基于OCS流量計監控裝置的研究與實現

臧振勝

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

質量流量計可以測量水蒸汽介質的流量和干度參數值，根據工況溫度和壓力值還可以計算出水蒸汽的實時密度、介質狀態。OCS 控制器可以準確穩定地采集多個質量流量計的實時數據值，并進行邏輯判斷和告警輸出，OCS 同時實現網關功能將數據匯總轉發至后端設備[1]。

1 主界面

1.1 數據顯示

圖1 監控裝置主界面圖Fig.1 The main interface of the monitoring device

主界面顯示RTC 硬件時鐘參數，格式為yyyy-mm-dd和HH:mm:ss，分別代表日期和時間，應用%SR047 寄存器（RTC_DATE）和%SR044 寄存器（RTC_SEC）。Alarm Object Proprieties 告警控件可以實現所設置事件的告警信息。流量計的測量介質為水蒸汽，儀表顯示的參數有瞬時流量值（t/h）、累積流量值（T），溫度值（℃），干度值（%）和壓力值（MPa）。%R00101 寄存器顯示瞬時流量值，%R00103 寄存器顯示累積流量值，流量計上限告警用H 表示對應Q2，下限告警用L 表示對應Q1，當流量計出現通信故障時顯示X 標識對應%R00611 變量閃爍，溫度對應%R00107 寄存器，干度對應%R00109 寄存器，壓力對應%R00105 寄存器。曲線記錄顯示最近2h 的歷史數據值，X 軸為記錄時間，Y 軸為流量計的瞬時流量值對應%AQ109寄存器。此外主頁上還有頁面跳轉功能鍵包括：參數設置、1 號站流量計、2 號站流量計和3 號站流量計[2]。

1.2 數據查詢

除了實時顯示流量計的數據之外，監控裝置可以實現歷史數據的查詢報表，如圖2 所示。以1#流量計為例，數據查詢功能可以顯示歷史數據的詳細信息包括：序號、記錄時間、瞬時流量、累積流量、壓力值和溫度值。第一條記錄序號寄存器%R10001，時間寄存器%R12002，瞬時流量寄存器%R10008，累積流量寄存器%R10010，壓力寄存器%R10012，溫度寄存器%R10014；第二條記錄序號寄存器%R10032，時間寄存器%R12012，瞬時流量寄存器%R10039，累積流量寄存器%R10041，壓力寄存器%R10043，溫度寄存器%R10045，以此類推。點擊查詢時間按鈕會進入查詢界面并會提示“請輸入要查詢的日期”，輸入年月日的信息，并點擊“載入數據”觸發%T10001 寄存器。點擊上5 頁會觸發%T10019 寄存器，點擊下5 頁會觸發%T10021 寄存器，點擊上一頁寄存器會觸發%T10002寄存器，點擊下一頁寄存器會觸發%T10002 寄存器[3,4]。

圖2 數據查詢主界面圖Fig.2 The main interface of data query

1.3 斷電時刻記錄

為了保證控制系統的可靠運行對硬件運行的時鐘進行連續性追溯，屏幕界面包括上次斷電時刻、本次上電時刻和本次斷電時長3 部分。其中，上次斷電時刻日期對應%R00224 寄存器，時鐘對應%R00221 寄存器；本次上電時刻日期對應%R00214 寄存器，時鐘對應%R00211 寄存器；本次斷電時長對應%R00235 寄存器。本次上電時刻和上次斷電時刻的邏輯處理細節為：每次上電捕捉上電和斷電時間，上電時將保存系統RTC_SEC 時鐘信息的%SR044寄 存 器 賦 給%R211、%R212、%R213、%R214、%R215和%R216 的6 個寄存器，由此記錄的就是硬件上電的啟動時間信息。在硬件穩定運行時，一直將保存系統RTC_SEC 時鐘信息的%SR044 寄存器給%R201、%R202、%R203、%R204、%R205 和%R206的6 個寄存器。這樣一旦系統出現異常，%R201 開始的寄存器存儲的就是上次斷電前最后的系統RTC 時鐘信息，%R00235 寄存器中記錄了上次斷電至本次上電期間的中斷時間信息。具體的實現過程是將兩個時間節點的RTC信息都折算成有多少天，最后將上述兩個時間進行減處理得到最終的中斷時間數據[5]。

2 參數設置

2.1 Modbus 參數

圖3 斷電時刻記錄界面Fig.3 Record interface of power-off moment

Modbus 參數設置包括Modbus RTU 設置和Modbus TCP設置兩部分。修改Modbus-RTU 通信參數后，需要停用、再啟用通信啟/停按鈕，新的設置方能生效。其中RTU 設置時需要設置從站ID、波特率、校驗方式、數據位和停止位，分別對應%R00919、%R00912、%R00913、%R00914和%R00915 寄存器。TCP 設置時需要設置IP 地址、Mask掩碼和網關地址，分別對應%R00901、%R00903 和%R00905寄存器。上述參數的設置都需要點擊“通信停用中”按鈕進行觸發保存。如果波特率里的數值小于5 或大于9，則把它賦予5，9600 波特率。如果校驗位里的數值小于0 或大于2，則把它賦予0，無校驗。如果數據位里的數值小于2 或大于3，則把它賦予3，8 數據位[6]。

2.2 告警閾值

針對流量計的運行狀態監控，設備具有告警功能。由于現場流量計的運行狀態復雜，既要實現告警動作又要避免誤告警出現。為此，告警功能采用流量計高報限值、高報延遲時間、低報限值和低報延遲時間，同時還對高低限值告警做啟?？刂?。以流量計1 為例，低報限值對應%R00361 寄存器、延遲時間對應%R00373 寄存器、啟?？刂茖?M00001 寄存器；高報限值對應%R00363寄存器、延遲時間對應%R00375 寄存器，啟?？刂茖?M00002 寄存器。為了便于操作者對告警信息的觀察和定位，在告警界面同樣放置Alarm Object Properties 告警信息欄控件，用戶可以依據現實的告警信息對告警閾值和延遲時間進行針對性動態設置[7]。

2.3 系統時鐘

裝置的穩定運行需要對設備RTC時鐘進行有效的溯源。如圖6 所示，左上角顯示的是系統當前時鐘信息，用戶可以點擊對應的輸入框修改系統日期“yyyy-mm-dd”（%SR047寄存器）和修改系統時間“HH：mm：ss”（%SR044 寄存器）。進行系統時間設置并不需要重啟操作，受硬件晶振自身精度和溫漂的影響，一般設備的時鐘誤差每個月在2min以內。因此，需要周期性地對設備時鐘進行微調[8]。

圖4 Modbus參數設置界面Fig.4 Modbus parameter setting interface

圖5 添加Modbus驅動界面①Fig.5 Add Modbus driver interface①

3 過程計算

圖6 添加Modbus驅動界面②Fig.6 Add Modbus driver interface②

流量計監控裝置可以同時對3 個流量計的數據進行采集和計算，分別包括：質量流量、溫度、干度/濕度和累積量。質量流量是%R00001 寄存器除以1000 結果保存在%R00101 寄存器中，再計算將%R00101 寄存器乘以10 輸出至%AQ107 寄存器，通過Real 和Int 類型轉換%AQ109 寄存器的整形數據參與后續的整形計算和顯示。溫度將%R00003 寄存器除以1 輸出給%R00107 寄存器，再對寄存器%R00107 進行上下限值判斷，如果超過上限固定300℃，如果超過下限固定-60℃。干度/濕度值保存在寄存器%R00005，除以系數1 后保存至寄存器%R00109。流量計干度的計算較為復雜，一般是通過前端傳感器采集的頻率值查詢對應的干度標定表格計算出來的。由于流量計的測量介質為飽和蒸汽，水蒸汽如果處于飽和狀態下，其工況壓力值可以根據工況溫度值進行計算，將溫度值%R00107 寄存器加273.15 實現℃和K 溫度單位的換算輸出至寄存器%AQ101，對上述變量進行浮點數算數運算%AQ103 = 8.10765 - (1750.286 / (235 + %R107))，10的%AQ103次冪輸出至%AQ105 寄存器，這樣寄存器%R105 = ((133.322 × %AQ105 / 100000) - (1.013)) / 10 的數值就是工況壓力值，為了避免壓力值超限，與上述溫度判斷一樣，當壓力小于0 時置工況壓力為0，工況壓力大于等于10 時，置工況壓力為10[9]。

4 結論

本文闡述了應用一體化OCS 控制器實現多臺流量計數據采集和控制的研發過程。流量計監控裝置可以實現流量計工況溫度、干度、瞬時流量、累積流量的采集和告警監控。裝置的觸摸屏交互功能操作直觀便捷，方便現場對告警、通信、時鐘等參數的動態設置。經測試，基于OSC控制器的流量計監控裝置可以穩定高效地采集3 臺流量計的監控數據且可以進行歷史記錄查詢，達到了預期的設計效果。