多機種飛機管道供油自動(dòng)監控與計量系統

摘要：提出了一個(gè)多機種飛機管道供油的自動(dòng)監控與計量系統方案，研制了單機集中控制和分布控制模型，實(shí)現了多機種飛機管道供油的自動(dòng)控制，并于實(shí)際應用中取得良好效果。

關(guān)鍵詞：監控 管道供油 網(wǎng)絡(luò )系統 現場(chǎng)總線(xiàn)

在多機種飛機管道供油系統中，各項技術(shù)參數應隨加油飛機種類(lèi)、型號的不同和同時(shí)加油飛機的數量多少而不斷變化。為了使加油過(guò)程中各技術(shù)參數均能滿(mǎn)足加油飛機的需求，必須建立一套自動(dòng)監測的自動(dòng)化系統。為此，我們研制成功了單機集中控制和分布控制模型，實(shí)現了多機種飛機管道供油的自動(dòng)監控、計量和管理。

1 主要技術(shù)要求

（1）對輸油泵的遠程控制

實(shí)現泵房無(wú)人值守，將油泵運轉的工作狀態(tài)反映在中心控制室計算機屏幕上，通過(guò)計算機對油泵實(shí)施遠程控制。

（2）對使用油罐液位監測

在加油過(guò)程中，對使用油罐液位進(jìn)行監測是十分必要的。系統應能實(shí)時(shí)監測使用油罐的液位，將采集到的液位值到態(tài)形象地顯示在計算機屏幕上，并設置限位報警裝置。

（3）油品壓力的監測

為滿(mǎn)足飛機加油時(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至計算機，并根據不同的機種、不同加油方式實(shí)施監控。

（4）油品溫度的監測

在輸油不狀管與分支管的結合處，安裝溫度傳感器，取樣周期在1秒以?xún)?，溫度發(fā)辨率小于0.1度。

（5）自動(dòng)計量換算

以空氣中油品重量（質(zhì)量）為計算標準，由檢測的油溫度換算出當時(shí)的表現溫度，再根據加出的油品體積累計數計算出重量數。

（6）自動(dòng)識別機號

為防止油料外流，設置了飛機機號識別功能?，F場(chǎng)控制器通過(guò)IC卡實(shí)施飛機識別，該IC卡同時(shí)具有管理功能，可以存儲加油密碼，記錄加油數量。

（7）輸出打印

①能打印出各架飛機本次加油清單和旬、月、季、年累計加油清單；②打印當日飛機加油總量表；③打印旬、月加油總表；④打印其它所需資料。

（8）為了加油系統本身和加油操作過(guò)程的安全，設置多種保護功能，主要有：

①油品超壓保護

跟蹤檢測系統內油品壓力，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(kāi)啟通向放空罐管道的安全閥卸壓。

②泵機異常保護

加油系統的油泵控制柜具有過(guò)載、過(guò)熱、電壓超壓/欠壓、過(guò)流、電源短路、斷路等多種保護。

2 系統結構及工作原理

2.1 硬件結構

考慮到實(shí)際需要和經(jīng)濟問(wèn)題，我們設計了單機集中控制和分布控制兩種系統。

2.1.1 單機集中控制系統

單機集中控制系統硬件結構框圖如圖1所示，中心計算機采用PC總線(xiàn)486工業(yè)計算機，內存8M.擴展接口模板有：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(kāi)關(guān)量輸出板（32路）。信號調理實(shí)現對現場(chǎng)信號的隔、放大、I/V轉換、整形，提高系統抗干擾性能?，F場(chǎng)傳感器、閥門(mén)由系統集中供電，系統提供24V、12V直流穩壓電源。

2.1.1 分布控制系統

分布控制系統硬件結構框圖如圖2所示。該系統以“管理集中，控制分散”為大批量，在每一加油口設計一現場(chǎng)控制器直接控制每個(gè)加油口，并由中心計算機通過(guò)BITBUS現場(chǎng)總線(xiàn)對現場(chǎng)控制器實(shí)行控制與管理，實(shí)現系統的監視和信息的統計處理。由于控制分散，中心計算機或某一控制單元發(fā)生故障時(shí)，其它控制單元仍然繼續工作，提高了系統的可靠性。

現場(chǎng)控制器接受鍵盤(pán)操作信息和從IC卡讀取飛機加油信息，實(shí)現流量計量，壓力、溫度檢查，電液閥控制?，F場(chǎng)控制器由STD工業(yè)計算機CPU模板、通信板、I/O模板、模擬量輸入板組成最小系統。另外還有擴展IC卡讀寫(xiě)器、鍵盤(pán)、顯示器等。

2.2 軟件結構

軟件的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C語(yǔ)言，分以下幾部分：

（1）數據采集、數字濾波、單位轉換；

（2）加油參數控制；

（3）加油信息處理（系統及報表）；

（4）網(wǎng)絡(luò )通信（分布系統）；

（5）系統計量校準及輔助工具；

（6）IC卡發(fā)卡系統（分布系統）；

（7）現場(chǎng)控制器數據采集及處理、加油控制和網(wǎng)絡(luò )通信。

2.3 系統結構

自動(dòng)監控和計量系統主要由現場(chǎng)傳感器、流量計、電液閥、現場(chǎng)控制器信號處理單元和中心控制室計算機組成。

2.3.1 信號調理部分和分離輔助儀表

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

2.3.2 流量計量與標定

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

2.3.3 現場(chǎng)控制器與IC卡應用

現場(chǎng)控制器作為分布控制系統的下位機，對加油口實(shí)施控制、計量，并與上位機實(shí)施通信。

現場(chǎng)控制器完成主要功能有：加油過(guò)程控制、計量、通信、IC卡讀寫(xiě)。系統設置兩種加油方式：一種是定量加油方式；一種是任意量加油方式。不輸入設定值為任意加油方式。在通過(guò)IC卡讀取飛機加油信息或通過(guò)鍵盤(pán)輸入飛機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)行流量計量。加油數量寫(xiě)入IC卡，同時(shí)上傳至上位機。

為提高現場(chǎng)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(kāi)關(guān)穩壓電源，防止工頻干擾；

（3）機殼進(jìn)行良好屏蔽，防止電磁干擾；

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

系統采用IC卡進(jìn)行機場(chǎng)供油管理，提高了工作效率，讀寫(xiě)次數可達100000次。SEL4442儲存字節數為256位，可儲存飛機號、啟用時(shí)間、密碼、最近10次的加油時(shí)間及加油量。加油開(kāi)始時(shí)，現場(chǎng)控制器對卡加電，并驗證卡的密碼。密碼正確后，讀取卡內飛機編號，允許給飛機加油。在加油過(guò)程中，始終查詢(xún)卡的狀態(tài)以確認卡的存在，并寫(xiě)當前值，避免在加油結束前抽卡。具有統一的發(fā)卡系統，對卡寫(xiě)入系統密碼和使用飛機號，供飛機加油使用。

2.3.4 現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )

在飛機加油現場(chǎng)，干擾因素多，干擾信號強，因此選用適合工業(yè)現場(chǎng)應用的BITBUS通信網(wǎng)絡(luò )，以屏蔽雙絞線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)。BITBUS網(wǎng)絡(luò )電氣接口符合RS485電氣標準，采用自同步方式，其性能參數如下：

速率 距離/段 節點(diǎn)數/段 傳輸線(xiàn)

62.5kbps 1200m 28（允許250） 1對

BITBUS通信協(xié)議幀格式如下：

系統采用的信息數據格式如下（正文長(cháng)度20個(gè)字節）：

飛機號 5位

加油狀態(tài)標志 1位

預置加油量 3位

加油量 3位

當前加油量 3位

加油口 1位

預留 4位

2.3.5 控制閥門(mén)的選用

在多機種飛機管理加油中，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(xiàn)、儀表造成損害。電動(dòng)調節閥雖然能實(shí)現關(guān)閉閥門(mén)的控制，但其控制復雜、價(jià)格昂貴，因此系統選用電液閥作為開(kāi)關(guān)控制。

多機種飛機油料保障是我們當前面臨的一項重要課題，而實(shí)現多機種飛機管道供油系統的自動(dòng)監控與計量，則是多機種飛機油料保障的必要前提和手段。有多種飛機管道供油系統的自動(dòng)監控與計量的實(shí)現，有效地保證了多機種飛機油料保障的實(shí)施。