智能型气体分段计量装置
阅读：335发布：2020-05-13
专利汇可以提供智能型气体分段计量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且智能型气体分段计量装置。流量计量广泛应用于农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域中。一种智能型气体分段计量装置，其组成包括:可编程 控制器 （1），所述的可编程控制器分别连接网络交换机（2）、控制电源(3)、 信号 分配器（4）、隔离继电器(5)，所述的网络交换机分别连接操作站(6)和管理站（7），所述的信号分配器连接现场接收处理器(8)，所述的隔离继电器连接显示控制器(9)。本实用新型用于气体分段计量。，下面是智能型气体分段计量装置专利的具体信息内容。
1.一种智能型气体分段计量装置，其组成包括:可编程控制器，其特征是: 所述的可编程控制器分别连接网络交换机、控制电源、信号分配器、隔离继电器，所述的网络交换机分别连接操作站和管理站，所述的信号分配器连接现场接收处理器，所述的隔离继电器连接显示控制器。
2.根据权利要求1所述的智能型气体分段计量装置，其特征是: 所述的可编程控制器包括中央处理器，所述的中央处理器连接通信处理器、信号采集器和信号输出器，所述的信号输出器连接信号分配器和控制电源，所述的信号输出器连接隔离继电器，所述的通信处理器连接网络交换机。
3.根据权利要求1或2所述的智能型气体分段计量装置，其特征是: 所述的现场接收处理器包括温度变送器、压力变送器和流量变送器，所述的温度变送器连接温度信号器，所述的压力变送器连接压力信号器，所述的流量变送器连接流量信号器；所述的显示控制器包括指示灯和嗡鸣器；所述的控制电源包括不间断电源UPS接口、电源和按钮。
4.根据权利要求1或2所述的智能型气体分段计量装置，其特征是: 所述的操作站包括操作员站计算机，所述的操作员站计算机连接显示器和鼠标键盘，所述的操作员站计算机连接网络交换机；所述的管理站包括管理员站计算机，所述的管理员站计算机连接报表打印机、第三方接收器、显示器和鼠标键盘，所述的管理员站计算机连接网络交换机。
5.根据权利要求3所述的智能型气体分段计量装置，其特征是: 所述的操作站包括操作员站计算机，所述的操作员站计算机连接显示器和鼠标键盘，所述的操作员站计算机连接网络交换机；所述的管理站包括管理员站计算机，所述的管理员站计算机连接报表打印机、第三方接收器、显示器和鼠标键盘，所述的管理员站计算机连接网络交换机。
智能型气体分段计量装置
[0001] 技术领域：
[0002] 本实用新型涉及一种新型计量气体流量的装置，具体涉及一种智能型气体分段计量装置。
[0003] 背景技术：
[0004] 流量计量广泛应用于农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域中。与人们日常生活密切相关的自来水、煤气、天然气、油等都大量的应用流量仪表进行计量。流量是工业生产过程和开展科学实验的重要参数，人们依靠这些参数对生产流程进行监督和控制，并实现生产流程的自动化。流量计量对保证产品质量、提高生产效率、保障生产安全、改进操作工艺、改善生产条件、完善科学实验条件及促进科学技术发展等有着极其重要的意义。特别是在能源危机、工业生产自动化越来越高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。同时，流量计量是企业经济核算的重要依据，流量计量准确可靠是保证企业生产高效进行以及保证最佳经济效益的重要手段之一。此外，流量计量也是能源计量的重要组成部分。能源是发展国民经济的重要物质基础。当前能源问题已经成为我国国民经济中的一个突出问题。节约能源，首先必须对能源进行科学管理，能源的计量测试工作就是对能源进行科学管理的一项重要技术基础工作。在生产中的水、油、气及其它流体介质，均属于流量测量范畴。做好这一工作对于节能工作具有重要意义。我国不仅是一个能源消耗大国，而且能源利用率也很低，比发达国家约低20%左右，所以我国节能的潜力是很大的。在节能工作中，流量计量将起到极为重要的作用。
[0005] 智能型气体分段计量系统构建的主要目的就是为专业气体供应厂商建立一个独立的气体计量站，从而对所有供应客户的氮气、氧气、氩气、氢气、氦气等气体（无论气体和液体）等进行统一的、精确的计量，更重要的是通过本系统进行智能分段处理并自动记录和生成各种用于结算的流量报表及实时、历史趋势。
[0006] 对于专业气体分离设备制造商而言，如何与客户建立起牢固的关系，是一件颇费心思的事情。国外同行的做法是，往产业链的下游延伸，既卖气体分离设备，又卖气体，将自己的位置后移，从而将用户牢牢地与自己绑在一起。
[0007] 对于传统的设备制造厂来说，过去与用户的关系是设备供求的关系，尤其是大型空分设备，往往都是给钢厂、化肥厂等配套。对于这些配套设备，用户方在设备使用、维护、管理上常常会遇到一些难以解决的问题，而这正是设备制造商的强项。如果制造商直接建立气体厂，从为用户提供气体生产设备变为直接为用户提供工业气体，对用户来说，既可以减少设备投资，又不必为设备的使用担心，有助于把精力放在主业上；对于设备制造商来说，通过直接为用户供气，既可以将用户固定下来，还减少了设备的营销成本。当然，这样做的前提就是，必须要与用气方签订长期的供气合同。
[0008] 美国有关机构曾对国际气体市场近10年的发展情况进行过详细的分析，结论是，气体工业的增长率随国民生产总值（GDP）的增长而成倍增长。近年来，中国GDP增长在8%以上，因此中国工业气体的需求前景十分看好。
[0009] 上世纪90年代法国液化空气进入中国之后，法方人员总是说自己是小厂，颇让人费解，后来才明白，在法液空，空分设备年销售收入只占总收入的1%~10%。法液空在气体分离设备的研发方面之所以一直走在世界前列，是靠直接卖工业气体来支撑的。
[0010] 目前中国的气体分离设备行业在大型空分制造领域已形成杭氧、川空、开封三足鼎立之势。在国外，梅塞尔、AP、普莱克斯、法液空、林德、BOC等著名公司，既卖设备又卖气体已经成为国外气体分离设备制造商的发展模式，也是下一步中国气体分离设备行业发展的方向。
[0011] 对制造商来说，由于一部分设备是自己使用，可以在这部分产品上大胆地采用新的技术和工艺，这有利于企业的技术升级。此外，气体厂独立运作，还有利于气体的综合利用和深度开发，对将来发展"化工园区一体化"、"管网一体化"都有好处。
[0012] 这种运营模式的出现就决定了气体供应商与使用厂家之间的结算关系，而气体计量的波动性、间歇性导致计量的不稳定因素，我们就是针对市场的这个需求提出的对智能型气体分段计量系统研制，可根据客户的要求，自动按要求进行分段处理，利用模块化组合实现气体的精准计量，利用数据库平台结合自主研发的软件模块实现生产数据的全自动化管理。
[0013] 发明内容：
[0014] 本实用新型的目的是提供一种智能化的气体分段计量装置，能够准确的计量气体的分段流量，对供气过程中的温度、压力变化以及气量剧烈波动等情况进行即时合理的运算。
[0015] 上述的目的通过以下的技术方案实现：
[0016] 智能型气体分段计量装置，其组成包括:可编程控制器，所述的可编程控制器分别连接网络交换机、控制电源、信号分配器、隔离继电器，所述的网络交换机分别连接操作站和管理站，所述的信号分配器连接现场接收处理器，所述的隔离继电器连接显示控制器。
[0017] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的可编程控制器包括中央处理器，所述的中央处理器连接通信处理器、信号采集器和信号输出器，所述的信号输出器连接信号分配器和控制电源，所述的信号输出器连接隔离继电器，所述的通信处理器连接网络交换机。
[0018] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的现场接收处理器包括温度变送器、压力变送器和流量变送器，所述的温度变送器连接温度信号器，所述的压力变送器连接压力信号器，所述的流量变送器连接流量信号器；所述的显示控制器包括指示灯和嗡鸣器；所述的控制电源包括不间断电源UPS接口、电源和按钮。
[0019] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的操作站包括操作员站计算机，所述的操作员站计算机连接显示器和鼠标键盘，所述的操作员站计算机连接网络交换机；所述的管理站包括管理员站计算机，所述的管理员站计算机连接报表打印机、第三方接收器、显示器和鼠标键盘，所述的管理员站计算机连接网络交换机。
[0020] 有益效果：
[0021] 1.本实用新型能够精确稳定的计量各种气体产品，安全连续的存储计量数据，可以自动快捷的生成数据统计报表并准确的提供便捷的数据检索查询。
[0022] 本实用新型建立了完善的动态历史数据库，并提供方便实用的记录查询、打印等功能，数据库数据记录存储时间不少于12个月。
[0023] 本实用新型组态画面能单独显示变量实时/历史趋势及报警/动作记录，并提供方便实用的记录查询，打印功能；其中历史趋势持续时间应不小于6个月，实时趋势记录最长时间间隔为4小时，历史报警/动作记录的查询持续时间不小于6个月。
[0024] 本实用新型无须附加条件，就能够自动将历史数据输出到MICROSOFT EXCEL格式的文件中保存，允许用户将数据通过拷贝的方式转移到另外的计算机上，脱离INTOUCH软件，用EXCEL2000软件进行操作。
[0025] 本实用新型提供了多级口令保护和操作员登录操作功能，并自动根据时间报告登录事件；其中口令分操作员，工程师，系统管理员三级，不同的密码口令对应不同的控制与输出级别。
[0026] 本实用新型提供了对可编程控制器PLC单元的数据上传下载功能，可通过网络远程监视可编程控制器PLC状态的能力，并具有与不同可编程控制器PLC包括输入输出I/O的通讯能力。
[0027] 本实用新型提供了集成第三方软件的能力，如可与另外分布式控制系统DCS系统操作员站通讯，我们在此为用户提供用于过程控制的对象连接和嵌入现场总线OPC LINK。
[0029] 附图1是本产品的结构示意图。
[0030] 具体实施方式：
[0031] 实施例1：
[0032] 一种智能型气体分段计量装置，其组成包括:可编程控制器1，所述的可编程控制器1分别连接网络交换机2、控制电源3、信号分配器4、隔离继电器5，所述的网络交换机2分别连接操作站6和管理站7，所述的信号分配器4连接现场接收处理器8，所述的隔离继电器5连接显示控制器9。
[0033] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的可编程控制器1包括中央处理器10，所述的中央处理器10连接通信处理器11、信号采集器12和信号输出器13，所述的信号输出器连接信号分配器和控制电源，所述的信号输出器连接隔离继电器，所述的通信处理器连接网络交换机。
[0034] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的现场接收处理器8包括温度变送器30、压力变送器14和流量变送器15，所述的温度变送器13连接温度信号器16，所述的压力变送器14连接压力信号器17，所述的流量变送器15连接流量信号器18。
[0035] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的操作站6包括操作员站计算机19，所述的操作员站计算机19连接显示器20和鼠标键盘21，所述的操作员站计算机连接网络交换机。
[0036] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的管理站7包括管理员站计算机22，所述的管理员站计算机22连接报表打印机23、第三方接收器24、显示器和鼠标键盘，所述的管理员站计算机连接网络交换机。
[0037] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的显示控制器9包括指示灯25和嗡鸣器26。
[0038] 所述的智能型气体分段计量装置，所述的控制电源3包括不间断电源UPS接口27、电源28和按钮29。
[0039] 实施例2：
[0040] 实施例1所述的智能型气体分段计量装置，本产品采用二层体系，可编程控制器PLC主要承担数据的采集，以及标准状况转换、积分、分段处理的作用，人机界面HMI主要承担从可编程控制器PLC采集数据、数据存储、人机对话界面、生成并打印报表的作用。操作人员按照企业需要在人机界面HMI上进行设置、人机界面HMI将设置送到可编程控制器PLC中，可编程控制器PLC将按照工作人员的设置对采集上来的数据进行转换、积分、分段处理，并将分段结果送到人机界面HMI，人机界面HMI对数据进行显示，并存储到关系型数据库SQL Server2000，然后根据操作人员的设置，自动生成并打印日报表、月报表、年报表，同时也可进行双机冗余热备。
[0042] 我们在这里配置了两台戴尔服务器和一台惠普的激光打印机。两台服务器在这里所起的作用和功能是完全一样的，他们分别通过各自内置以太网卡，通过以太网交换机同和可编程控制器PLC通讯取得相同的数据和配置相同的参数，这样配置主要是为了系统的可靠性，两台服务器互为备用。在其中一台服务器我们连接上一台激光打印机，通过打印机输出我们需要的格式的报表，这些设备可以安放在我们为其提供的办公桌上。
[0043] 人机界面计算机HMI PC软件配置
[0044] 在服务器上我们分别安装WINDOWS XP、Intouch组态软件、SQL Server简体中文标准版和OFFICE2000专业版。
[0045] 是操作系统，Intouch组态软件是人机对话的界面，通过组态用动画、图表、曲线等画面把要收集到的数据形象的显示出来，SQL Server简体中文标准版是存储数据的工具，通过它把我们需要的数据存储在硬盘上，为以后的历史数据查询做准备，OFFICE2000专业版是用来生成我们所需报表的工具，我们需要的各种形式的报表是由它生成的，并可以通过打印机将其完整的输出出去。
[0046] 人机界面计算机 HMI PC所要实现的功能
[0047] 1.3.1系统建立完善的历史数据库，并提供方便实用的记录查询，索引，排序，打印等功能。
[0048] 系统组态画面应单独显示历史报警/动作记录，并提供方便实用的记录查询，索引，打印功能。
[0049] 无须附加条件，系统能够自动将历史数据输出到MICROSOFT EXCEL2000格式的文件中保存，允许用户将数据通过拷贝的方式转移到另外的计算机上，脱离INTOUCH软件，用EXCEL2000软件进行操作。
[0050] 系统人机界面计算机HMI PC可提供历史报警/动作记录的查询应不小于150000条
[0051] 1.3.5系统的人机界面计算机HMI PC应提供报表查询，打印（手/自动）打印功能，报表为运行参数报表，手动模式下允许随时打印当前报表。
[0052] 系统人机界面HMI应提供强大实用的历史/实时趋势记录，显示，查询，打印输出功能，其中历史趋势持续时间应不小于6个月。
[0053] 系统应提供多级口令保护和操作员登录操作功能，并自动根据时间报告登录事件；其中口令分操作员，工程师，系统管理员三级，不同的密码口令对应不同的控制与输出级别；
[0054] 1.3.8对累计流量可以按小时/天/月取平均，存储在数据库内，并以报表的形式输出。
[0055] 两台人机界面计算机HMI PC各自独立，互不影响，一台人机界面计算机HMI PC出现故障了不能影响另一台的正常取得数据。
[0056] 两台人机界面计算机HMI PC分别同可编程控制器PLC通讯，在可编程控制器PLC的数据库DB存储驱取得所需的数据后，在分别存储在各自独立的SQL数据库内。
[0057] 可编程控制器PLC硬件设备组成
[0058] 可编程控制器PLC我们采用的是西门子S7-300 SIMATIC S7-300，
[0059] 2.1.1CPU为315-2DP，128KB主存储器，24VDC电源，多点接口MPI、设备级控制系统与分散式通讯PROFIBUS标准的主站/从站接口（PROFIBUS DP主站/从站接口）,配微存储卡MCC卡；对差压信号经补偿后计算出瞬时流量，同时根据瞬时流量大小计算出累计流量并对累计进行分配。
[0060] 工业以太网通讯模块为CP343-1，连接西门子S7-300 SIMATIC S7-300和工业以太网，10/100Mbit/s全双工自动切换，能与西门子ITP标准电缆接口（ITP），RJ45型通讯网络接口（RJ45）和同轴电缆连接单元接口（AUI）连接，与ISO和TCP协议建立多种协议模式；通过它建立起了可编程控制器PLC和人机界面计算机HMI PC之间的数据通道。
[0062] 模拟量输入模块SM331，采集现场的温度。压力和差压信号，将其转换成数字信息送中央处理器CPU进行计算。
[0063] 可编程控制器PLC软件配置
[0064] 可编程控制器PLC编程软件为西门子SIMATIC STEP7 V5.2编程软件，此软件为我们的用户程序提供了一个开发环境，用户应用程序编制完成，并且下传到中央处理器CPU后，就不在需要此软件。
[0065] 可编程控制器PLC所要实现的功能
[0066] 可编程控制器PLC主要要实现数据的采集，对数据进行计算和完成通讯功能[0067] 2.3.1 可编程控制器PLC 单元负责集中、实时收集/处理并向上位节点传递来自现场的压力、温度、报警紧停等信号。
[0068] 实现标况状态各流量计下瞬时流量的计算，将结果提供给人机界面计算机HMI PC。
[0069] 实现各流量计累计流量的计算，并且根据给定瞬时临界值进行分类累加，并将实时的累加结果存入相应的数据存储区，供给人机界面计算机HMI PC使用
[0070] 2.3.4 可编程控制器PLC单元所有模拟量输入/数字量输入/数字量输出AI//DI/DO刷新时间不超过1秒钟；
[0072] 现场流量计量柜组成结构部分
[0073] 3.1流量计量柜内部组成结构
[0075] 流量计量柜内部安装用于电源分配的短路器和检修插座
[0076] 3.1.3SITOP 24VDC电源为现场仪表和可编程控制器PLC供电的，
[0077] 3.1.3安装用于流量计算可编程控制器PLC控制器，
[0078] 3.1.4安装开关量输出隔离的继电器，
[0079] 3.1.5保险端子用于现场仪表检修时可独立断电
[0080] 3.1.6端子用于柜内回路和现场仪表的连接。
[0081] 流量计量柜外部组成结构
[0082] 3.2.1提供必要的状态指示灯，如电源指示，可编程控制器PLC运行指示，24V直流电源指示等
[0083] 3.2.2提供操作指示，如空分装置的状态指示。
[0084] 提供操作按纽，通过按纽的切换和实现不同的计量方式。
[0085] 不间断电源UPS电源控制柜部分
[0086] 4.1不间断电源UPS电源柜为600X600X1200的标准机柜，控制柜采用下进线方式，机柜采用框架式结构，单开门，侧面可以方便拆卸,同时排风装置。
[0088] 提供硬件接口电路，将不间断电源UPS的状态信息反馈给可编程控制器PLC有利于快速排除故障。
[0089] 实施例3：
[0090] 实施例1所述的智能型气体分段计量装置，所述的可编程控制器PLC数据转换、分段框图如下
[0091] 通过对液化空气企业供气结算特点的研究，我们对典型液化空气企业的特征模型进行提取，力争通过软件的方式将通用功能模块化，将用户信息的录入的功能智能化，最后以软件形式进行推广。此外，还准备将系统功能进一步拓展，含盖其它我们比较熟悉的领域（如供水等），以点带面将计量系统做大做强。
[0092] 气体流量分段方法
[0093] 根绝合同规定气体的价格是按不同段进行收费的，因为我们的用气量波动比较大，因此我们取1分钟内流量的累计值和我们合同规定的分段值进行比较判断，将气体累计流量进行分段计量，现在以氧气为例进行说明：
[0094] △Q2n=Q2n- Q2(n-1)
[0095] 式中△Q2n---当前时刻前1分钟内气体的累计流量
[0096] Q2n-----当前时刻气体的累计流量
[0097] Q2(n-1)-----当前时刻的前1分钟时气体的累计流量
[0098] 将得到△Q2n同我们合同的计费给定分段值（Nm3/h）除以60后的值（Nm3/m）进行比较，并将结果存入不同的数据区提供给上位机显示、存储、报表生成使用。
[0099] 累计流量分段参数：具体的累积流量将分成几段，每段的段点、照付不议量将根据客户提供的合同约定进行。
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