一種新型的油庫液位測量系統(tǒng)
加入技術(shù)交流群
對油庫油量實時監(jiān)測和記錄是油庫系統(tǒng)的一項經(jīng)常性的工作。出于安全性的考慮，油庫內(nèi)不允許使用電力設(shè)備，也嚴禁煙、火。傳統(tǒng)的油庫液位測量是靠人工操作，每個油罐內(nèi)、外都有尺碼標記，需要測量油位時就派人爬到油罐頂端，打開頂蓋，用目測法確定油面所處的位置，記錄油量的變化。該法較麻煩，測量誤差也較大，但油罐上不允許用電，這給自動化測量帶來很大困難。筆者曾配合某研究所研制了使用光電隔離系統(tǒng)來測量油庫液位的系統(tǒng)，很好地解決了這個問題：在油罐頂端使用平衡傳動設(shè)備，用光源測量油位的變化，然后將這種隨油量而變化的光信號通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，這樣，監(jiān)控中心就能對油庫油量進行實時監(jiān)測和控制，既保證了油庫的安全，又達到了對油庫自動化管理的目的，同時還大大提高了進出油量的測量精度，可顯著提高油庫系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。這種方法可以推廣到對油的密度和溫度進行實時監(jiān)測，市場前景非常廣闊。圖1是該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖1中，浮標和吊錐起平衡作用，當油面靜止時，吊錐維持不動，光源發(fā)出的光通過齒輪保持不變。當油面上下浮動時，齒輪隨著轉(zhuǎn)動，這時，通過齒輪孔的光線會按一定的速率變化，將這種變化的光信號通過光纖傳輸?shù)胶罄m(xù)設(shè)備進行處理。油面是上升還是下降，可以根據(jù)光線通過齒輪孔正反向?qū)实牟煌瑏泶_定。
為判斷油罐是進油還是出油，需要產(chǎn)生兩路光信號：基準和比較信號。兩路光電轉(zhuǎn)換及放大電路完全一樣，但光信號的延時不一樣，光信號通過光電轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過兩級放大與校準變成TTL電平送到數(shù)據(jù)處理設(shè)備。圖3是進出油時所觀察到的波形圖。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動，電路會輸出一連串脈沖信號，齒輪轉(zhuǎn)得越快，脈沖頻率越高，油量變化就越快。也就是說，齒輪轉(zhuǎn)動一格，電路就會輸出一個脈沖信號，即表示油庫油量上升或下降一格所代表的距離。下面要介紹的數(shù)據(jù)處理電路的作用主要是精 確統(tǒng)計放大電路輸出的脈沖個數(shù)，然后通過轉(zhuǎn)換電路將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為油庫對應(yīng)的高度。
2 數(shù)據(jù)處理電路的硬件設(shè)計
數(shù)據(jù)處理電路是整個系統(tǒng)的核心部分，全部電路集成在一片可編程邏輯器件 EPLD內(nèi)，器件使用Altera公司生產(chǎn)的EPM7000系列。該芯片主要特點是體積小，價格便宜，引腳選擇靈活，內(nèi)部包含3000個有效門，特別適合中小規(guī)模電路的設(shè)計。在具體設(shè)計過程中，用Altera公司的開發(fā)軟件MAX＋PLUSII將待設(shè)計的電路用VHDL語言或電路圖方式進行描述并輸入，由軟件自動編譯、布局和布線，生成可編程POF文件和SNF仿真文件，待仿真結(jié)果正確以后就可以通過編程器將編程文件加載到EPLD內(nèi)。
本電路的主要功能為：估計輸入信號的時鐘頻率，選擇合適的時鐘分頻信號，對兩路輸入信號進行同步整形，消除邊緣效應(yīng)引起的毛刺，避免因毛刺而引起的對脈沖數(shù)統(tǒng)計的誤差。對輸入信號進行識別，根據(jù)比較信號對基準信號的延遲不同，判斷電路工作在1、2模式，還是1、3模式。如果工作在1、2模式，計數(shù)器正向計數(shù)；如果工作在1、3模式，計數(shù)器反向計數(shù)；如果輸入為一恒定電平，計數(shù)器處于保持狀態(tài)。最后，將計數(shù)器結(jié)果輸出到液晶顯示模塊或計算機中。圖4是數(shù)據(jù)處理框圖。
整形識別電路設(shè)計得好／壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能指標。在設(shè)計整形識別電路之前，我們對油庫工作情況進行了分析。由于油罐體積一般比較大，所以進油、出油的速度比較慢，我們曾經(jīng)用水代替油做過模擬實驗，光信號變?yōu)槊}沖電信號的周期一般都在 500ms以上，在如此長周期的信號中會伴隨著出現(xiàn)一些大毛刺，（實測最大的毛刺寬度為2ms），如果用此信號作為計數(shù)器計數(shù)時鐘，會給系統(tǒng)帶來很大誤差。考慮到毛刺多出現(xiàn)在上升沿或下降沿階段，可以選擇用500μs時鐘對輸入信號進行鎖存，這樣，一可起同步作用，二可以消除一些小的毛刺，剩下的毛刺就是大于500μs的毛刺，然后用此信號作為161計數(shù)器的清零信號，用500μs時鐘作為161計數(shù)器的計數(shù)時鐘，按圖5所連即可消除前沿和后沿2ms的干擾脈沖。將整形后的兩路信號送到識別電
路產(chǎn)生正反向控制信號，其中，基準信號送到正反向計數(shù)器電路作為計數(shù)脈沖。識別電路是根據(jù)基準信號和比較信號上升沿的不同來判別的，進油時，基準信號和比較信號上升沿近似對齊，出油時，基準信號和比較信號上升沿相差半個時鐘節(jié)拍，通過比較正電平內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)來確定進出油，具體電路實現(xiàn)如圖5所示。
3 結(jié)束語
實踐證明，本系統(tǒng)較好地解決了油庫油量的測量問題，模擬實驗效果良好，測量誤差控制在2個脈沖信號內(nèi)，能準確及時地反映油量的變化，又易于與微機組成可靠的監(jiān)測系統(tǒng)，為油庫管理系統(tǒng)自動化提供了有益的嘗試。
參考文獻
1 劉寶琴，張芳蘭，田立生．Altera可編程邏輯器件的應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，1995
評論