多机种飞机管道供油自动监控与计量系统

    摘要：提出了一个多机种飞机管道供油的自动监控与计量系统方案，研制了单机集中控制和分布控制模型，实现了多机种飞机管道供油的自动控制，并于实际应用中取得良好效果。

    关键词：监控 管道供油 网络系统 现场总线

在多机种飞机管道供油系统中，各项技术参数应随加油飞机种类、型号的不同和同时加油飞机的数量多少而不断变化。为了使加油过程中各技术参数均能满足加油飞机的需求，必须建立一套自动监测的自动化系统。为此，我们研制成功了单机集中控制和分布控制模型，实现了多机种飞机管道供油的自动监控、计量和管理。

1 主要技术要求

（1）对输油泵的远程控制

实现泵房无人值守，将油泵运转的工作状态反映在中心控制室计算机屏幕上，通过计算机对油泵实施远程控制。

（2）对使用油罐液位监测

在加油过程中，对使用油罐液位进行监测是十分必要的。系统应能实时监测使用油罐的液位，将采集到的液位值到态形象地显示在计算机屏幕上，并设置限位报警装置。

（3）油品压力的监测

为满足飞机加油时对油压的需要，将装在油泵出口处管道上、输油总管上等处的压力表信号远至计算机，并根据不同的机种、不同加油方式实施监控。

（4）油品温度的监测

在输油不状管与分支管的结合处，安装温度传感器，取样周期在1秒以内，温度发辨率小于0.1度。

（5）自动计量换算

以空气中油品重量（质量）为计算标准，由检测的油温度换算出当时的表现温度，再根据加出的油品体积累计数计算出重量数。

（6）自动识别机号

为防止油料外流，设置了飞机机号识别功能。现场控制器通过IC卡实施飞机识别，该IC卡同时具有管理功能，可以存储加油密码，记录加油数量。

（7）输出打印

①能打印出各架飞机本次加油清单和旬、月、季、年累计加油清单；②打印当日飞机加油总量表；③打印旬、月加油总表；④打印其它所需资料。

（8）为了加油系统本身和加油操作过程的安全，设置多种保护功能，主要有：

①油品超压保护

跟踪检测系统内油品压力，若因水击影响或因故障引起油压超限时，一方面停泵中止加油，另一方面开启通向放空罐管道的安全阀卸压。

②泵机异常保护

加油系统的油泵控制柜具有过载、过热、电压超压/欠压、过流、电源短路、断路等多种保护。

2 系统结构及工作原理

2.1 硬件结构

考虑到实际需要和经济问题，我们设计了单机集中控制和分布控制两种系统。

2.1.1 单机集中控制系统

单机集中控制系统硬件结构框图如图1所示，中心计算机采用PC总线486工业计算机，内存8M.扩展接口模板有：光电隔离模拟量输入板（32路，12位）、脉冲量输入板（12路，16位）、光电隔离开关量输出板（32路）。信号调理实现对现场信号的隔、放大、I/V转换、整形，提高系统抗干扰性能。现场传感器、阀门由系统集中供电，系统提供24V、12V直流稳压电源。

2.1.1 分布控制系统

分布控制系统硬件结构框图如图2所示。该系统以“管理集中，控制分散”为大批量，在每一加油口设计一现场控制器直接控制每个加油口，并由中心计算机通过BITBUS现场总线对现场控制器实行控制与管理，实现系统的监视和信息的统计处理。由于控制分散，中心计算机或某一控制单元发生故障时，其它控制单元仍然继续工作，提高了系统的可靠性。

现场控制器接受键盘操作信息和从IC卡读取飞机加油信息，实现流量计量，压力、温度检查，电液阀控制。现场控制器由STD工业计算机CPU模板、通信板、I/O模板、模拟量输入板组成最小系统。另外还有扩展IC卡读写器、键盘、显示器等。

2.2 软件结构

软件的开发语言为C语言，分以下几部分：

（1）数据采集、数字滤波、单位转换；

（2）加油参数控制；

（3）加油信息处理（系统及报表）；

（4）网络通信（分布系统）；

（5）系统计量校准及辅助工具；

（6）IC卡发卡系统（分布系统）；

（7）现场控制器数据采集及处理、加油控制和网络通信。

2.3 系统结构

自动监控和计量系统主要由现场传感器、流量计、电液阀、现场控制器信号处理单元和中心控制室计算机组成。

2.3.1 信号调理部分和分离辅助仪表

结合考虑了系统的信号体系，对信号调理电路进行了优化设计，包括信号隔离及放大电路、整形限幅电路、信号转换电路，分别完成电液阀控制、流量计脉冲信号的整形和电平转换、温度和液位传感器电流/电压转换。电路设计充分运用了隔离和滤波技术，有效地降低了外界干扰。

2.3.2 流量计量与标定

流量计量是实施加油控制、过程检测、加油系统和记录仪的关键。流量计量采用腰轮流量计和光电流量转换器。转换器输出脉冲信号，提高了信号的抗扰能力和计量精度。

2.3.3 现场控制器与IC卡应用

现场控制器作为分布控制系统的下位机，对加油口实施控制、计量，并与上位机实施通信。

现场控制器完成主要功能有：加油过程控制、计量、通信、IC卡读写。系统设置两种加油方式：一种是定量加油方式；一种是任意量加油方式。不输入设定值为任意加油方式。在通过IC卡读取飞机加油信息或通过键盘输入飞机加油信息并确定加油后，控制器启动电磁阀实施加油，同时进行流量计量。加油数量写入IC卡，同时上传至上位机。

为提高现场控制器的抗扰能力，在以下几方面采取了措施：

（1）输入信号采取光电隔离，防止干扰信号串入；

（2）采用开关稳压电源，防止工频干扰；

（3）机壳进行良好屏蔽，防止电磁干扰；

（4）设置WATCHDOG，在软件上进一步提高系统的抗干扰性和可靠性。

系统采用IC卡进行机场供油管理，提高了工作效率，读写次数可达100000次。SEL4442储存字节数为256位，可储存飞机号、启用时间、密码、最近10次的加油时间及加油量。加油开始时，现场控制器对卡加电，并验证卡的密码。密码正确后，读取卡内飞机编号，允许给飞机加油。在加油过程中，始终查询卡的状态以确认卡的存在，并写当前值，避免在加油结束前抽卡。具有统一的发卡系统，对卡写入系统密码和使用飞机号，供飞机加油使用。

2.3.4 现场网络

在飞机加油现场，干扰因素多，干扰信号强，因此选用适合工业现场应用的BITBUS通信网络，以屏蔽双绞线作为传输介质。BITBUS网络电气接口符合RS485电气标准，采用自同步方式，其性能参数如下：

速率 距离/段 节点数/段 传输线

62.5kbps 1200m 28（允许250） 1对

BITBUS通信协议帧格式如下：

帧格式开始标志（F）站地址控制（C）信息（I）帧效验（F）结束标志011111108位8位长度可变16位01111110

系统采用的信息数据格式如下（正文长度20个字节）：

飞机号 5位

加油状态标志 1位

预置加油量 3位

加油量 3位

当前加油量 3位

加油口 1位

预留 4位

2.3.5 控制阀门的选用

在多机种飞机管理加油中，管中油品流量大、压力高，普通电磁阀关闭时间不可控，压力加油时将产生很大的水击压力，对管线、仪表造成损害。电动调节阀虽然能实现关闭阀门的控制，但其控制复杂、价格昂贵，因此系统选用电液阀作为开关控制。