，通过充分利用其低功耗性及集成模块，使检测装置适合电池供电，硬件结构简单，易于携带。同时，通过对ＭｓＰ４３０单片机进行重编

Ｊ．ＦＡＵＬＫＮＥＲＬＲ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｋａＩｍｅｔｌｌｏｄ８：ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ

舯ｄ印ｐｌｉｃａｔｉｏ璐．２ｎｄ，ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｗ如ｙ，２００１．

作者简介：李远（Ｊ９８５一），助理研究员，硕士，现从事生物医学研究相关

嵌入式系统开发。Ｅｍ丑ｉｌ：ｌｉｙｕａｎｊ９８５９９９＠１６３．ｃｏｍ

万方数据

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kvh1.html