摘? 要: 提出了一個多機種飛機管道供油的自動監(jiān)控與計量系統(tǒng)方案，研制了單機集中控制和分布控制模型，實現(xiàn)了多機種飛機管道供油的自動控制，并于實際應用中取得良好效果。
關鍵詞: 監(jiān)控? 管道供油? 網(wǎng)絡系統(tǒng)? 現(xiàn)場總線
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在多機種飛機管道供油系統(tǒng)中，各項技術參數(shù)應隨加油飛機種類、型號的不同和同時加油飛機的數(shù)量多少而不斷變化。為了使加油過程中各技術參數(shù)均能滿足加油飛機的需求，必須建立一套自動監(jiān)測的自動化系統(tǒng)。為此，我們研制成功了單機集中控制和分布控制模型，實現(xiàn)了多機種飛機管道供油的自動監(jiān)控、計量和管理。
1 主要技術要求
(1)對輸油泵的遠程控制
實現(xiàn)泵房無人值守，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，通過計算機對油泵實施遠程控制。
(2)對使用油罐液位監(jiān)測
在加油過程中，對使用油罐液位進行監(jiān)測是十分必要的。系統(tǒng)應能實時監(jiān)測使用油罐的液位，將采集到的液位值動態(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(jiān)測
為滿足飛機加油時對油壓的需要，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傳至計算機，并根據(jù)不同機種、不同加油方式實施監(jiān)控。
(4)油品溫度的監(jiān)測
在輸油環(huán)狀管與分支管的結合處，安裝溫度傳感器，取樣周期在1秒以內，溫度分辨率小于0.1度。
(5)自動計量換算
以空氣中油品重量(質量)為計算標準，由檢測的油溫度換算出當時的表觀溫度，再根據(jù)加出的油品體積累計數(shù)計算出重量數(shù)。
(6)自動識別機號
為防止油料外流，設置了飛機機號識別功能。現(xiàn)場控制器通過IC卡實施飛機識別，該IC卡同時具有管理功能，可以存儲加油密碼，記錄加油數(shù)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(tǒng)本身和加油操作過程的安全，設置多種保護功能，主要有:
①油品超壓保護
跟蹤檢測系統(tǒng)內油品壓力，若因水擊影響或因故障引起油壓超限時，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泵機異常保護
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。
2 系統(tǒng)結構及工作原理
2.1 硬件結構
考慮到實際需要和經(jīng)濟問題，我們設計了單機集中控制和分布控制兩種系統(tǒng)。
2.1.1 單機集中控制系統(tǒng)
單機集中控制系統(tǒng)硬件結構框圖如圖1所示，中心計算機采用PC總線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)、光電隔離開關量輸出板(32路)。信號調理實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的隔離、放大、I/V轉換、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)硬件結構框圖如圖2所示。該系統(tǒng)以″管理集中，控制分散″為原理，在每一加油口設計一現(xiàn)場控制器直接控制每個加油口，并由中心計算機通過BITBUS現(xiàn)場總線對現(xiàn)場控制器實行控制與管理，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視和信息的統(tǒng)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，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卡讀取飛機加油信息，實現(xiàn)流量計量，壓力、溫度檢查，電液閥控制。現(xiàn)場控制器由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(tǒng)。另外還有擴展IC卡讀寫器、鍵盤、顯示器等。
2.2 軟件結構
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、單位轉換;
(2)加油參數(shù)控制;
(3)加油信息處理(系統(tǒng)及報表);
(4)網(wǎng)絡通信(分布系統(tǒng));
(5)系統(tǒng)計量校準及輔助工具;
(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)絡通信。
2.3 系統(tǒng)結構
自動監(jiān)控和計量系統(tǒng)主要由現(xiàn)場傳感器、流量計、電液閥、現(xiàn)場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
綜合考慮了系統(tǒng)的信號體系，對信號調理電路進行了優(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，有效地降低了外界干擾。
2.3.2 流量計量與標定
流量計量是實施加油控制、過程檢測、加油系統(tǒng)和記錄儀的關鍵。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(xiàn)場控制器與IC卡應用
現(xiàn)場控制器作為分布控制系統(tǒng)的下位機，對加油口實施控制、計量，并與上位機實施通信。
現(xiàn)場控制器完成的主要功能有:加油過程控制、計量、通信、IC卡讀寫。系統(tǒng)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IC卡讀取飛機加油信息或通過鍵盤輸入飛機加油信息并確定加油后，控制器啟動電磁閥實施加油，同時進行流量計量。加油數(shù)量寫入IC卡，同時上傳至上位機。
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)采用開關穩(wěn)壓電源，防止工頻干擾;
(3)機殼進行良好屏蔽，防止電磁干擾;
(4)設置WATCHDOG，在軟件上進一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。
系統(tǒng)采用IC卡進行機場供油管理，提高了工作效率，讀寫次數(shù)可達100000次。SEL4442儲存字節(jié)數(shù)為256位，可儲存飛機號、啟用時間、密碼、最近10次的加油時間及加油量。加油開始時，現(xiàn)場控制器對卡加電，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。在加油過程中，始終查詢卡的狀態(tài)以確認卡的存在，并寫當前值，避免在加油結束前抽卡。具有統(tǒng)一的發(fā)卡系統(tǒng)，對卡寫入系統(tǒng)密碼和使用飛機號，供飛機加油使用。
2.3.4 現(xiàn)場網(wǎng)絡
在飛機加油現(xiàn)場，干擾因素多，干擾信號強，因此選用適合工業(yè)現(xiàn)場應用的BITBUS通信網(wǎng)絡，以屏蔽雙絞線作為傳輸介質。BITBUS網(wǎng)絡電氣接口符合RS485電氣標準，采用自同步方式，其性能參數(shù)如下:
?速率???????????????? 距離/段???????? 節(jié)點數(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個字節(jié)):
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 控制閥門的選用
??? 在多機種飛機管道加油中，管中油品流量大、壓力高，普通電磁閥關閉時間不可控，壓力加油時將產(chǎn)生很大的水擊壓力，對管線、儀表造成損害。電動調節(jié)閥雖然能實現(xiàn)關閉閥門的控制，但其控制復雜、價格昂貴，因此系統(tǒng)選用電液閥作為開關控制。
??? 多機種飛機油料保障是我們當前面臨的一項重要課題，而實現(xiàn)多機種飛機管道供油系統(tǒng)的自動監(jiān)控與計量，則是多機種飛機油料保障的必要前提和手段。多機種飛機管道供油系統(tǒng)的自動監(jiān)控與計量的實現(xiàn)，有效地保證了多機種飛機油料保障的實施。