專利名稱：智能型氣體分段計量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型計量氣體流量的裝置，具體涉及一種智能型氣體分段計
量裝置。
背景技術：
流量計量廣泛應用于農業生產、國防建設、科學研究、對外貿易以及人民生活各個領域中。與人們日常生活密切相關的自來水、煤氣、天然氣、油等都大量的應用流量儀表進行計量。流量是工業生產過程和開展科學實驗的重要參數，人們依靠這些參數對生產流程進行監督和控制，并實現生產流程的自動化。流量計量對保證產品質量、提高生產效率、保障生產安全、改進操作工藝、改善生產條件、完善科學實驗條件及促進科學技術發展等有著極其重要的意義。特別是在能源危機、工業生產自動化越來越高的當今時代，流量計量在國民經濟中的地位與作用更加明顯。同時，流量計量是企業經濟核算的重要依據，流量計量準確可靠是保證企業生產高效進行以及保證最佳經濟效益的重要手段之一。此外，流量計量也是能源計量的重要組成部分。能源是發展國民經濟的重要物質基礎。當前能源問題已經成為我國國民經濟中的一個突出問題。節約能源，首先必須對能源進行科學管理，能源的計量測試工作就是對能源進行科學管理的一項重要技術基礎工作。在生產中的水、油、氣及其它流體介質，均屬于流量測量范疇。做好這一工作對于節能工作具有重要意義。我國不僅是一個能源消耗大國，而且能源利用率也很低，比發達國家約低20%左右，所以我國節能的潛力是很大的。在節能工作中，流量計量將起到極為重要的作用。智能型氣體分段計量系統構建的主要目的就是為專業氣體供應廠商建立一個獨立的氣體計量站，從而對所有供應客戶的氮氣、氧氣、氬氣、氫氣、氦氣等氣體(無論氣體和液體)等進行統一的、精確的計量，更重要的是通過本系統進行智能分段處理并自動記錄和生成各種用于結算的流量報表及實時、歷史趨勢。對于專業氣體分離設備制造商而言，如何與客戶建立起牢固的關系，是一件頗費心思的事情。國外同行的做法是，往產業鏈的下游延伸，既賣氣體分離設備，又賣氣體，將自己的位置后移，從而將用戶牢牢地與自己綁在一起。對于傳統的設備制造廠來說，過去與用戶的關系是設備供求的關系，尤其是大型空分設備，往往都是給鋼廠、化肥廠等配套。對于這些配套設備，用戶方在設備使用、維護、 管理上常常會遇到一些難以解決的問題，而這正是設備制造商的強項。如果制造商直接建立氣體廠，從為用戶提供氣體生產設備變為直接為用戶提供工業氣體，對用戶來說，既可以減少設備投資，又不必為設備的使用擔心，有助于把精力放在主業上；對于設備制造商來說，通過直接為用戶供氣，既可以將用戶固定下來，還減少了設備的營銷成本。當然，這樣做的前提就是，必須要與用氣方簽訂長期的供氣合同。美國有關機構曾對國際氣體市場近10年的發展情況進行過詳細的分析，結論是， 氣體工業的增長率隨國民生產總值(⑶P)的增長而成倍增長。近年來，中國⑶P增長在8% 以上，因此中國工業氣體的需求前景十分看好。上世紀90年代法國液化空氣進入中國之后，法方人員總是說自己是小廠，頗讓人費解，后來才明白，在法液空，空分設備年銷售收入只占總收入的19Γ10%。法液空在氣體分離設備的研發方面之所以一直走在世界前列，是靠直接賣工業氣體來支撐的。目前中國的氣體分離設備行業在大型空分制造領域已形成杭氧、川空、開封三足鼎立之勢。在國外，梅塞爾、ΑΡ、普萊克斯、法液空、林德、BOC等著名公司，既賣設備又賣氣體已經成為國外氣體分離設備制造商的發展模式，也是下一步中國氣體分離設備行業發展的方向。對制造商來說，由于一部分設備是自己使用，可以在這部分產品上大膽地采用新的技術和工藝，這有利于企業的技術升級。此外，氣體廠獨立運作，還有利于氣體的綜合利用和深度開發，對將來發展“化工園區一體化“、“管網一體化“都有好處。這種運營模式的出現就決定了氣體供應商與使用廠家之間的結算關系，而氣體計量的波動性、間歇性導致計量的不穩定因素，我們就是針對市場的這個需求提出的對智能型氣體分段計量系統研制，可根據客戶的要求，自動按要求進行分段處理，利用模塊化組合實現氣體的精準計量，利用數據庫平臺結合自主研發的軟件模塊實現生產數據的全自動化管理。發明內容本實用新型的目的是提供一種智能化的氣體分段計量裝置，能夠準確的計量氣體的分段流量，對供氣過程中的溫度、壓力變化以及氣量劇烈波動等情況進行即時合理的運
笪弁。上述的目的通過以下的技術方案實現智能型氣體分段計量裝置，其組成包括可編程控制器，所述的可編程控制器分別連接網絡交換機、控制電源、信號分配器、隔離繼電器，所述的網絡交換機分別連接操作站和管理站，所述的信號分配器連接現場接收處理器，所述的隔離繼電器連接顯示控制器。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的可編程控制器包括中央處理器，所述的中央處理器連接通信處理器、信號采集器和信號輸出器，所述的信號輸出器連接信號分配器和控制電源，所述的信號輸出器連接隔離繼電器，所述的通信處理器連接網絡交換機。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的現場接收處理器包括溫度變送器、壓力變送器和流量變送器，所述的溫度變送器連接溫度信號器，所述的壓力變送器連接壓力信號器，所述的流量變送器連接流量信號器；所述的顯示控制器包括指示燈和嗡鳴器；所述的控制電源包括不間斷電源UPS接口、電源和按鈕。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的操作站包括操作員站計算機，所述的操作員站計算機連接顯示器和鼠標鍵盤，所述的操作員站計算機連接網絡交換機；所述的管理站包括管理員站計算機，所述的管理員站計算機連接報表打印機、第三方接收器、顯示器和鼠標鍵盤，所述的管理員站計算機連接網絡交換機。有益效果1.本實用新型能夠精確穩定的計量各種氣體產品，安全連續的存儲計量數據，可以自動快捷的生成數據統計報表并準確的提供便捷的數據檢索查詢。本實用新型建立了完善的動態歷史數據庫，并提供方便實用的記錄查詢、打印等功能，數據庫數據記錄存儲時間不少于12個月。本實用新型組態畫面能單獨顯示變量實時/歷史趨勢及報警/動作記錄，并提供
4方便實用的記錄查詢，打印功能；其中歷史趨勢持續時間應不小于6個月，實時趨勢記錄最長時間間隔為4小時，歷史報警/動作記錄的查詢持續時間不小于6個月。本實用新型無須附加條件，就能夠自動將歷史數據輸出到MICROSOFT EXCEL格式的文件中保存，允許用戶將數據通過拷貝的方式轉移到另外的計算機上，脫離INT0UCH軟件，用EXCEL2000軟件進行操作。本實用新型提供了多級口令保護和操作員登錄操作功能，并自動根據時間報告登錄事件；其中口令分操作員，工程師，系統管理員三級，不同的密碼口令對應不同的控制與輸出級別。本實用新型提供了對可編程控制器PLC單元的數據上傳下載功能，可通過網絡遠程監視可編程控制器PLC狀態的能力，并具有與不同可編程控制器PLC包括輸入輸出I/O 的通訊能力。本實用新型提供了集成第三方軟件的能力，如可與另外分布式控制系統DCS系統操作員站通訊，我們在此為用戶提供用于過程控制的對象連接和嵌入現場總線OPC LINK。
附圖1是本產品的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 一種智能型氣體分段計量裝置，其組成包括可編程控制器1，所述的可編程控制器1分別連接網絡交換機2、控制電源3、信號分配器4、隔離繼電器5，所述的網絡交換機2 分別連接操作站6和管理站7，所述的信號分配器4連接現場接收處理器8，所述的隔離繼電器5連接顯示控制器9。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的可編程控制器1包括中央處理器10，所述的中央處理器10連接通信處理器11、信號采集器12和信號輸出器13，所述的信號輸出器連接信號分配器和控制電源，所述的信號輸出器連接隔離繼電器，所述的通信處理器連接網絡交換機。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的現場接收處理器8包括溫度變送器30、 壓力變送器14和流量變送器15，所述的溫度變送器13連接溫度信號器16，所述的壓力變送器14連接壓力信號器17，所述的流量變送器15連接流量信號器18。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的操作站6包括操作員站計算機19，所述的操作員站計算機19連接顯示器20和鼠標鍵盤21，所述的操作員站計算機連接網絡交換機。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的管理站7包括管理員站計算機22，所述的管理員站計算機22連接報表打印機23、第三方接收器24、顯示器和鼠標鍵盤，所述的管理員站計算機連接網絡交換機。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的顯示控制器9包括指示燈25和嗡鳴器 26。所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的控制電源3包括不間斷電源UPS接口 27、 電源28和按鈕四。實施例2 [0040]實施例1所述的智能型氣體分段計量裝置，本產品采用二層體系，可編程控制器 PLC主要承擔數據的采集，以及標準狀況轉換、積分、分段處理的作用，人機界面HMI主要承擔從可編程控制器PLC采集數據、數據存儲、人機對話界面、生成并打印報表的作用。操作人員按照企業需要在人機界面HMI上進行設置、人機界面HMI將設置送到可編程控制器 PLC中，可編程控制器PLC將按照工作人員的設置對采集上來的數據進行轉換、積分、分段處理，并將分段結果送到人機界面HMI，人機界面HMI對數據進行顯示，并存儲到關系型數據庫SQL ServerfOOO，然后根據操作人員的設置，自動生成并打印日報表、月報表、年報表， 同時也可進行雙機冗余熱備。人機界計算機HMI PC硬件設備組成我們在這里配置了兩臺戴爾服務器和一臺惠普的激光打印機。兩臺服務器在這里所起的作用和功能是完全一樣的，他們分別通過各自內置以太網卡，通過以太網交換機同和可編程控制器PLC通訊取得相同的數據和配置相同的參數，這樣配置主要是為了系統的可靠性，兩臺服務器互為備用。在其中一臺服務器我們連接上一臺激光打印機，通過打印機輸出我們需要的格式的報表，這些設備可以安放在我們為其提供的辦公桌上。人機界面計算機HMI PC軟件配置在服務器上我們分別安裝WINDOWS XP、Intouch組態軟件、SQL krver簡體中文標準版和0FFICE2000專業版。是操作系統，Intouch組態軟件是人機對話的界面，通過組態用動畫、圖表、曲線等畫面把要收集到的數據形象的顯示出來，SQL krver簡體中文標準版是存儲數據的工具， 通過它把我們需要的數據存儲在硬盤上，為以后的歷史數據查詢做準備，0FFICE2000專業版是用來生成我們所需報表的工具，我們需要的各種形式的報表是由它生成的，并可以通過打印機將其完整的輸出出去。人機界面計算機HMI PC所要實現的功能1. 3. 1系統建立完善的歷史數據庫，并提供方便實用的記錄查詢，索引，排序，打印等功能。系統組態畫面應單獨顯示歷史報警/動作記錄，并提供方便實用的記錄查詢，索弓丨，打印功能。無須附加條件，系統能夠自動將歷史數據輸出到MICROSOFT EXCEL2000格式的文件中保存，允許用戶將數據通過拷貝的方式轉移到另外的計算機上，脫離INT0UCH軟件，用 EXCEL2000軟件進行操作。系統人機界面計算機HMI PC可提供歷史報警/動作記錄的查詢應不小于150000 條1. 3. 5系統的人機界面計算機HMI PC應提供報表查詢，打印(手/自動)打印功能， 報表為運行參數報表，手動模式下允許隨時打印當前報表。系統人機界面HMI應提供強大實用的歷史/實時趨勢記錄，顯示，查詢，打印輸出功能，其中歷史趨勢持續時間應不小于6個月。系統應提供多級口令保護和操作員登錄操作功能，并自動根據時間報告登錄事件；其中口令分操作員，工程師，系統管理員三級，不同的密碼口令對應不同的控制與輸出級別；[0054]1. 3. 8對累計流量可以按小時/天/月取平均，存儲在數據庫內，并以報表的形式輸出。兩臺人機界面計算機HMI PC各自獨立，互不影響，一臺人機界面計算機HMI PC出現故障了不能影響另一臺的正常取得數據。兩臺人機界面計算機HMI PC分別同可編程控制器PLC通訊，在可編程控制器PLC 的數據庫DB存儲驅取得所需的數據后，在分別存儲在各自獨立的SQL數據庫內。可編程控制器PLC硬件設備組成可編程控制器PLC我們采用的是西門子S7-300 SIMATIC S7-300，2. 1. ICPU為315-2DP，128KB主存儲器，24VDC電源，多點接口 MPI、設備級控制系統與分散式通訊PR0FIBUS標準的主站/從站接口(PROFIBUS DP主站/從站接口)，配微存儲卡MCC卡；對差壓信號經補償后計算出瞬時流量，同時根據瞬時流量大小計算出累計流量并對累計進行分配。工業以太網通訊模塊為CP;343-1，連接西門子S7-300 SIMATIC S7-300和工業以太網，10/100Mbit/S全雙工自動切換，能與西門子ITP標準電纜接口(ITP)，RJ45型通訊網絡接口(RJ45)和同軸電纜連接單元接口(AUI)連接，與ISO和TCP協議建立多種協議模式； 通過它建立起了可編程控制器PLC和人機界面計算機HMI PC之間的數據通道。開關量輸入/輸出模塊SM323，采集現場的狀態信息，控制現場的開關設備，典型的是按鈕輸入和指示燈輸出。模擬量輸入模塊SM331，采集現場的溫度。壓力和差壓信號，將其轉換成數字信息送中央處理器CPU進行計算。可編程控制器PLC軟件配置可編程控制器PLC編程軟件為西門子SIMATIC STEP7 V5. 2編程軟件，此軟件為我們的用戶程序提供了一個開發環境，用戶應用程序編制完成，并且下傳到中央處理器CPU 后，就不在需要此軟件。可編程控制器PLC所要實現的功能可編程控制器PLC主要要實現數據的采集，對數據進行計算和完成通訊功能2.3. 1可編程控制器PLC單元負責集中、實時收集/處理并向上位節點傳遞來自現場的壓力、溫度、報警緊停等信號。實現標況狀態各流量計下瞬時流量的計算，將結果提供給人機界面計算機HMI PC。實現各流量計累計流量的計算，并且根據給定瞬時臨界值進行分類累加，并將實時的累加結果存入相應的數據存儲區，供給人機界面計算機HMI PC使用2. 3. 4可編程控制器PLC單元所有模擬量輸入/數字量輸入/數字量輸出AI// DI/D0刷新時間不超過1秒鐘；2. 3. 5可編程控制器PLC單元程序允許離線修改，停機下載，但每次停機時間不應超過3分鐘。現場流量計量柜組成結構部分3. 1流量計量柜內部組成結構3. 1. 1流量計量柜800X600X2000的標準機柜，控制柜采用下進線方式，機柜采用框架式結構，單開門，側面可以方便拆卸，同時配有照明、排風裝置。流量計量柜內部安裝用于電源分配的短路器和檢修插座3. 1. 3SIT0P 24VDC電源為現場儀表和可編程控制器PLC供電的，3. 1. 3安裝用于流量計算可編程控制器PLC控制器，3. 1. 4安裝開關量輸出隔離的繼電器，3. 1. 5保險端子用于現場儀表檢修時可獨立斷電3. 1. 6端子用于柜內回路和現場儀表的連接。流量計量柜外部組成結構3. 2. 1提供必要的狀態指示燈，如電源指示，可編程控制器PLC運行指示，24V直流電源指示等3. 2. 2提供操作指示，如空分裝置的狀態指示。提供操作按紐，通過按紐的切換和實現不同的計量方式。不間斷電源UPS電源控制柜部分4. 1不間斷電源UPS電源柜為600X600X1200的標準機柜，控制柜采用下進線方式， 機柜采用框架式結構，單開門，側面可以方便拆卸，同時排風裝置。控制柜內安裝機架式在線不間斷電源UPS和標準電池包，滿載時提供40分鐘的備用供電，保證系統正常運行。提供硬件接口電路，將不間斷電源UPS的狀態信息反饋給可編程控制器PLC有利于快速排除故障。實施例3 實施例1所述的智能型氣體分段計量裝置，所述的可編程控制器PLC數據轉換、分段框圖如下通過對液化空氣企業供氣結算特點的研究，我們對典型液化空氣企業的特征模型進行提取，力爭通過軟件的方式將通用功能模塊化，將用戶信息的錄入的功能智能化，最后以軟件形式進行推廣。此外，還準備將系統功能進一步拓展，含蓋其它我們比較熟悉的領域 (如供水等)，以點帶面將計量系統做大做強。氣體流量分段方法根絕合同規定氣體的價格是按不同段進行收費的，因為我們的用氣量波動比較大，因此我們取1分鐘內流量的累計值和我們合同規定的分段值進行比較判斷，將氣體累計流量進行分段計量，現在以氧氣為例進行說明Δ Q2n=Q2n- Q2 (n_l)式中Δ Q2n—當前時刻前1分鐘內氣體的累計流量Q2n-----當前時刻氣體的累計流量Q2(n-1)——當前時刻的前1分鐘時氣體的累計流量將得到Δ Q2n同我們合同的計費給定分段值(Nm3/h)除以60后的值(Nm3/m)進行比較，并將結果存入不同的數據區提供給上位機顯示、存儲、報表生成使用。累計流量分段參數具體的累積流量將分成幾段，每段的段點、照付不議量將根據客戶提供的合同約定進行。
權利要求1.一種智能型氣體分段計量裝置，其組成包括可編程控制器，其特征是所述的可編程控制器分別連接網絡交換機、控制電源、信號分配器、隔離繼電器，所述的網絡交換機分別連接操作站和管理站，所述的信號分配器連接現場接收處理器，所述的隔離繼電器連接顯示控制器。
2.根據權利要求1所述的智能型氣體分段計量裝置，其特征是所述的可編程控制器包括中央處理器，所述的中央處理器連接通信處理器、信號采集器和信號輸出器，所述的信號輸出器連接信號分配器和控制電源，所述的信號輸出器連接隔離繼電器，所述的通信處理器連接網絡交換機。
3.根據權利要求1或2所述的智能型氣體分段計量裝置，其特征是所述的現場接收處理器包括溫度變送器、壓力變送器和流量變送器，所述的溫度變送器連接溫度信號器，所述的壓力變送器連接壓力信號器，所述的流量變送器連接流量信號器；所述的顯示控制器包括指示燈和嗡鳴器；所述的控制電源包括不間斷電源UPS接口、電源和按鈕。
4.根據權利要求1或2所述的智能型氣體分段計量裝置，其特征是所述的操作站包括操作員站計算機，所述的操作員站計算機連接顯示器和鼠標鍵盤，所述的操作員站計算機連接網絡交換機；所述的管理站包括管理員站計算機，所述的管理員站計算機連接報表打印機、第三方接收器、顯示器和鼠標鍵盤，所述的管理員站計算機連接網絡交換機。
5.根據權利要求3所述的智能型氣體分段計量裝置，其特征是所述的操作站包括操作員站計算機，所述的操作員站計算機連接顯示器和鼠標鍵盤，所述的操作員站計算機連接網絡交換機；所述的管理站包括管理員站計算機，所述的管理員站計算機連接報表打印機、第三方接收器、顯示器和鼠標鍵盤，所述的管理員站計算機連接網絡交換機。
專利摘要智能型氣體分段計量裝置。流量計量廣泛應用于農業生產、國防建設、科學研究、對外貿易以及人民生活各個領域中。一種智能型氣體分段計量裝置，其組成包括:可編程控制器(1)，所述的可編程控制器分別連接網絡交換機(2)、控制電源(3)、信號分配器(4)、隔離繼電器(5)，所述的網絡交換機分別連接操作站(6)和管理站(7)，所述的信號分配器連接現場接收處理器(8)，所述的隔離繼電器連接顯示控制器(9)。本實用新型用于氣體分段計量。
文檔編號G05B19/05GK201974203SQ201020678889
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者張遷禮, 朱健, 朱明清, 李喜東, 田力, 鄧廣龍 申請人:黑龍江省科學院自動化研究所