基于PAC的储油罐智能监控节点设计

　　1储油罐智能监控系统模式

　　系统结构如图l所示，采用功能分散、负荷分散、危险分散和管理集中的分布式设计思想，每个智能节点面向1个储油罐对象，自主完成信息采集、分析处理、状态监测、故障诊断和控制输出等功能;各智能节点与罐区监控和管理主机的信息交换采用工业以太网，实现远程监控、资源共享、诊断与维护等功能，构成分布式监控系统模式。
　　2基于PAC的智能节点设计
　　2.1节点功能
　　智能节点是简化监控系统水平和垂直集成难度，增强系统智能化水平的重要装置，其监控功能架构如图2所示。

　　(1)数据采集。采集储油罐各种传感器(如液位、温度、压力、油气浓度等)的输出信号，并对采集数据进行数字滤波、标度变换等预处理。
　　(2)数据计算。根据计量分析算法CONTROL ENGINEERING China版权所有，完成间接参数(如体积、质量等)的计算，及数据的自动存储。
　　(3)数据管理。包括储油罐信息的存储管理、查询、统计、分析、现场显示及人机交互。
　　(4)状态监控。实时分析液位、温度、油罐正负压、罐室油气浓度等参数CONTROL ENGINEERING China版权所有，对参数进行特征信息抽取、特征信息融合、故障报警等CONTROL ENGINEERING China版权所有，并控制相关的执行机构进行异常处理。
　　(5)网络通信。采用控制网络技术，实现罐区监控站与智能节点的分布式远程通信。
　　2.2节点功能模型和计量算法
　　2.2.1功能模型

　　智能节点功能模型如图3所示。节点按照预设的采样频率，从I/O模块读取现场传感器信息，实时处理并存入节点数据库;基于知识库和推理规则，实时分析节点数据库数据，进行异常监测与报警;响应监控管理站的远程调度命令，实时上传节点监控信息。
　　2.2.2计量算法
　　为实现多参数的实时监测和质量计量H1，并保证计量精度，采用混合计量(HIMS)算法来计算体积和质量参数，主要设备包括高精度液位计测量油高;安装于罐壁底部和罐顶部的高精度智能压力变送器测量油品压力和气相压力;多点温度传感器测量油品平均温度。根据直接测量参数及储油罐容积表，求出平均密度、视体积、标准体积和质量。储油罐混合测量计量算法如图4所示。

　　2.2.2.1标准密度
　　根据油品温度值t和油品视密度P，查看GB/T 1885—1998，即可获得油品的标准密度p∞”1。P的计算公式为

　　式中：p2品压力值;p1油蒸汽压力值;日为油品液位值。[page]
　　2.2.2.2标准体积
　　由液位值，查看罐容积表获得油品在t时的实测体积，根据t时油品体积修正系数，计算出标准体积‰，其计算公式为

　　式中：Vt为温度t时的油品实测体积;K为油品体积修正系数，
　　可根据GB/T 1885--1998查得。
　　2.2.2.3质量
　　根据标准密度p20和标准体V20,采用空气浮力修正值即可以算出油品质量。计算公式为

　　式中：m为油品质量;P20油品20℃下的标准密度;V20油品20℃下的标准体积;O.001 1为对油品密度的空气浮力修正值。
　　2.3硬件配置

　　智能节点采用以PAC为主体的组合式模块，如图5所示控制工程网版权所有，主要包括CPU和I/O模块。CPU模块选用WinCon-8337∞。，采用206 MHz CPU，存储器为工业级512M CF卡，此外，模块还带有1个以太网接口、1个RS-232接口、1个RS-485接121、1个USB接口、2个PS/2接口以及3个I/O扩展槽;I/O模块选用8路模拟量采集模块1-87017和8路通用开关量模块1-8063。
　　2.4数据采集程序设计
　　利用Visual Basic.Net来开发数据采集程序。选用的win-Con-8000系列PAC产品采用Windows CE.NET作为操作系统，针对此系列产品提供了多种API接口函数，如I/O模块访问API、iPush组件、Modbus API等，利用这些动态链接库(DEE)可以方便地在Visual Basic.Net中开发应用程序。
　　通过应用Wincon.DLL中提供的I/O函数，完成对模拟量输入模块、数字量输A/输出模块的数据采集怕J。根据I/O模块的插槽号(slot)、通道号(channel)，调用相应的I/O库函数，来读取液位、压力、温度、油气浓度等参数以及控制输出。主要代码如下：
　　Wcon.i87017.Analogln(slot2，0，High)’读取模块1-87017第0通道值，并赋予变量“HiglI”
　　Wcon.i87017.A蒯ostn(slot2。1，Pressl)’读取压力1值
　　Wcon.$7017.Amlogh(slot2，2，Pr%2)’读取压力2值
　　Weon.$7017.Analogtn(slot2，3，Temp)’读取温度值
　　Wcon.$7017.,halogln(8№，5，oil)’读取油气浓度值
　　Wcon.$063.DIO_DO_8(slot3，1)’控制相应的阀门开
　　Wcon.i8063.DIO_DOJ(slot3，0)’控制相应的阀门关
　　2.5通信程序设计
　　考虑到整体的传输速度和网络开销，采用基于UDP的通信传输协议，用数据报Socket进行数据交换;同时为了增强传输的可靠性，在数据报中加入数据校验。
　　2.5.1通信模式
　　监控主机与各智能节点之间的通信采用基于UDP的客户/服务器模式：监控主机为客户端www.cechina.cn，轮流访问各智能节点，读取各点的信息参数;各智能节点为服务器，为监控主机提供数据访问服务。

　　智能节点和监控主机的通信流程如图6所示，其基本通信过程如下：在智能节点端，先创建UDP数据报类型套接字，然后调用bind()函数给此套接字绑定一个端口，再通过调用recvfrom()函数在指定的端口等待监控主机发送来的UDP数据报;接收到套接字后，对数据报内容进行解读，再调用sendto()函数将本节点的信息参数发送给监控主机。
　　2.5.2数据校验
　　数据包中包括ASCII码数据串和数据校验串，以数据串“$1.8659$1.1594$1.0131$23.91$0%$”和校验串“63253”为例，主要校验方法如下所示：
　　(1)求ASCII码数据串的校验和(Hex)
　　CheckSum=24+3l+FA+38+36+35+39+24+31+
　　FA+3l+35+39+34+24+31+FA+30+31+33+31+24+
　　32+33+FA+39+31+24+30+25+24=08EB Hex;
　　(2)将ASCII码校验串“63253”转换为2字节16进制校验码CSH=63253 Decimal="耵15" Hex;
　　(3)不考虑溢出，将校验和与校验码相加Check·Sum+CSH=08EB Hex+F715 Hex="0000" Hex。上式结果为0，主机可确认本次接收数据可靠。反之，要求重新发送。
　　3结束语
　　基于PAC的储油罐智能节点已经在某数字化油库实验室的模拟储油罐区中投入使用。从实际运行情况看，采用PAC的储油罐智能节点具有开发周期短，现场数据处理能力强，系统水平和垂直集成难度小的优点。