摘? 要: 提出了一個(gè)多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量系統(tǒng)方案,，研制了單機(jī)集中控制和分布控制模型,，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動(dòng)控制,，并于實(shí)際應(yīng)用中取得良好效果,。

　　關(guān)鍵詞: 監(jiān)控? 管道供油? 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)? 現(xiàn)場總線

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　　在多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)中,，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)應(yīng)隨加油飛機(jī)種類,、型號的不同和同時(shí)加油飛機(jī)的數(shù)量多少而不斷變化,。為了使加油過程中各技術(shù)參數(shù)均能滿足加油飛機(jī)的需求，必須建立一套自動(dòng)監(jiān)測的自動(dòng)化系統(tǒng),。為此,，我們研制成功了單機(jī)集中控制和分布控制模型，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)種飛機(jī)管道供油的自動(dòng)監(jiān)控,、計(jì)量和管理,。

1 主要技術(shù)要求

　　(1)對輸油泵的遠(yuǎn)程控制

　　實(shí)現(xiàn)泵房無人值守，將油泵運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)反映在中心控制室計(jì)算機(jī)屏幕上,，通過計(jì)算機(jī)對油泵實(shí)施遠(yuǎn)程控制,。

　　(2)對使用油罐液位監(jiān)測

　　在加油過程中，對使用油罐液位進(jìn)行監(jiān)測是十分必要的,。系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測使用油罐的液位,，將采集到的液位值動(dòng)態(tài)形象地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，并設(shè)置限位報(bào)警裝置,。

　　(3)油品壓力的監(jiān)測

　　為滿足飛機(jī)加油時(shí)對油壓的需要,，將裝在油泵出口處管道上、輸油總管上等處的壓力表信號遠(yuǎn)傳至計(jì)算機(jī),，并根據(jù)不同機(jī)種,、不同加油方式實(shí)施監(jiān)控。

　　(4)油品溫度的監(jiān)測

　　在輸油環(huán)狀管與分支管的結(jié)合處,，安裝溫度傳感器,，取樣周期在1秒以內(nèi)，溫度分辨率小于0.1度,。

　　(5)自動(dòng)計(jì)量換算

　　以空氣中油品重量(質(zhì)量)為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),，由檢測的油溫度換算出當(dāng)時(shí)的表觀溫度，再根據(jù)加出的油品體積累計(jì)數(shù)計(jì)算出重量數(shù),。

　　(6)自動(dòng)識別機(jī)號

　　為防止油料外流,，設(shè)置了飛機(jī)機(jī)號識別功能。現(xiàn)場控制器通過IC卡實(shí)施飛機(jī)識別,，該IC卡同時(shí)具有管理功能,，可以存儲(chǔ)加油密碼，記錄加油數(shù)量,。

　　(7)輸出打印

　?、倌艽蛴〕龈骷茱w機(jī)本次加油清單和旬,、月、季,、年累計(jì)加油清單;②打印當(dāng)日飛機(jī)加油總量表;③打印旬,、月加油總表;④打印其它所需資料,。

　　(8)為了加油系統(tǒng)本身和加油操作過程的安全,，設(shè)置多種保護(hù)功能，主要有:

　?、儆推烦瑝罕Ｗo(hù)

　　跟蹤檢測系統(tǒng)內(nèi)油品壓力,，若因水擊影響或因故障引起油壓超限時(shí)，一方面停泵中止加油,，另一方面開啟通向放空罐管道的安全閥卸壓,。

　　②泵機(jī)異常保護(hù)

　　加油系統(tǒng)中的油泵控制柜具有過載,、過熱,、電壓超壓/欠壓、過流,、電源短路,、斷路等多種保護(hù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　考慮到實(shí)際需要和經(jīng)濟(jì)問題,，我們設(shè)計(jì)了單機(jī)集中控制和分布控制兩種系統(tǒng),。

2.1.1 單機(jī)集中控制系統(tǒng)

　　單機(jī)集中控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，中心計(jì)算機(jī)采用PC總線486工業(yè)計(jì)算機(jī),，內(nèi)存8M,。擴(kuò)展接口模板有:光電隔離模擬量輸入板(32路，12位),、脈沖量輸入板(12路,，16位)、光電隔離開關(guān)量輸出板(32路),。信號調(diào)理實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場信號的隔離,、放大、I/V轉(zhuǎn)換,、整形,，提高系統(tǒng)抗干擾性能。現(xiàn)場傳感器,、閥門由系統(tǒng)集中供電,，系統(tǒng)提供24V、12V直流穩(wěn)壓電源,。

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2.1.2 分布控制系統(tǒng)

　　分布控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。該系統(tǒng)以″管理集中,，控制分散″為原理，在每一加油口設(shè)計(jì)一現(xiàn)場控制器直接控制每個(gè)加油口,，并由中心計(jì)算機(jī)通過BITBUS現(xiàn)場總線對現(xiàn)場控制器實(shí)行控制與管理,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視和信息的統(tǒng)計(jì)處理。由于控制分散,，中心計(jì)算機(jī)或某一控制單元發(fā)生故障時(shí),，其它控制單元仍能繼續(xù)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性,。

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　　現(xiàn)場控制器接受鍵盤操作信息和從IC卡讀取飛機(jī)加油信息,，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量，壓力,、溫度檢查,，電液閥控制。現(xiàn)場控制器由STD工業(yè)計(jì)算機(jī)CPU模板,、通信板,、I/O模板、模擬量輸入板組成最小系統(tǒng),。另外還有擴(kuò)展IC卡讀寫器,、鍵盤、顯示器等,。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

　　軟件的開發(fā)語言為C語言,，分以下幾部分:

　　(1)數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波,、單位轉(zhuǎn)換;

　　(2)加油參數(shù)控制;

　　(3)加油信息處理(系統(tǒng)及報(bào)表);

　　(4)網(wǎng)絡(luò)通信(分布系統(tǒng));

　　(5)系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)及輔助工具;

　　(6)IC卡發(fā)卡系統(tǒng)(分布系統(tǒng));

　　(7)現(xiàn)場控制器數(shù)據(jù)采集及處理,、加油控制和網(wǎng)絡(luò)通信。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　自動(dòng)監(jiān)控和計(jì)量系統(tǒng)主要由現(xiàn)場傳感器,、流量計(jì),、電液閥、現(xiàn)場控制器信號處理單元和中心控制室計(jì)算機(jī)組成,。

2.3.1 信號調(diào)理部分和分離輔助儀表

　　綜合考慮了系統(tǒng)的信號體系,，對信號調(diào)理電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括信號隔離及放大電路,、整形限幅電路,、信號轉(zhuǎn)換電路，分別完成電液閥控制,、流量計(jì)脈沖信號的整形和電平轉(zhuǎn)換,、溫度和液位傳感器電流/電壓轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計(jì)充分運(yùn)用了隔離和濾波技術(shù)，有效地降低了外界干擾,。

2.3.2 流量計(jì)量與標(biāo)定

　　流量計(jì)量是實(shí)施加油控制,、過程檢測、加油系統(tǒng)和記錄儀的關(guān)鍵,。流量計(jì)量采用腰輪流量計(jì)和光電流量轉(zhuǎn)換器,。轉(zhuǎn)換器輸出脈沖信號，提高了信號的抗擾能力和計(jì)量精度,。

2.3.3 現(xiàn)場控制器與IC卡應(yīng)用

　　現(xiàn)場控制器作為分布控制系統(tǒng)的下位機(jī),，對加油口實(shí)施控制、計(jì)量,，并與上位機(jī)實(shí)施通信,。

　　現(xiàn)場控制器完成的主要功能有:加油過程控制、計(jì)量,、通信、IC卡讀寫,。系統(tǒng)設(shè)置兩種加油方式:一種是定量加油方式;一種是任意量加油方式,。不輸入設(shè)定值為任意加油方式。在通過IC卡讀取飛機(jī)加油信息或通過鍵盤輸入飛機(jī)加油信息并確定加油后,，控制器啟動(dòng)電磁閥實(shí)施加油,，同時(shí)進(jìn)行流量計(jì)量。加油數(shù)量寫入IC卡,，同時(shí)上傳至上位機(jī),。

　　為提高現(xiàn)場控制器的抗擾能力，在以下幾方面采取了措施:

　　(1)輸入信號采取光電隔離,，防止干擾信號串入;

　　(2)采用開關(guān)穩(wěn)壓電源,，防止工頻干擾;

　　(3)機(jī)殼進(jìn)行良好屏蔽，防止電磁干擾;

　　(4)設(shè)置WATCHDOG,，在軟件上進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性,。

　　系統(tǒng)采用IC卡進(jìn)行機(jī)場供油管理，提高了工作效率,，讀寫次數(shù)可達(dá)100000次,。SEL4442儲(chǔ)存字節(jié)數(shù)為256位，可儲(chǔ)存飛機(jī)號,、啟用時(shí)間,、密碼、最近10次的加油時(shí)間及加油量,。加油開始時(shí),，現(xiàn)場控制器對卡加電，并驗(yàn)證卡的密碼。密碼正確后,，讀取卡內(nèi)飛機(jī)編號,，允許給飛機(jī)加油。在加油過程中,，始終查詢卡的狀態(tài)以確認(rèn)卡的存在,，并寫當(dāng)前值，避免在加油結(jié)束前抽卡,。具有統(tǒng)一的發(fā)卡系統(tǒng),，對卡寫入系統(tǒng)密碼和使用飛機(jī)號，供飛機(jī)加油使用,。

2.3.4 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)

　　在飛機(jī)加油現(xiàn)場,，干擾因素多，干擾信號強(qiáng),，因此選用適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的BITBUS通信網(wǎng)絡(luò),，以屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)。BITBUS網(wǎng)絡(luò)電氣接口符合RS485電氣標(biāo)準(zhǔn),，采用自同步方式,，其性能參數(shù)如下:

?速率???????????????? 距離/段???????? 節(jié)點(diǎn)數(shù)/段???????????? 傳輸線

?62.5kbps???????????? 1200m?????????? 28(允許250)? 　　　　　1對

　　BITBUS通信協(xié)議幀格式如下:

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　　系統(tǒng)采用的信息數(shù)據(jù)格式如下(正文長度20個(gè)字節(jié)):

　　飛機(jī)號????????????????? 5位

　　加油狀態(tài)標(biāo)志　　　????? 1位

　　預(yù)置加油量????????　　? 3位

　　加油量????????????????? 3位

　　當(dāng)前加油量?????????? 　 3位

　　加油口????????????????? 1位

　　預(yù)留????????????????????4位

2.3.5 控制閥門的選用

??? 在多機(jī)種飛機(jī)管道加油中，管中油品流量大,、壓力高,，普通電磁閥關(guān)閉時(shí)間不可控，壓力加油時(shí)將產(chǎn)生很大的水擊壓力,，對管線,、儀表造成損害。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥雖然能實(shí)現(xiàn)關(guān)閉閥門的控制,，但其控制復(fù)雜,、價(jià)格昂貴，因此系統(tǒng)選用電液閥作為開關(guān)控制,。

??? 多機(jī)種飛機(jī)油料保障是我們當(dāng)前面臨的一項(xiàng)重要課題,，而實(shí)現(xiàn)多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量，則是多機(jī)種飛機(jī)油料保障的必要前提和手段,。多機(jī)種飛機(jī)管道供油系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量的實(shí)現(xiàn),，有效地保證了多機(jī)種飛機(jī)油料保障的實(shí)施。