基于FM350_2的原油流量检测系统的设计.docx

基于FM350-2的原油流量检测系统的设计孙承志张家海熊田忠(三江学院电气与自动化工程学院，南京210012)摘要针对原油流量检测要求快速、准确、数据量大等特点，将新型高速计数模块FM350-2应用到刮板流量计输出脉冲计数上，利用其无限循环计数和频率测量功能，并改进传统的数据处理方式，简化了瞬时流量和累积流量的计算，提高了检测的实时性和准确性。关键词FM350-2瞬时流量累积流量流量检测中图分类号TP814文献标识码A文章编号1000-3932(2011)04-0384-05石油开采中，原油外输计量是生产、储运及贸易交接过程中的一个重要环节，其计算精度的高低直接关系到生产、销售企业的经济效益［1］。决定计量精度的因素主要有原油的流量、含水率及温度等，而流量计量又是其中最关键的因素［2］。目前很多油田原油计量采用的是流量计计量(动态计量)方式，如何提高流量计量的精确度将决定整个原油计量的准确度。工程上通常将流量计输出的4～20mA电流信号经模数转换后由控制器计算当前的瞬时流量，由定时累加形成累积流量。然而，模拟信号长距离传输容易受到干扰，而且对瞬时流量的定时累加从理论上来讲存在着很大的误差。随着电子技术的发展，配备脉冲编码器的容积式刮板流量计得到了广泛应用。通过定时对脉冲进行计数，可以计算出原油的瞬时流量和累积流量。但由于存在计数溢出等问题，若处理方法不当，计算结果也存在着较大的误差［3］。因此选用不同的计数模块，以及对脉冲采用不同的处理方式，都将大大影响流量计算的复杂性和准确度［4］。笔者选用西门子FM350-2高速计数模块，将FM350-2的无限计数和频率测量等方式结合起来，不仅简化了数据处理的复杂性更克服了传统方式脉冲处理的长时间累积误差，从而保证了原油计量的准确性。1硬件系统设计该检测系统现有4路来油输入管道，2路原油外输管道，流量检测选用的是带电子脉冲输出的刮板流量计，型号是LB-1006．3MPa，流量范围38～83m3/h，工作压力3．6～5．3MPa，搭配编码器LPJ-12D/F1，每转能够产生1000个脉冲，脉冲当量为0．01L/脉冲，三线制输出。系统要求对所有管道原油瞬时流量进行实时不间断检测，并且各路累积流量能够进行断电保持、清零等操作。系①统要留有1～2路的余量。针对上述要求，系统选用了具有8路高速可逆计数通道的西门子FM350-2模块，接收刮板流量计输出的脉冲。由S7-314-2DP型PLC负责采集FM350-2的计数和频率值，以计算瞬时流量和累积流量。另外，PLC还通过RS485采集原油的含水率、实时温度等参数，通过工业以太网模块与上位机监控系统实现通信。整个系统硬件平台如图1所示。图1系统硬件框图1．1CPU的选型系统需要长期、实时、稳定地显示、存储原油流量，另外该CPU还要承担与现场多个MODBUS从站进行通信，因此对CPU的性能要求比较高，笔者选用西门子S7-314-2DP型号PLC来对FM350-2采集的数据进行分析和处理，计算出上游来油量和外输原油量。S7-314的MB0～MB15具有断电保护功能，可以在系统断电后一段时间内保存各通道的累计流量，以便在下次上电后系统可以接着做累积。①收稿日期:2011-01-13(修改稿)第4期孙承志等．基于FM350-2的原油流量检测系统的设计3851．2FM350-2及其组态FM350-2是具有高精度计量功能的8通道高速可逆计数模块，具有一个32位脉冲计数器，最大计数范围达～FFFFFFFFH，计数器最大输入频率可达每计数通道10kHz，主要应用在需要信号计数、对缺省计数值进行高速响应、频率测量或速度测量的场合。FM350-2具有多种计数方法:循环计数、单次计数和连续计数。基于计数过程该模块还有4种工作方式:频率测量、旋转速度测量、周期持续时间测量和计量，实际使用时，可以将所有工作模式单独分配给每个通道。当工作在频率测量方式时，FM350-2在测量频率的同时对脉冲进行无限循环计数。为了正常使用FM350-2模块就必须对该模块进行正确的组态。安装好FM350-2的驱动程序后，在西门子编程环境STEP7的硬件组态插槽内里插入该模块，然后双击该模块将每个通道配置为频率测量工作方式。频率测量是以时间窗口为基准，时间窗口的大小是以10ms的倍数n来设定的，在这段时间内对脉冲进行计数从而计算频率，增大时间窗口，可以提高频率测量的精度。FM350-2电源由PS3072A供电，刮板流量计的脉冲输出端S分别接FM350-2的A0～A7端。刮板流量计电源由外部24V电源供电，需要注意的是FM350-2的电源地必须和刮板流量计的电源地短接，这样可以加强信号抗干扰能力，提高系统计数的可靠性。FM350-2的8个输入通道分为两部分，可以分两次读取，每次读取4个