一种基于流量法的大型贮罐容积标定系统

　　1　引　言

　　大型贮罐(如储油罐、火箭燃料贮罐等)加注时,罐内节点液位对加注过程有控制作用[1, 2, 3]。对节点液位的加注量,除了被加注贮罐上提供的若干个预先标定好的液位信号外,可以参与比对的有流量计数据、贮罐理论计算量等。以贮罐理论容积公式计算结果用于比对时,由于贮罐的尺寸和形状误差,以及贮罐内部有管道和加强筋等部件,或长期使用后发生的倾斜、变形等问题,造成计算结果与实际情况有较大偏差。比如,对于贮罐受到介质重力作用而发生的塑性或弹性变形,以及现场技术条件下难以准确测定等问题,这势必造成贮罐液面容量参照表信息的不准确。鉴于此,开展大型贮罐的容积标定试验研究显得十分重要。该系统是应新一代大型运载火箭的研制需要,通过流量法获得大型贮罐容积参数的标定系统,是重要的基础性技术保障工程项目。

　　2　系统原理及组成

　　2.1　工艺系统

　　贮罐液压及容积试验系统主要由流量计量标准装置和容积标定系统组成。与通常的称重法相比,该系统具有校验方便、操作快捷、准确度高等优点。其中,流量计量标准装置采用静态质量法,系统以此为原级标准,使其本身具备自校准功能,方便实现流量计的实时校准;容积标定系统采用动态流量法,并以此为传递标准,实现被测罐体指定节点液位处的容积标定。该系统旨在通过测定流入巨型贮罐试验介质累积流量的办法,准确获得指定节点液位所对应的容积值(也可标定指定容积处的液位值)。

　　加注标定流程是本系统的关键所在,在此之前须先进行流量计校准等准备工作。流量计校准时,以循环水箱为液源系统,通过水泵、稳压容器、调节阀和换向器等设备,过程采用PID变频调速结合调节阀开度控制的办法,实现流量调定。加注标定利用流量计对贮罐的输出量进行计数,同时利用计算机和PLC技术,记录对应每一节点液位处流量计累积流量。对数据进行处理后,可以得到贮罐节点液位处对应容积的数据库。

　　2.2　控制系统

　　该系统采用PLC控制系统[4, 5, 6, 8, 9],分为管理层(上位机)和现场控制层(下位机)两级网络结构,具有集中操作、管理和控制的功能。其中,上位机分设工程师站和操作员站;下位机设一个PLC主站,选用Modicon TSX Quantum模块化可编程控制器,以便系统的灵活配置。

　　工程师站、操作员站与PLC之间通讯采用工业以太网连接。变频器(2台)、计数器(2台)、流量计(2台)采用RS485总线连接至通讯网关,并基于MODBUSRTU协议与PLC主站进行通讯。

　　3　流程及控制软件设计

　　3.1　主要流程控制