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蒸汽热能量的计算机集中计量管理系统

时间:2018/04/05来源:未知

 摘 要 蒸汽热能量是供汽企业与用汽用户进行贸易结算的重要参数。 为了便于进行集中计量管理, 大家设计采用带 RS-485 接口的智能蒸汽热量计作为下位机, 上位机采用 PC 计算机。 由于带单片微机的智能蒸汽热量计性能可靠、接口通道配置简单灵活、数据传输方便、价格低等优点, 为现场数据采集和传输提供了很好的条件, PC 机在工业应用中计算能力充裕、容量大、具有很好的人机界面, 有效地提供各种功能服务。

一 、测量原理:
  为了节约能源, 保护环境, 一般蒸汽使用企业的一家一户式的小锅炉已不再允许安装使用 。蒸汽都统一由热电厂通过各蒸汽管道提供给各用汽企业 , 作为用汽企业所需要的能源 。而热电厂则要根据蒸汽管路中各用户所用的蒸汽热能量对用户进行收费 。因此蒸汽热能量的计量是蒸汽贸易结算的依据。
  由于蒸汽热能量的大小与蒸汽的流量, 温度和压力有关。因此对于单一用户的蒸汽热能量计量一般采用流量传感器(如差压式流量传感器, 速度式流量传感器等)再加压力 、温度补偿的方法。由于蒸汽流量传感器标定困难 ,而标准节流装置具有标准化设计, 可不必实流标定;无可动部件 、结构简单牢固 、性能稳定可靠 、使用寿命长 ;配套的差压变送器标准化、系统化 、通用化程度高;改变在用仪表的测量范围, 仅需更换二次仪表等优点 , 因此本系统设计中选用标准节流装置———标准孔板作为流量测量传感器 。其差压式流量测量原理可表示为:
  qm =α×A × ΔP ×ρ (1)式中 , A 为管道面积;α为流量系数 ;qm 为质量流量;ρ为流体的密度(与蒸汽的温度和压力有关 ,可通过查蒸汽密度表得到);ΔP 为差压值;相应的热能量测量可表示为:
  式中 , Q 为热量值;t 为测量时间 ;Hi为焓值(与蒸汽的温度和压力有关 ,可通过查蒸汽热焓表得到)。热能量测量系统框图如图 1 所示。为了扩大测量的范围,避免管道中流量的波动对测量系统产生影响 ,该系统采用带有双差压变送器 ,传感器为角接取压标准孔板的流量传感器 ,配用 1151 差压变送器测量差压信号。另外 , 用 1151 压力变送器和标准铂电阻 Pt100作为压力和温度传感器 。把这些传感器信号输入到带单片微机的智能蒸汽热量计中进行流量和热能量测量 。该智能蒸汽热量计具有自动转换测量量程的功能 ,并且带有 RS -485 通讯接口 。由于热电厂蒸汽供汽用户多而且管线距离远又分散 , 传统所用的人工抄表方法太费时费力, 随着微型计算机及信息技术的发展 ,大家设计采用带有现场通信接口的仪表作为下位机 ,用 PC 机作为上位机进行集中计量管理。
二、蒸汽热能量计量集中管理系统的设计

二、蒸汽热能量计量集中管理系统的设计:
  本设计中的智能蒸汽热量计配置了串行接口, 通讯协议的物理层采用的是工控仪表中广泛使用的RS485 协议 , 它是一种以差动方式传递信息的协议 , 传输距离远、抗干扰能力强、波特率高 、接口电路简单 ,非常适合工业仪表。所以带有 RS -485 通讯接口的智能蒸汽热量计可以作为下位机, 把各个用户管路中的蒸汽流量 , 压力 , 温度 , 热能量值等信息传输给上位机。上位机选用 P Ⅱ微型计算机,蒸汽热能量计量集中管理系统的传输框图如图 2 所示 。
  该系统采用主从结构, 智能蒸汽热量计之间不能直接进行通讯 ,但 PC 机可以与每一台智能蒸汽热量计
图2
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通讯,而且其工作状态完全可以由上位机来实现控制。    传输卡具有标准PC总线接口,将其插入任意PC机的总线上即可。通信口采用的是RS-485标准,通信距离为2k m,波特率为9600bps。传输卡有2个通信口,与PC机构成分布式监测网络,每个通信口可带125台智能蒸汽热量计。
   在蒸汽热能量计量系统中,上下位机之间的距离可能很远,下位机采集的数据量较多,而实时性不强,采用具有差动式传输特性的串行接口,以半双工方式通信。    在这类主从式的多机通信系统中,下位机地址如何确定是一个很重要的问题,它既可以硬件解决也可以App解决。通过硬件的方法解决需要增加系统的成本,大家采用通过的是用App来实现地址确认。

三、PC总线标准通信板卡:
   与上位机的通信接口是通过PC总线标准的通信板卡实现,使用时只要把通信板卡插入总线插槽即可。该通信板卡的接口电路框图如图3所示。
图3

图3
    该通信板卡主要由异步通信收发器8250,光隔6N 137和RS-485接口芯片MAX1487组成。触发器为74 LS7 4,通过对不同地址的选通进行复位或置位,使其输出端的电平进行相应翻转,再通过控制M AX1478处于相应的收/发状态。8250的8位数据线经总线驱动器74 LS 245后与PC总线上的8根数据线相连,其串行收/发线SIN和SOUT通过6N 137与M AX485的输入/输出线相连,这样就实现了PC机的数据输入输出,达到上下位机之间的通讯的目的。四、抗干扰措施    抗干扰性能是仪表及监测系统的一项重要性能指标,本设计中的硬件上采用了如下措施来提高其抗干扰性能:
   (1)单片机内有看门狗,可在程序跑飞时将系统复位。还采用了低电压检测电路,以防止在低电压下乱动作。
   (2)采用完善的隔离、屏蔽等保护措施。输入量与主电源隔离的电源供电;采用开关电源以提高电源效率,降低仪表温升;变压器加屏蔽和采用电源滤波器以抑制共模和串模干扰。
   (3)芯片尽量采用微功耗芯片,这样减少了仪表的温升,同时又增加了系统的功率裕量,可提高系统的抗电源干扰能力。


五、结论:
   本系统实际运行***大通讯距离为2k m,波特率为9600bp、下位机智能蒸汽热量计的数目为42个。现场运行表明,在蒸汽的热能量、流量、压力、温度各参数的监测中软硬件系统运行可靠。能打印各类报表;能记录各参数的历史数据;反映各蒸汽管道中蒸汽质量;判断流量传感器量程选择的合理性。为热电厂和蒸汽用户提供了许多有用的信息,有效地控制了产品品质,具有很高的使用价值。

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