摘要：介紹了一種脈沖式渦街流量計計數(shù)檢測方法以ARM為核心軟硬件二次濾波后計量脈沖數(shù)量。同時對脈沖幅值、脈沖周期及脈沖輸入規(guī)律等進(jìn)行綜合對比判斷脈沖輸入的狀態(tài)是否正常從而確保脈沖計量正確。
由于渦街流量計"具有測量精度高、量程寬、測量介質(zhì)廣泛、工作溫度高(介質(zhì)溫度可達(dá).350℃)、耐腐蝕以及可靠性高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工及動力供熱等行業(yè)工業(yè)管道介質(zhì)(如氣體、液體及蒸汽等)流體流量的測量多種介質(zhì)。渦街流量計一般測蒸汽、水等介質(zhì)的比較多比如熱電廠發(fā)電會產(chǎn)生蒸汽而蒸汽可以供暖和生產(chǎn)重復(fù)使用這樣熱電廠就可以對外售賣蒸汽。所以要安裝流量計來測量輸出給用戶多少蒸汽，也就是得測蒸汽的流量因此測量必須正確。渦街流量計的檢測結(jié)果有模擬信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出而脈沖式渦街流量計的檢測結(jié)果以脈沖方式輸出傳統(tǒng)的計量方法采用濾波器濾波后由計數(shù)器來計量脈沖數(shù)量從而計算流量。但這種方式只能計量脈沖數(shù)量對脈沖出現(xiàn)的異常情況(如設(shè)備故障或者人為原因)等不能進(jìn)行判別更不能及時反饋。而脈沖出現(xiàn)異常將導(dǎo)致流量計量不正確最終直接影響雙方利益。因此迫切需要一種全新的方法不僅可以計量脈沖數(shù)量而且當(dāng)脈沖出現(xiàn)異常狀況時也可以及時發(fā)現(xiàn)。
1檢測方法
脈沖式渦街流量計計數(shù)檢測方法采用A/D采樣配合軟件處理的方法對脈沖進(jìn)行計數(shù)和判別。利用高速A/D采集脈沖輸入口的電壓幅值和平均值軟件濾波后根據(jù)采集結(jié)果統(tǒng)計脈沖數(shù)量;將--段時間內(nèi)采集的電壓幅值和平均值與渦街流量計最初安裝時的正常電壓幅值和平均值進(jìn)行對比以判斷脈沖輸出電壓是否正常;保存一年的計量數(shù)據(jù)每次計量結(jié)果與-年前同期相比看脈沖數(shù)量是否異常。通過電壓值和用量的綜合對比來判斷渦街流量計輸出是否正常。
2方案簡介
2.1硬件方案
為了完成脈沖計量及檢測，必須有一定的硬件作為支撐。本方法的檢測裝置構(gòu)成如圖1虛線部分所示,由濾波電路、電源模塊、存儲單元、時鐘、遠(yuǎn)程通信模塊、人機(jī)交互界面和ARM組成。
濾波電路采用無源濾波電路主要濾除干擾信號使輸出電壓紋波系數(shù)降低提高檢測正確率。電源模塊采用多組電源供整個檢測裝置工作特別注意的是給A/D采集供電的是1%精度電源，以保證采集精度。
存儲模塊采用鐵電存儲器和Flash相結(jié)合的方式。由于要存儲一年的流量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量很大。而且采樣數(shù)據(jù)實(shí)時采集、實(shí)時保存讀寫也相當(dāng)頻繁。Flash空間大,但讀寫次數(shù)有限;鐵電讀寫速度快、次數(shù)多但容量小。因此采用Flash和鐵電相結(jié)合的方式實(shí)時數(shù)據(jù)先存放在鐵電中定時將鐵電中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至Flash中。
時鐘單元需自備電池防止終端斷電后時鐘錯誤。
遠(yuǎn)程通信模塊用來與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息交互將檢測結(jié)果以及異常信息等及時傳送給數(shù)據(jù)中心。.
人機(jī)交互界面則用于現(xiàn)場顯示和設(shè)置。
CPU是32位ARM硬件平臺,自帶12bitA/D采集采集時間5μs3]。采集結(jié)束后CPU對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理。
2.2軟件方案
軟件主要流程如圖2所示系統(tǒng)初始化之后,主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、脈沖計數(shù)、脈沖檢測的循環(huán)。
2.2.1采集數(shù)據(jù):
5μs采集1個點(diǎn)采集10個點(diǎn)后除去-一個最.大值和一個最小值[4]然后計算平均值。采集值≤(0.3x脈沖基準(zhǔn)幅值),計1;采集值≥(0.7x脈沖基準(zhǔn)幅值)計2;其他情況計0。采集一個有效數(shù)據(jù)所需時間為10x5μs=50μus,1s可采集20000個有效數(shù)據(jù)。每分鐘對上述檢測為2的電壓值取平均計算脈沖幅值，對所有電壓值取平均計算脈沖平均值安裝調(diào)試完成后需保存脈沖幅值和平均值的基準(zhǔn)值。
2.2.2脈沖計數(shù)
由于數(shù)據(jù)處理時間為1s與渦街流量計的輸出脈沖周期可能不一致。每秒采集時有些脈沖可能被截斷為了避免少計脈沖需要對脈沖進(jìn)行處理。將上一秒最后一段連續(xù)為2的數(shù)字段及之后所有的數(shù)字與本次數(shù)據(jù)合并-起進(jìn)行處理。為避免多計脈沖,對本次最后一段連續(xù)為2及之后所有的數(shù)字不做處理留待下一秒處理。
脈沖統(tǒng)計時遍歷數(shù)據(jù)記錄找出并記錄每段連續(xù)為2的數(shù)字段中的2的數(shù)量和整條數(shù)據(jù)記錄中為2的數(shù)字段的總段數(shù);取出一段數(shù)據(jù)段記為基準(zhǔn)對比段用其他數(shù)據(jù)段中數(shù)字2的數(shù)量與之對比記錄兩段數(shù)字2數(shù)量的差值在3個之內(nèi)的總段數(shù)然后用每--段數(shù)據(jù)段為基準(zhǔn)對比段重復(fù)本次操作;找到差值在3個之內(nèi)的個數(shù)最多的數(shù)據(jù)段,首先將此段與所有差值在3個之內(nèi)的數(shù)據(jù)段都計一個有效脈沖并對這些數(shù)據(jù)段中2的數(shù)量做平均平均值作為基準(zhǔn)數(shù)量并以此計算脈沖周期然后對不滿足差值為3的數(shù)據(jù)段進(jìn)行處理。處理方法如下:
a.如果數(shù)據(jù)段中2的數(shù)量少于基準(zhǔn)數(shù)量但落在應(yīng)為高電平的時間段內(nèi)認(rèn)為是一個有效脈沖否則認(rèn)為是干擾信號;
b.如果數(shù)據(jù)段中2的數(shù)量多于基準(zhǔn)數(shù)量先判斷這些數(shù)據(jù)段落在多少個周期內(nèi),有多少個周期計多少個有效脈沖。
得出有效脈沖后,對上述所有有效脈沖的周期進(jìn)行判斷判斷和相鄰的數(shù)據(jù)段是否落在相同周期內(nèi)。如果相同則應(yīng)減去相同周期的個數(shù)最終得出有效脈沖總數(shù)即為這一-秒的脈沖數(shù)。
2.2.3脈沖檢測
脈沖檢測包括電壓值對比和流量的保存與對比兩部分。
每分鐘對上述檢測為2的電壓值取平均與初始記錄的每分鐘幅值對比如果當(dāng)前幅值介于初始幅值的0.85~1.15倍之間認(rèn)為脈沖幅值正常否則記一次異常連續(xù)5次異常,則認(rèn)為脈沖幅值異常;每分鐘對上述所有的電壓值取平均然后與初始記錄的每分鐘均值作對比,如果當(dāng)前均值介于初始均值的0.85~1.15倍之間認(rèn)為脈沖.均值正常,否則記一次異常。連續(xù)5次異常則認(rèn)為脈沖均值異常。
設(shè)備保存一年的流量記錄每秒流量計量出來之后與一年前同期的流量對比如果變化不多則用當(dāng)前流量值替換前一年的流量值。如果變化較大計一次流量異常。連續(xù)3min流量異常則認(rèn)為流量異常。流量異常時暫不替換前一年流量待人工確認(rèn)。如果是正常使用則替換前一年流量否則保持前一年流量不變。
3結(jié)束語
該方法檢測脈沖式渦街流量計的脈沖數(shù)量,通過軟硬件二次濾波可有效濾除干擾脈沖保證檢測正確。通過對檢測結(jié)果的綜合判斷可了解脈沖輸入的情況依此了解脈沖式渦街流量計的工作狀態(tài)確保脈沖式渦街流量計工作在狀態(tài)保證系統(tǒng)檢測的正確率。發(fā)現(xiàn)異常情況后及時進(jìn)行提示,可確保各方的合法利益不受侵害。
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