专利名称：天然气自动计量系统计量模块的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种解决天然气集输站场天然气自动计量的装置，具体地说，是天然气自动计量系统计量模块。
背景技术：
我们于2000年10月25日，通过四川省科学技术情报研究所对“TT2000B天然气自动计量系统”的查新得知，目前还没有使用计算机对天然气集输站场天然气自动计量的装置，但我们在市面上见到了类似的产品。通过实际工作中使用情况对比，有的产品其数据采集、处理、存储及管理均集中在一台工控机上完成，一旦工控机出现故障整个计量系统将无法正常工作，其系统的稳定性、可靠性、安全性得不得有效的保证；也有采用单板机的产品，但一个单板机仅用于一个计量回路，且不具备数据存储功能，集成度不高；上述两类产品都需另加防雷装置；都不具备全线程声、光程控报警；都必须备有大容量的后备电源确保系统的连续工作，增加了整套系统的造价及运行费用。
技术内容本实用新型的目的在于提供一种提高天然气计量的安全性、稳定性、可靠性、连续性及准确度的天然气自动计量系统计量模块。
本实用新型是这样实现的在技术管线上分别有差压变速器2、压力变送器3、温度变送器4，面板1上通道5，通道5与I/V转换器6、保护电路7、A/D模数转换器8及中央处理器(CPU)9依次连通。
本实用新型还采用如下技术方案
保护电路7与中央处理器(CPU)9之间有通道转化器11。
差压变送器2可以与通道5A连接，压力变送器3可以与通道5B连接，温度变送器4可以与通道5C连接。
通道5可以有1个以上的通口。
面板1上有自动复位(看门狗)10。
面板1上设置有报警输出接口12。
面板1上分别设置有实时时钟13、工作指示灯14、电源控制器15。
利用目前最新的电子技术及计算机网络技术，将在线实时检测、数据采集、流量计算、数据存储、数据上传任务从群测实时采集的微机计量系统中分离出来，加以模块化，即由计量模块(通过对CPU寻址扩容后可存储35天的计量数据)完成，工控机(即上位机)仅做计量管理、远程网络通信等工作，从而实现了天然气流量计量数据的分布式采集、集中式管理的上下位微机结构模式，增强了计量系统的安全性、稳定性和可靠性；计量模块采用集散式设计方式，通过采用高速高精度数据采集、低功耗集成电路、多种软硬件抗干扰技术、数字滤波技术，提高系统对计量物理参数(差压变送器、压力变送器和温度变送器的电信号)采集的转换精度(设计为0.06％)，从而提高整个系统的计量准确度；通过对计量模块实施的看门狗技术和专用电源技术确保了计量模块的连续性、稳定性和可靠性；计量模块中32个通道都集成了防感应雷击保护电路和MOTOROLA公司专用防雷器件，运用多级强电吸收网络抑制雷击时的强电信号的感应防雷技术，很好地解决了计量系统的防雷击及其可靠性问题，同时，可降低另行配置信号避雷器所造成的高成本；完全达到发明的目的，中国测试技术研究院测试结论基本误差≤0.05％(误差按引用误差表示)，优于≤0.06％的设计标准。
图1为天然气自动计量系统计量模结构图，图2为天然气自动计量系统计量模块结构框图；图3为天然气自动计量系统计量模块现场装配图。
具体实施计量模块由采集系统、CPU微处理器、存储系统、时钟系统、下位机软件、RS-485通信接口、报警输出、电源和看门狗等部份组成。
计量模块的基本工作原理以下图为例，说明如下。
如图1所示安装在集输管线节流装置(如孔板阀)上的一次仪表差压变送器2、压力变送器3、温度变送器4，将采集到的4-20mA电流信号送到天然气自动计量系统计量模块面板1上的任意通道5(如图中的通道5A、通道5B、通道5C，至于那个通道对应那个计量回路，由用户设定，一个计量模块有32个通道，可接入10个计量回路及两个监测点，也可以将监测点增加到16个，但计量回路就只能接5个，监测点可以是管线压力、分离器压力、液位高度、硫化氢及二氧化碳浓度等)。32个通道5的4-20mA电流信号(图中只画出了一个计量回路的3个通道)，同时由I/V转换器6将4-20mA电流信号转换成1-5V的电压信号，再经防感应雷击保护电路7(MOTOROLA公司专用防雷器件及其它器件)的多级强电吸收网络，抑制雷击时的强电信号，处理后的信号处于待命状态，等待CPU9的指令。CPU9根据进程，指令通道转换器11将某一通道的信号送入A/D模数转换器8，模数转换器8除进行模数转换外，还对信号进行数字滤波。得到的数字信号送入CPU9，并将数据保存在内存中，然后CPU9指令通道转换器11将下一通道的信号送入A/D模数转换器8，当CPU9收集完一个计量回路的差压、压力、温度数据后，再指令通道转换器将下一计量回路的相应通道的信号送入A/D模数转换器8，以此完成对32个通道数据的分时采集，采样速率为256次/秒；8次/每通道.秒。一个进程的采集完成后，CPU9用程序存储器17(程序存储器中保存了程序和天然气计量的有关参数)中的程序，根据SY/T 6143-1996标准所规定的计算方法计算出每一个计量回路的流量(每秒钟取8个点的均值进行计算，得到秒流量，小时流量、日流量、累积流量是秒流量的累加值)，计算结果保存在数据存储器16(可保存35天数据)中。同时，监测点的数据也存储在数据存储器中。到此，走完一个进程，以下的进程就是如次循环。如果上位机是开启的，将通过RS-485接口，将存储器中的数据传送到上位机(计量模块的CPU将随时检测上位机是否开启，只要上位机一打开，计量模块就开设向上位机传送数据)，由上位机计量管理软件完成计量数据的管理、远程传输等；天然气计量的有关参数也通过上位机系统和RS-485接口写入计量模块中。为了在市电停电时能实现压力、流量、差压、温度越限程控声光报警，计量模块上还设置了报警输出接口12。配合计量模块工作的还有实时时钟13、工作指示灯14、自动复位(看门狗10)电路、电源控制器15及由相应器件组成的其它电路。
一个计量模块可接入10个计量回路及两个检测点。见附图3。
如图3所示图中为了说明联接情况，把计量模块和RS485总线放在站场操作台以外，实际是装配在站场操作台内的。计量回路中的一次仪表差压、压力、温度变送器或检测点的信号接入计量模块，由计量模块完成计量，在通过RS485总线与上位机交换数据。
计量模块的基本工作原理是通过采集系统中的I/V转换器将差压、压力、温度变送器输出的4-20mA电流信号转换成1-5V的电压信号，送至通道转换器和A/D转换器，再由CPU控制通道转换器和A/D转换器配合完成对32个通道(可接入10个计量回路及两个检测点)的数据分时采集，并通过软件滤波技术进行数字滤波，得到的数字信号，再根据SY/T 6143-1996标准所规定的计算方法计算出流量，再由存储系统进行存储，同时通过RS-485接口传送至上位机，由上位机计量管理软件完成计量数据的管理、远传等；天然气计量的有关参数也通过上位机系统和RS-485接口写入计量模块中，见附图1的天然气自动计量系统计量模块结构图虚线框中部分。
天然气自动计量系统计量模块主要技术指标信号输入1-5V DC或4-20mA；计量模块准确度0.05％；采样速度256次/秒；8次/每通道.秒；通道数32通道；系统流量刷新频率1次/5秒；通信ID号0-15；防雷系统功率≥500W/通道；计量模块功耗≤4W；可脱离上位机工作时间(数据存储时间)35天；通信接口RS-485速率9600，距离1200M；单模块最大计量回路数10个；系统最大计量回路数160个；单模块最大检测点16个；系统最大检测点256个；单模块计量回路数m和检测点数n，应满足关系3×m+n≤32；系统计量回路数M和检测点数N，应满足关系3×M+N≤512；天然气自动计量系统计量模块主要功能(与上位机配合完成)1.对接入系统的所有计量回路和压力测量点，进行实时群测和连续计量，集中显示生产动态。
2.设置、修改计量回路、压力测量点、天然气计量有关参数(天然气物性参数、节流装置参数及仪表量程参数等)。3.查询、打印所设置的系统参数和计量参数。4.自动生成每秒一个点的日曲线、每小时一个点的月曲线，使数据图形化。直观感更强，有利于对生产的分析、判断及处理。5.可用文本方式或曲线方式显示或打印日报、月报，并能查询、打印不同时间、不同回路的报表资料。显示时，系统兼容不同尺寸、不同分辨率的显示器，并可任意放大、缩小。打印时，可选各种型号打印机，不同规格的打印纸，打印幅面只受打印机的限制。6.检表时气量自动补偿。在检表中既可读实际输入差压、静压、温度值，又可读输入电压值。7.可实现远程数据传输、WWW信息网络服务(站场本地机通过Modem及电话线自动将数据远传到SQL服务器，SQL服务器上的接收软件将数据放入SQL数据库中供用户使用。例如，多个站的数据通过Web在网上发布。可以通过网络查询到任一站场动态流量、压力和日报、月报及相关参数。)；8.计量数据可实现三级存储、备份。(即本地下位机数据存储；上位机硬盘双备份、软盘备份；远程数据中心的SQL数据库服务器备份。)9.具有压力、流量、差压、温度越限程控声光报警。10.系统“黑匣子”即系统日志可实时监视系统的运行动态。例如修改管道参数、修改检测点参数、检表、报警、登录、大气压力修改、系统启动、退出系统等事件。11.高精度(0.05％)的屏幕电压表、计量模块电源极性反接保护；12.三级用户管理、计量系统锁定、操作系统特殊组合功能键(如Ctrl+Alt+DEL)锁定。
权利要求1.天然气自动计量系统计量模块，包括面板(1)、差压变速器(2)、压力变送器(3)、温度变送器(4)、通道(5)、I/V转换器(6)、保护电路(7)、A/D模数转换器(8)及中央处理器CPU(9)，其特征在于在集输管线上分别有差压变速器(2)、压力变送器(3)、温度变送器(4)，面板(1)上有通道(5)，通道(5)与I/V转换器(6)、保护电路(7)、A/D模数转换器(8)及中央处理器CPU(9)依次连通。
2.根据权利要求1所述的天然气自动计量系统计量模块，其特征在于保护电路(7)与中央处理器CPU(9)之间有通道转化器(11)。
3.根据权利要求1所述的天然气自动计量系统计量模块，其特征在于差压变送器(2)可以与通道(5A)连接，压力变送器(3)可以与通道(5B)连接，温度变送器(4)可以与通道(5C)连接。
4.根据权利要求1所述的天然气自动计量系统计量模块，其特征在于通道(5)可以有1个以上的通口。
5.根据权利要求1所述的天然气自动计量系统计量模块，其特征在于面板(1)上有自动复位(看门狗)(10)。
6.根据权利要求1所述的天然气自动计量系统计量模块，其特征在于面板(1)上设置有报警输出接口(12)。
7.根据权利要求1所述的天然气自动计量系统计量模块，其特征在于面板(1)上分别设置有实时时钟(13)、工作指示灯(14)、电源控制器(15)。
专利摘要一种解决天然气集输站场天然气自动计量的装置，具体地说，是天然气自动计量系统计量模块，在集输管线上分别有差压变速器2、压力变送器3、温度变送器4，面板1上通道5，通道5与I/V转换器6、保护电路7、A/D模数转换器8及中央处理器(CPU)9依次连通，采用集散式设计方式，提高系统对计量物理参数采集的转换精度(设计为0.06％)，从而提高整个系统的计量准确度；通过对计量模块实施的看门狗技术和专用电源技术确保了计量模块的连续性、稳定性和可靠性；计量模块中32个通道都集成了防感应雷击保护电路和MOTOROLA公司专用防雷器件，运用多级强电吸收网络抑制雷击时的强电信号的感应防雷技术，很好地解决了计量系统的防雷击及其可靠性问题。
文档编号G06F19/00GK2529319SQ0220494
公开日2003年1月1日 申请日期2002年3月7日 优先权日2002年3月7日
发明者桂成林, 银红春, 程代琴, 陈虹 申请人:中国石油天然气股份有限公司