油罐車油罐容量粗計量詳細(xì)方案

1、目錄油罐車油罐容量粗計量詳細(xì)方案2一、 概述及需求21.1現(xiàn)有系統(tǒng)概述21.2液位和體積計量需求2二、 方案選定32.1罐車時間運(yùn)行工況31. 溫度要能承受的住230的水蒸氣1個多小時的考驗(yàn)32. 安裝好的傳感器長久時間能受罐內(nèi)油液沖擊不受影響干擾，能長久正常工作33. 傳感器尺寸不要超過護(hù)欄高度（180mm）。32.2液位計選型31. 安裝法蘭到表頭的高度不要超過180mm32. 導(dǎo)波雷達(dá)液位計能承受230水蒸氣一個小時蒸罐要求33. 傳感器加裝防沖擊護(hù)套不影響正常測量。34. 使用RS485通信35. 需要有防爆認(rèn)證32.3體積粗計量計量方案32.3.1算法計算油罐內(nèi)體積32.3.2標(biāo)定方

2、法實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)油的體積4三、 設(shè)計詳情及規(guī)劃53.1轉(zhuǎn)換器硬件框圖53.2轉(zhuǎn)換器軟件模塊63.3通信協(xié)議63.3.1轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議63.3.2轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議63.4項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃73.5需要協(xié)調(diào)部分工作7四、 項(xiàng)目實(shí)行7油罐車油罐容量粗計量詳細(xì)方案1、 概述及需求1.1現(xiàn)有系統(tǒng)概述在規(guī)劃此項(xiàng)目之前先來了解下現(xiàn)有罐式車輛實(shí)時智能檢測系統(tǒng)的總體架構(gòu)，如下圖。轉(zhuǎn)換器1轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換器3油罐倉1 油罐倉2 油罐 倉3小大小大小大 液位計 液位計 液位計卸油閥卸油閥卸油閥卸油閥卸油閥卸油閥采集器CAN總線RS485總線RS485總線RS485總線終端云端轉(zhuǎn)換器獲

3、取人孔蓋和液位計信息，將這些信息傳給采集器，采集器將這些信息傳給終端，終端將這些信息傳遞到云端，這樣網(wǎng)頁客戶端和手客戶端就可以實(shí)時顯示檢測的數(shù)據(jù)。并根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)做管理和實(shí)現(xiàn)一些其他功能。1.2液位和體積計量需求在罐式車輛實(shí)時智能檢測系統(tǒng)有一個非常重要的數(shù)據(jù)需要檢測，那就是油液的高度和對應(yīng)的體積，我們可以通過油液的高度，粗略的計算出油液體積，我們可以通過油液的高度，可清楚的知道當(dāng)前油罐車是處于加油狀態(tài)，還是卸油狀態(tài)，還可以知道是正常存儲狀態(tài)或漏油狀態(tài)。針對非正常的卸油還可以判斷是否有其他人員盜油。所以罐式車輛實(shí)時智能檢測系統(tǒng)獲取準(zhǔn)確的油液高度和體積很有必要。對此我們就有了以下需求：1. 罐式車

4、輛實(shí)時智能檢測系統(tǒng)中，網(wǎng)頁客戶端和手機(jī)客戶端能實(shí)時獲取罐車內(nèi)油液位高度和對應(yīng)體積。2. 針對不同形狀的油罐，可以通過客戶端人機(jī)交互的方式將油罐相關(guān)參數(shù)下發(fā)到油罐體積計算終端（轉(zhuǎn)換器）。體積計算終端結(jié)合客戶端配置的參數(shù)，和通過獲取傳感器的液位高度計算出油罐內(nèi)有的體積，并將液位數(shù)據(jù)和體積數(shù)返回到客戶端。2、 方案選定2.1罐車時間運(yùn)行工況在選定方案前這里先說清楚下實(shí)際油罐車運(yùn)行情況。實(shí)際油罐車在裝油運(yùn)行過程中，由于車輛的起停、加減速、拐彎等，會引起油罐內(nèi)油的晃動，并且晃動的油對油罐內(nèi)的物體（比如說液位傳感器等）和油罐壁都有一定的沖擊。在對油罐，還有蒸罐的情況，蒸罐實(shí)際就是使用高溫高壓水蒸氣通過油罐

5、頂部對油罐內(nèi)壁的清洗的過程，清洗后冷卻的水滴通過底部流出，整個蒸罐持續(xù)一個多小時左右。另外油罐車頂有對應(yīng)的護(hù)欄，我們選用的傳感器的高度不要超過護(hù)欄高度。通過上面的敘述，我們在選用獲取液位高度的傳感器的時候，有幾個特別注意的參數(shù)就是：1. 溫度要能承受的住230的水蒸氣1個多小時的考驗(yàn)2. 安裝好的傳感器長久時間能受罐內(nèi)油液沖擊不受影響干擾，能長久正常工作3. 傳感器尺寸不要超過護(hù)欄高度（180mm）。2.2液位計選型對于液位的測量方法有很多種，有非接觸式的和接觸式的。非接觸式的方案我們可以選擇應(yīng)用超聲波或者雷達(dá)原理的傳感器。接觸式的我們可以選擇投入式的壓力傳感器通過壓力差和密度計算液位高度，還

6、可以選擇浮球式液位計（利用磁開關(guān)和霍爾元件實(shí)現(xiàn)）或?qū)Рɡ走_(dá)液位計。對于非接觸式的傳感器，因?yàn)楣迌?nèi)還有其他結(jié)構(gòu)件，會影響實(shí)際測量值，如果排除罐內(nèi)結(jié)構(gòu)件的干擾，非接觸式的傳感器應(yīng)該是首選。由于高溫有去磁的作用，雖然我們現(xiàn)有的溫度不足以達(dá)到完全去磁的溫度點(diǎn)，但是這個溫度會影響霍爾傳感器的精準(zhǔn)，另外浮球長時間的浸泡在油液中，其自身重量會受到對應(yīng)改變，從而影響最后測量值的精準(zhǔn)度。導(dǎo)波雷達(dá)液位計是通過發(fā)送雷達(dá)沿金屬探桿傳導(dǎo)，在遇到不同導(dǎo)電介質(zhì)時雷達(dá)波沿探桿返回。導(dǎo)波雷達(dá)液位計能很好的滿足我們的溫度的要求。我們也是在試驗(yàn)了浮球液位計、壓差式液位計和超聲波液位計之后發(fā)現(xiàn)有各種問題的存，而慎重選擇了導(dǎo)波雷達(dá)液位

7、計。選擇的導(dǎo)波雷達(dá)液位計的要求如下：1. 安裝法蘭到表頭的高度不要超過180mm2. 導(dǎo)波雷達(dá)液位計能承受230水蒸氣一個小時蒸罐要求3. 傳感器加裝防沖擊護(hù)套不影響正常測量。4. 使用RS485通信5. 需要有防爆認(rèn)證2.3體積粗計量計量方案對應(yīng)體積的計量這里分兩種情況考慮，一種是針對規(guī)則罐體，可以通過數(shù)學(xué)建模，實(shí)現(xiàn)算法的方法通過液位數(shù)據(jù)和罐體尺寸相關(guān)參數(shù)計算得出，另一種是針對異形罐體，通過標(biāo)定的方法實(shí)現(xiàn)體積的粗計量，當(dāng)然粗計量也是適合所有罐體的。2.3.1算法計算油罐內(nèi)體積因?yàn)橛凸藿孛娲蟛糠侄际且?guī)則的形狀，我們可以通過數(shù)學(xué)微積分的方法實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)體積的計算，這里以橢圓形油罐為例作介紹。X軸Y

8、軸液位如上圖，要求油罐內(nèi)液位體積，先求油罐內(nèi)油的截面積S，再將截面積S乘以罐的長度L就是油罐內(nèi)油的體積了。油罐長度L可通過人工輸入實(shí)際設(shè)計的油罐的長度，那么這個截面積S對應(yīng)液面高度不同而不同，我們可以通過微積分的方法來算出它。我們可以建立一個如圖示直角坐標(biāo)系，液位的改變對應(yīng)X軸，圖中油罐截面左邊的弧形是一個關(guān)于X的函數(shù)方程Y，我們暫記為Y=f(X),這個函數(shù)方程根據(jù)實(shí)際油罐形狀不同而不同，可以通過對應(yīng)油罐尺寸的相關(guān)參數(shù)獲取這個方程,這樣我們就可以通過這個方程和液位高度算出圖中陰影部分截面積S=，由于罐車一般的是左右對稱保持平衡的，同樣右邊的截面積也可以求出。這樣就獲取了實(shí)際油罐的截面積S=2S

9、，油罐內(nèi)有的體積V=S*L=2 * * L。上述講到的油罐車形狀及相關(guān)參數(shù)需要市場銷售人員與客戶溝通獲取對應(yīng)參數(shù)，最好是要有對應(yīng)油罐的尺寸圖紙。通過算法計算必須先要知道罐體截面積形狀相關(guān)參數(shù)，這樣才能設(shè)計出對應(yīng)的算法。另外參數(shù)需要平臺端人員設(shè)計對應(yīng)的參數(shù)錄入界面將需要的參數(shù)下發(fā)到轉(zhuǎn)換器進(jìn)行計算。2.3.2標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)油的體積對于不規(guī)則異形罐體，我們優(yōu)先采用標(biāo)定的方法將液位高度和與之對應(yīng)的體積做成一個二維表，這個表我們需要根據(jù)實(shí)際罐車現(xiàn)場測試獲得，獲取此標(biāo)定二維表非常麻煩，在此簡單介紹下如何獲取標(biāo)定二維表。最笨的方法是，我們使用一個已知固定容量容器（比如一個20L的桶），將容器中加入固定容

10、量的水，然后倒入油罐中，待油罐中水平靜后記錄下液位值，循環(huán)這個過程，直至到記錄完所有液位值。這樣就獲得了一個液位對應(yīng)體積的標(biāo)定二維表，平臺端需要做一個標(biāo)定界面，將這個標(biāo)定二維表下發(fā)到對應(yīng)的油罐車的轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器收到這個標(biāo)定二維表后需要將數(shù)據(jù)保存到存儲器中，在需要獲取液位的時候，根據(jù)從傳感器獲取的液位值，獲取存儲器中對應(yīng)液位值的體積值。然后將體積值發(fā)回平臺，這樣平臺出來后就可以從各個終端（主要是網(wǎng)頁和手機(jī)終端）看到對應(yīng)油罐車的體積值了。對應(yīng)的標(biāo)定二維表如下：序號(體積)V液位H1*20Lh12*20Lh23*20Lh34*20Lh4.2.3.3交互顯示界面平臺端需要做一個配置有關(guān)罐體參數(shù)的交互界

11、面，通過在界面中填入相關(guān)參數(shù)，將相關(guān)參數(shù)下發(fā)到轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器根據(jù)獲得的參數(shù)和交互界面指定的算法，計算體積。罐體形狀*對應(yīng)罐體描述圖片，幫助調(diào)試人員直觀的填寫相關(guān)參數(shù)參數(shù)1*參數(shù)2*參數(shù)3*參數(shù)4*.參數(shù)n*恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)按鈕確認(rèn)下發(fā)按鈕對于異形罐通過標(biāo)定方法計算體積的，將上述標(biāo)定二維表下發(fā)給轉(zhuǎn)換器。標(biāo)定文件瀏覽確認(rèn)下發(fā)按鈕這里的交互界面暫時只是做簡單示意，后期根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)再確定下來，也可以根據(jù)后期交流討論情況，增刪部分界面。3、 設(shè)計詳情及規(guī)劃3.1轉(zhuǎn)換器硬件框圖轉(zhuǎn)換器采用現(xiàn)有硬件框架，使用stm32單片機(jī)，通過RS485通信獲取傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)，使用CAN通信與采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。具體硬件框圖如

12、下：液位傳感器轉(zhuǎn)換器RS485隔離通信接口CAN隔離通信接口轉(zhuǎn)換器供電模塊采集器器轉(zhuǎn)換器供電模塊傳感器RS485接口CAN隔離通信接口存儲器電路CAN隔離通信模塊采用單路高速小體積CAN隔離收發(fā)模塊TD301MCAN，詳細(xì)信息如下圖，具體還需閱讀對應(yīng)數(shù)據(jù)手冊。RS485隔離通信模塊采用小體積自動收發(fā)隔離RS485收發(fā)器，詳細(xì)信息如下圖，具體還需閱讀對應(yīng)數(shù)據(jù)手冊。對于硬件電路的其他詳細(xì)情況這里不再敘述，具體請查閱轉(zhuǎn)換器原理圖。3.2轉(zhuǎn)換器軟件模塊軟件方面單片機(jī)需要使用到時鐘模塊，定時器模塊、看門狗模塊、串口模塊、SPI通信接口模塊、IIC通信接口模塊、CAN通信模塊。根據(jù)實(shí)際具體情況，軟件需要實(shí)

13、現(xiàn)基本3個軟件模塊的功能和其他軟件模塊功能，分別是：1. 參數(shù)保存，讀取功能2. RS485通信獲取傳感器數(shù)據(jù)功能3. CAN通信實(shí)現(xiàn)與采集器數(shù)據(jù)傳輸功能4. 其他軟件模塊功能，比如IAP（在應(yīng)用升級功能），體積計算功能等。3.3通信協(xié)議通信協(xié)議定制了各控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸格式，這里主要有兩部通信協(xié)議，分別是轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議和轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議。3.3.1轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器和傳感器之間的RS485通信協(xié)議詳見文檔導(dǎo)波雷達(dá)RS485通訊協(xié)議這里不再敘述。3.3.2轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器與采集器之間的CAN通信協(xié)議詳

14、見文檔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與采集器通信協(xié)議這里不再敘述。需要說明的是，對于配置交互參數(shù)，比如液位傳感器長度、安裝高度修正、罐體形狀、灌體各參數(shù)尺寸、倉形狀和相關(guān)參數(shù)、標(biāo)定表、角度傾斜修正開關(guān)、濾波指定、校準(zhǔn)提示、等參數(shù)錄入配置轉(zhuǎn)換器設(shè)備的數(shù)據(jù)協(xié)議需要在獲取液位后再溝通商定。3.4項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃詳見文檔03執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃_信號轉(zhuǎn)換器體積粗計量.mpp，這里不再復(fù)述，需要指出的是3月25號前寫好所有的代碼有點(diǎn)困難，可能部分代碼還需要等到3月25號后才能完成，主要是體積計量相關(guān)部分的代碼，具體看執(zhí)行進(jìn)度規(guī)劃文檔。3.5需要協(xié)調(diào)部分工作這里羅列下需要協(xié)調(diào)的工作，主要有，與采集器設(shè)計人員溝通通信協(xié)議，與采集器板通信聯(lián)調(diào)，與平臺交互配置數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)，標(biāo)定二維表數(shù)據(jù)的獲取，現(xiàn)場實(shí)際調(diào)試安裝，其他測試、調(diào)試、溝通、采購等需要的協(xié)助。4、 項(xiàng)目實(shí)行在選定好液位傳感器后，我們需要對其調(diào)試