СКАЧАТЬ:  poslednyaya.zip [139,62 Kb] (cкачиваний: 49)

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Влагомер ВСН-1 предназначен для непрерывного определения воды в добываемой нефти, вычисления средней по объему влажности нефти, вычисления объема чистой нефти при работе в комплекте со счетчиком жидкости.

Первичный измерительный преобразователь и блок обработки влагомера ВСН-1 должны устанавливаться в обогреваемом блок – боксе.

Рабочие условия:

диапазон температур____________________________________+5…+40

верхнее значение относительной влажности, при 30 ^оС____________75

диапазон атмосферного давления, кПа_________________________220

Контролируемая среда – сырая нефть после предварительной сепарации свободного газа.

Параметры контролируемой среды:

Диапазон температур, ^оС___________________________________0…60

Плотность, вязкость, содержание парафина, солей_____не ограниченно

Остаточное наличие свободного газа, %, не более_________________1

Давление, на которое рассчитан первичный измерительный преобразователь, МПа, не более_______________________________________________4,0

Скорость потока через первичный измерительный преобразователь, м/с, не более____________________________________________________________1

Первичный измерительный преобразователь влагомера ВСН-1 соответствует ГОСТ 22782.5-78 и предназначен для установки во взрывоопасных помещениях и наружных установок.

Технические данные

1. Диапазон измерения влажности нефти, объемная доля.%__0-100,0
2. Пределы допускаемого значения основной абсолютной                         погрешности, объемная доля. %, в поддиапазонах:                                    0-60 (эмульсия типа «вода в нефти») ______________________±2,5

свыше 60 до 100_________________________________________±4,5

1. Изменение показаний и выходного сигнала при                                      изменении температуры нефти на каждые 10 ^оС от 

Номинальной +20 ^оС, не должно превышать,%_______________1,3

1. Изменение показаний и выходного сигнала при

изменение тангенса угла диэлектрических потерь

в датчике, не должно превышать, %________________________1,3

1. Изменение показаний и при изменении напряжения

питающей сети 220В не должно превышать, %_______________1,3

1. Изменение показаний при отклонений температуры

на каждые 10 ^оС от номинальной +20 ^оС,

не должно превышать___________________________________1,3

1. Обработка результатов измерения______________автоматическая
2. Представление результатов измерения__________в цифровом виде
3. Уровни входных сигналов, В:

импульса запроса телемеханики____________________±(5,0 – 12,0)

импульса расходомера____________________________±(5,0 – 12,0)

1.  Выход на самопишущий прибор –

унифицированный сигнал постоянного тока, мА___________4 – 20

1.  Выход на телемеханику со средней влажности

и объему чистой нефти:

уровень логической 1,В___________________________________15

уровень логического 0,В_______________________________0 – 0,5

частота, Гц____________________________________________2000

1.  Максимальное расстояние от первичного

преобразователя до блока обработки, м____________________500

1.  Режим работы_________________________________непрерывный
2.  Потребляемая мощность, ВА, не более:

первичный измерительный преобразователь_________________2

блок обработки_________________________________________40

1. Электрические параметры искробезопасных цепей:

напряжение питания первичного измерительного

преобразовантеля, В________________________________________30

ток питания первичного измерительного измерительного                        преобразовантеля, мА______________________________________60

1.  Допустимые параметры соединительной линии:

индуктивность, мГн, не более_______________________________0,5

емкость, мкФ, не более_____________________________________0,5

1. Средняя наработка на отказ, час___________________________25000
2.  Средний срок службы, лет__________________________________10

Устройство и принцип работы влагомера

Влагомер сырой нефти ВСН-1 функционально состоит из первичного измерительного преобразователя, микропроцессорного блока обработки и трехжильного кабеля, обеспечивающего связь первичного преобразователя с блоком обработки.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

В состав схемы входят следующие функциональные узлы:

• Емкостной датчик;
• Емкостной преобразователь (ПЕ);
• Блок искрозащиты (БИЗ);
• Системный процессор КР 580ВМ80 с обрамлением (ЦП);
• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее набор основных и вспомогательных программ;
• Индикатор вакуумноолюминисцентный;
• Элементы оперативного управления и тумблер вспомогательных режимов и функций;
• Набор перифириных устройств, включающий в себя мультипликатор МХ, АЦП, ЦАП, параллельные интерфейсы PPI, формирователь сигналов расходомера и внешних запросов ФС;
• Постоянное запоминающее устройство диэлектрических характеристик (ПЗУ «Сорт»);
• Устройство сопряжения с линией ТМ, СП;
• Первичный преобразователь сетевого напряжения (ПП);
• Стабилизатор напряжения (СН).

Измерение влажности нефти влагомером ВСН-1 осуществляется диэлектрическим методом.

Принцип работы преобразователя – диэлькометрический, основанный на измерении диэлектрической проницаемости водонефтяной смеси.

Целесообразность использования метода объясняется тем, что диэлектрическая проницаемость воды (около 80) значительно отличается от диэлектрической проницаемости нефти и нефтепродуктов (2 - 2,5).

Измерив диэлектрическую проницаемость смеси (раствора) и зная закон изменения диэлектрической проницаемости смеси нефти (нефтепродуктов) и воды от их соотношения, можно вычислить фактическое содержание этих компонентов.

Установленный на измерительную линию первичный преобразователь преобразует емкость датчика, с протекающей по нему нефтью, в токовый сигнал, который в блоке обработки преобразуется с помощью встроенной микро – ЭВМ в числовое значение влажности и выдается в зависимости от выбранного пользователем режима на индикатор блока или внешние устройства регистрации данных.

Вывод мгновенного значения влажности нефти возможен только при наличии импульсов, поступающих с расходомера или от встроенного в блок генератора. Информация о средней влажности и объёме чистой нефти может передаваться на систему телемеханики по каналу RS-232, на компьютерную систему по RS-485 (протокол MODBUS) и самопишущий прибор (4-20ma).

При отсутствии запроса управляющих воздействий от оператора или от линии телемеханики, блок обработки автоматически подсчитывает число импульсов, поступивших с расходомера по каждому импульсу, производит ввод и преобразование сигналов с первичного преобразователя в числовое значение влажности.

Настройка влагомера на диэлектрическую характеристику (сорт) нефти производится либо по предварительно записанной на объекте эксплуатации характеристике, либо по усредненной характеристике, имеющейся в запоминающем устройстве блока обработки.

Каждое мгновенное значение влажности суммируется в накопителе синхронно с приходом импульса расходомера. По истечению 200 (200 х К­_р­, где К_р – коэффициент делителя частоты) входящих импульсов расходомера (по импульсному входу и входу «сухой контакт») рассчитывается среднее текущее значение влажности нефти и запоминается в следующем накопителе, одновременно эта величина средней текущей влажности преобразуется и выдается в токовом виде на самопишущий прибор.

Процесс приема информации, ее преобразование и выдача на внешние устройства происходит непрерывно, результаты запоминаются в ОЗУ. С приходом 10 импульсов расходомера ОЗУ обнуляется, процесс обрботки информации начинается заново.

Во избежание потерь информации при внезапном кратковременном исчезновении напряжения в сети, ОЗУ имеет резервное питание от конденсатора большой емкости, установленного в блоке.

Подсчет импульсов, поступающих с расходомера, может производится как по частотному входу с частотой 20 – 200 Гц, так и по импульсному (или «сухой контакт») с частотой до 10 импульсов в секунду. В первом случае потребитель должен предварительно произвести установку делителя с помощью перемычек (С1-С8), устанавливаемых на плате блока обработки.

Питание первичного измерительного преобразователя, узлов, блока обработки осуществляется от встроенного в блок импульсного источника питания ПП. Стабилизация питающих напряжении производится линейными стабилизаторами напряжения СН.

Первичный измерительный преобразователь имеет неразборную конструкцию, исключая плату емкостного преобразователя, доступ, к которой обеспечивается после снятия крыши.

Блок обработки выполнен на одной печатной плате. Для ремонта или регулировочных работ доступ к плате осуществляется снятием верхней и нижней крышек корпуса.

Корпус первичного измерительного преобразователя и корпус блока обработки должны быть заземлены.

В блоке обработки имеются опасные для жизни напряжения, поэтому при эксплуатации, контрольно- профилактических и регулировочных работах, строго соблюдать соответствующие меры предосторожности.

Ограничения тока и напряжения до искробезопасных значений обеспечивается установкой в блоке обработки данных, в цепях питания и выходного сигнала первичного преобразователя блока искрозащиты. Блок искрозащиты состоит из шунтирующих стабилитронов типа Д816В, ограничительных резисторов R1…R4 типа С2-23-2-82Ом ± 5% - Г, R5, R6 типа С2-23-2-1100 м ± 5% - Г и предохранителей FU1, FU2 типа ВМП-2-0,050А.

По нажатию кнопки «2» на индикатор выводится величина средней влажности на текущий момент времени и объем чистой нефти с коррекцией по температуре, если на вход «ТЕРМ» блока обработки подключен термометр с токовым выходом 4-20мА.

На индикаторе блока будет представлена информация:

где nnnnnn – объем чистой нефти;

 www – средняя влажность нефти за период от момента включения влагомера до момента нажатия кнопки «2».

Запуск этого режима не влияет на прием и обработку поступающей информации от первичного преобразователя. Влагомер постоянно готов к обслуживанию запросов по линии телемеханики.

Измерение температуры среды, контроль текущего времени.

Запуск режима осуществляется нажатием кнопки «3». Контроль температуры возможен, если на вход «ТЕРМ» блока обработки подключен термометр с токовым выходом 4-20мА. В противном случае коррекция по температуре не производится, а на индикаторе блока будет представлена информация.

чч – текущее время (часы);

мм – текущее время (минуты);

ттт – величина температуры.

Если термометр не подключен показания «ттт» будут 000. Для контроля текущего времени необходимо сразу после включения влагомера установить кнопками «4» и «5» на индикаторе блока обработки текущее время.

Запись очередной точки характеристики в ОЗУ.

Для записи очередной точки требуется приготовить проверочную пробу заданной влажности в соответствии с «Методическими указаниями по поверке влагомеров с диапазоном измерения влажности до 100%».

Запись характеристики в ПЗУ.

Запись характеристики из буферного ОЗУ в ПЗУ осуществляется нажатием кнопки «2», при обязательном выполнении пунктов: запуск режима записи, запись очередной точки характеристики в ОЗУ, в противном случае на индикаторе блока появится сообщение, свидетельствующее о неверном управлении прибором. 

РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЯ ВХОДНОГО ТОКА

Данный режим позволяет, не нарушая нормальной работы влагмера в любом из режимов, контролировать  величину входного тока. Запуск режима осуществляется кнопкой «1».

Контроль линии телемеханики.

В этом режиме можно проконтролировать наличие вырабатываемых блоком обработки сигналов для регистрации внешними устройствами:

a)     импульса синхронизации частотного выхода длительностью 10 мА на контакте 6 разъема «ТМ»;

b)    пачки 999 импульсов частотой около 2кГц на контакте 6 разъема «ТМ»;

c)     выход на самописец 20 мА.

КОНТРОЛЬ РЕЛЕЙНОГО И ТОКОВОГО ВЫХОДОВ.

В это режиме можно проконтролировать наличие вырабатываемых блокам обработки сигналов для регистрации внешними устройствами:

a)     релейного выхода – 100 замыкании контактов реле с частотой 50 Гц на контактах 3,4 разъема «ТМ»;

b)    выход на самописец 4 мА;

c)     измерение входного напряжения.

Очистка ОЗУ прибора.

В процессе эксплуатации влагомера в основном режиме иногда требуется перезагрузить влагомера с нулевыми начальными значениями средней влажности и нетто. Наличие в памяти влагомера программного замка, защищающего память данных от разрушения информации при внезапном исчезновении напряжения сети, делает невозможным очистку памяти с помощью кнопки «С» (сброс).

Очистка памяти возможна либо через несколько минут после выключения прибора из сети, либо режимов принудительной очистки и инициализации.

Если нет возможности приготовить проверочные приборы и записать диэлектрическую характеристику в ПЗУ на поверочном стенде, предусмотрена возможность выбора одной из восьми характеристик нефти из набора, зашитое в основное ПЗУ.

ОБСЛУЖИВАНИЕ ВНЕЖНИХ ЗАПРОСОВ

Блок влагомера имеет два канала обслуживания внешних запросов линии телемеханики:

1. диспетчерский запрос;
2. запрос автоматики.

Входная часть линий запросов идентична по конструкции. Разница между запросом с диспетчерской и запросом автоматики заключается в том, что запрос автоматики не разрушает накопленных данных в памяти прибора, а запрос с диспетчерского после передач по влажности и нетто очищает память прибора и процесс измерения и накопления начинается заново.

Управляющие сигналы линий запросов: 

1. Диспетчерский импульсный: амплитуда импульса 5-15В положительной полярности; длительность импульса не менее 10 мкс.
2. Автоматический импульсный: амплитуда импульса 5-15В положительной полярности; длительность импульса не менее 10 мкс. После поступления импульса запроса производится определение средней влажности и расчет чистого объема нефти. Затем производится вывод этих значений на внешние устройства.

Расчетная часть

Синтез схем на мультиплексорах

При проектировании систем логического управления на основе СИС выделяются два основных направления: первое связано с исследованием возможностей применения серийных типовых СИС – сумматоров, дешифраторов, мультиплексоров, счетчиков. Регистров и др.; второе – с применением и разработкой универсальных и специализированных многофункциональных логических модулей (МФЛМ) различного назначения.

Построение логических схем на мультиплексорах и вспомогательных элементах обычно  ведется в виде древовидных, цепочечных, каскадных структур, отличающихся способами функционального разделения и разложения булевых функции (БФ).  На практике часто применяется разложение БФ по методу Шеннона, вида:

     ,

где  - остаточные функции (ОФ) разложения , которые получаются из функции путем подстановки констант 0 и 1 вместо переменных множества : для  имеем;  для  имеем ;  для   имеем .

Разложение БФ является одним из трудоемких этапов проектирования логических схем на мультиплексорах , так как получение экономичного (оптимального) решения связывается с частичным или полным перебором вариантов разложения БФ по определенному числу переменных, причем в зависимости от сложности реализуемых на мультиплексорах булевых функций процесс разложения БФ является многоступенчатым, выполняемым до момента полного сведения получаемых остаточных функций БФ к простейшему виду.

Процесс построения логической схемы на мультиплексорах производится по результатам разложения заданной БФ. В результате первого шага разложения исходной БФ   по  q  переменным  получается совокупность ОФ, которые зависят уже от  n-q  переменных.  Последующие шаги разложения уменьшают каждый раз число переменных в ОФ на  q, вплоть до получения в процесс разложения ОФ тривиального вида. Таким образом, число разложения БФ соответствует числу ярусов схемы на мультиплексорах с подключением на управляющие входы МХ тех переменных, по которым производилось разложение;   на информационные входы МХ последнего яруса подаются одиночные переменные   или , а также сигналы логического нуля (лог. 0) или логической единицы (лог.1) исходя из вида получаемых  тривиальных  ОФ:

Порядок расчета

Реализовать на мультиплексорах с числом управляющих входов  q=2,3,4  булеву функцию вида:

и выбрать наилучшую реализацию по критерию минимума аппаратных затрат.

Согласно приведенному выше алгоритму осуществим разложение заданной БФ по двум, трем и четырем переменным, сводя результаты расчета в таблицы.

Вариант разложения БФ по двум переменным приведен в табл.1.

Таблица 1

Таким образом, на первом шаге разложения БФ получаем следующие ОФ:

Разложение БФ продолжим, так как все ОФ имеют нетривиальный вид. В результате разложения получим табл.2.

Таблица 2

На втором шаге разложения БФ имеем следующее ОФ:

для     

для     

для     

для    

   Так как ОФ, полученные на втором шаге, являются тривиальными, то процесс разложения БФ заканчивается и ее можно реализовать двухъярусной схемой из МХ с q=2. (рис.1).

 2. Вариант  разложения БФ по трем переменным приведен в табл.3

Таблица 3

Таким образом, после разложения БФ получим следующие ОФ:

Дальнейшее разложение БФ нецелесообразно, так как ОФ имеет нетривиальный вид.

3. Вариант разложения БФ по Четырем переменным   приведен в табл.4

Таблица 4

Поскольку все ОФ получились тривиальными, разложение БФ закончилось и ее реализовать на одном МХ с q=4.

Таким образом,  наилучшей по критерию минимума аппаратных затрат является реализация БФ на мультиплексорах с  числом управляющих входов  q=4  (рис.2).