【正文】 開始應(yīng)用的一種 　　非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優(yōu)越。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。另外，鑒于非接觸測量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數(shù)量級．若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1％，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為105～106數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。 　　超聲波流量計常用壓電換能器。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測。 　　超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。測得的瞬時流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)最簡單，便于測量和攜帶，價格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合使用。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普 　　勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。但相關(guān)器價格貴，線路比較復(fù)雜。噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。 　　以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對測量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。只有在管徑很大時才采用直接時差法。當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計應(yīng)用開辟廣闊前景。第四章 軟件設(shè)計部分目前的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，制作上位機(jī)的監(jiān)測程序方法有多種，如VB、VC等可視化編程工具制作控制界面，調(diào)用MSCOMM控件或利用WindowsAPI函數(shù)進(jìn)行上下位機(jī)串行口通訊；或直接利用工業(yè)組態(tài)軟件來制作上位機(jī)程序。當(dāng)前流行的組態(tài)軟件很多，如INTOUCH、FIX組態(tài)王、虎翼、開物2000等，網(wǎng)絡(luò)通訊功能比較完善，能滿足本系統(tǒng)要求，故采用。它采用PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有普遍性，大大減少了工控軟件開發(fā)者得重復(fù)性工作，并可運(yùn)用PC機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。在五個層面上提供了冗余：I/O通道冗余、雙設(shè)備冗余、雙網(wǎng)冗余、雙系統(tǒng)冗余。而且在許多方面更加適合中國用戶的特點(diǎn)和需求。組態(tài)王的主要功能1基本人機(jī)界面功能組態(tài)王作為一種應(yīng)用軟件，在很好的人機(jī)界面，為用戶提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計的工具，便利的集成環(huán)境。在運(yùn)行期間，組態(tài)王就可通過驅(qū)動接口和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。組態(tài)王與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用以五種方式：串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式、人機(jī)接口卡方式。優(yōu)化措施包括：① 需求驅(qū)動的通訊方式組態(tài)王對全部通訊過程采取動態(tài)管理的方法，只有在數(shù)據(jù)被上位機(jī)需要時進(jìn)行采集。大大緩解速率慢的矛盾。③ 打包處理大多數(shù)的下位機(jī)都支持多個數(shù)據(jù)一次采集完成。4故障診斷與恢復(fù)在工業(yè)現(xiàn)場中，由于通訊故障而引起的損失可能非常巨大，維克將這種損失降為最小，組態(tài)王精心優(yōu)化了通訊故障的診斷機(jī)制，可以在極短的時間（12個采集周期）內(nèi)報告故障的發(fā)生，并診斷出出現(xiàn)故障的下位機(jī)，非常有助于現(xiàn)場工程師及時排除險情。自動恢復(fù)功能對于保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行時非常必要的。5先進(jìn)的報警和事件處理完善的“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”應(yīng)當(dāng)能檢測到非正常狀態(tài)的發(fā)生，并將報警信息按照正確的順序登錄到數(shù)據(jù)庫，并且不能丟失任何數(shù)據(jù)，以便事后對它進(jìn)行分析。組態(tài)王的時間驅(qū)動的報警方式和緊湊搞笑的結(jié)構(gòu)使得報警信息可以被完整的記錄，及時突然發(fā)生大量的報警也不會遺漏。組態(tài)王報警系統(tǒng)具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，提供多種報警管理功能，包括：基于時間的報警、報警分組管理、報警優(yōu)先級、報警過濾、新增死區(qū)和延時概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)過程報警管理。組態(tài)王能夠?qū)?shù)據(jù)從不同的數(shù)據(jù)源取過來，并直觀、形象地顯示出來，供操作和管理人員操作和分析。動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)，ActiveX控件等，同時可以將數(shù)據(jù)以趨勢、報表等形式顯示出來。另外，隨著網(wǎng)絡(luò)的無線蔓延，組態(tài)王每一臺數(shù)據(jù)采集站從工業(yè)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，可以被網(wǎng)絡(luò)上的所有其它站點(diǎn)直接訪問，是數(shù)據(jù)在任何時間、任何地點(diǎn)暢通無阻。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)是一種基于分布式處理的柔性結(jié)構(gòu)。在單主機(jī)、單網(wǎng)絡(luò)或單設(shè)備系統(tǒng)中，機(jī)器或設(shè)備出現(xiàn)檢修或者故障時，整個系統(tǒng)都將停止運(yùn)行，給生產(chǎn)造成損失。組態(tài)王提供五種冗余方式：I/O通訊冗余、I/O設(shè)備冗余、計算機(jī)冗余、系統(tǒng)冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余。在單通道系統(tǒng)中，外部設(shè)備與主機(jī)之間的通訊線路一旦出現(xiàn)故障，將中斷數(shù)據(jù)采集。正常工作時僅適用主通道與外部設(shè)備通訊，這樣可以減少外部設(shè)備的通訊負(fù)擔(dān)。② I/O設(shè)備冗余I/O設(shè)備冗余是指控制系統(tǒng)中有兩臺冗余的外部設(shè)備，在單設(shè)備系統(tǒng)中，外部設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，將中斷數(shù)據(jù)采集。通訊時。正常工作時主設(shè)備采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳給組態(tài)王，進(jìn)行正常通訊，當(dāng)設(shè)備通訊出現(xiàn)中斷時，作為冗余從設(shè)備將自動啟動，與組態(tài)王進(jìn)行通訊；當(dāng)主設(shè)備恢復(fù)通訊時，從設(shè)備將自動停止通訊，將通訊的主動權(quán)交給主設(shè)備，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。在單一主機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)主機(jī)需要檢修或出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都將停止運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，主從機(jī)都啟動，但從及并不采集實時數(shù)據(jù)，而是通過網(wǎng)絡(luò)從主機(jī)獲取實時數(shù)據(jù)，同時負(fù)責(zé)對主機(jī)的監(jiān)聽。逐句恢復(fù)運(yùn)行后，從機(jī)停止采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。在但系統(tǒng)中，當(dāng)主機(jī)需要檢修或者出現(xiàn)故障時，客戶端將不能獲取逐句數(shù)據(jù)，在這種情形下，系統(tǒng)將會利用雙系統(tǒng)榮谷功能。主機(jī)恢復(fù)運(yùn)行后，客戶端自動切換為從主機(jī)獲取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。為了避免這一情形，用戶可以采用雙網(wǎng)絡(luò)冗余的方法配制網(wǎng)絡(luò)。8組態(tài)王和編程軟件組態(tài)王可讀取PLC監(jiān)測到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、模擬量采樣數(shù)據(jù)等信息，根據(jù)和諧實時數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生付賬報警信息，系統(tǒng)即顯示明顯報警畫面，向PLC發(fā)出相應(yīng)動作指令，保存并記憶故障發(fā)生的時間。組態(tài)王軟件可將過程或生產(chǎn)中發(fā)生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數(shù)設(shè)定、操作控制和動態(tài)畫面監(jiān)視的功能?？山Y(jié)合用戶程序進(jìn)行信息處理、測量值處理和報表打印?；诮M態(tài)王軟件的強(qiáng)大功能，我們選擇在本系統(tǒng)中運(yùn)用其作為上位機(jī)。I/O設(shè)備的輸出通常用于對現(xiàn)場的控制，例如啟動電動機(jī)、改變轉(zhuǎn)速、控制指示燈等等。輸入輸出的數(shù)值放在I/O設(shè)備的寄存器中，寄存器通過其地址進(jìn)行引用。不需要讀寫I/O設(shè)備的寄存器，組態(tài)王提供一種數(shù)據(jù)定義方法，定義I/O變量后，可直接使用變量名用于系統(tǒng)監(jiān)控、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報警顯示。（2）工程瀏覽器工程瀏覽器是組態(tài)王軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，它將對畫面制作系統(tǒng)中已設(shè)計的圖形畫面、命令語言、設(shè)備驅(qū)動程序管理、配方管理、數(shù)據(jù)報告等工程資源進(jìn)行集中管理，并在一個窗口中進(jìn)行樹形結(jié)構(gòu)排列。工程人員在這個環(huán)境中完成界面設(shè)計、動畫連接的定義等。利用組態(tài)王豐富的圖庫，用戶可以大大減少設(shè)計界面的時間，從整體上提高工控軟件的操作。它通過實時數(shù)據(jù)管理從一組工控對象采集的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。信息窗口中顯示的信息可以作為一個文件存于指定的目錄中或是用打印機(jī)打印出來，供用戶查閱。（1） 制作圖形畫面用戶可以為每個應(yīng)用程序建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮某绦蚣夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。（2） 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫?數(shù)據(jù)庫的作用數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王最核心的部分。數(shù)據(jù)庫中變量的合集稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。?數(shù)據(jù)詞典中變量的類型數(shù)據(jù)庫中存放的是您制作應(yīng)用工廠是定義的變量及系統(tǒng)預(yù)定義的變量?；绢愋偷淖兞坑址譃椤皟?nèi)存變量”和“I/O變量”兩類。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，就是說：在組態(tài)王系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每當(dāng)I/O變量的值改變時，該值就會自動寫入遠(yuǎn)程應(yīng)用程序；每當(dāng)遠(yuǎn)程應(yīng)用程序中的值改變時，組態(tài)王系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。基本類型的變量也可以按照數(shù)據(jù)類型分為離散型、模擬型、長整數(shù)型、字符串型。內(nèi)存實型變量、I/O實型變量：類似一般程序設(shè)計語言中的浮點(diǎn)型變量，用于表示浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，取值范圍10E38~10E+38，有效值7位。內(nèi)存字符串型變量，如名稱，密碼等，該類型變量可以進(jìn)行比較運(yùn)算和賦值運(yùn)算。這幾種特殊類型的變量正是體現(xiàn)了組態(tài)王系統(tǒng)面向工控軟件、自動生成人機(jī)接口特色。組態(tài)王提供21種動畫連接方式。（4） 運(yùn)行和調(diào)試在組態(tài)王軟件的實時運(yùn)行環(huán)境TOUCHVEW中，運(yùn)行和調(diào)試在畫面制作系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面。進(jìn)行I/O設(shè)備的配置時將彈出相應(yīng)的配置向?qū)ы摽梢苑奖憧旖莸奶砑?、配置、修改硬件設(shè)備。圖41PLC設(shè)備配置主界面主要進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場模擬。如圖42所示，為實現(xiàn)動畫效果。其中水位和水泵的定義如圖43所示圖43水位和水泵定義圖系統(tǒng)主要對液位做報警，當(dāng)水位低于10或高于90時系統(tǒng)報警，如圖44是水位報警的定義圖，圖45是水池水位報警組定義。系統(tǒng)提供將產(chǎn)生的報警信息首先保存在一個預(yù)訂的緩沖區(qū)中，報警窗根據(jù)定義的條件，從緩沖區(qū)中獲得符合條件的信息顯示。組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)中的報警的實時顯示是通過報警窗口實現(xiàn)的。實時報警窗口主要顯示當(dāng)前系統(tǒng)中存在的符合報警窗顯示配置條件的實時報警信息和報警確認(rèn)信息，實時報警窗不顯示系統(tǒng)中的事件。如圖46是實時報警窗口和歷史報警窗口，圖47是兩個窗口的通用屬性和條件屬性的設(shè)置。是生產(chǎn)過程必不可少的一個部分。實時報表能反映系統(tǒng)實際的生產(chǎn)情況，歷史數(shù)據(jù)報表能對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計、分析、使管理人員能夠?qū)崟r掌握和分析生產(chǎn)情況。實時數(shù)據(jù)報表界面如下圖48所示：48實時數(shù)據(jù)報表窗口實時數(shù)據(jù)報表所有功能如下：● 打印實時報表● 修改報表名● 保存實時報表● 選取實時報表● 讀取實時報表（2） 歷史數(shù)據(jù)報表在實際工作中，不僅需要實時數(shù)據(jù)報表，還需要進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，因此設(shè)計了歷史數(shù)據(jù)報表。趨勢曲線有兩種：實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。所不同的是，在畫面程序運(yùn)行時，實時趨勢曲線隨時間變化自動卷動，以快速反應(yīng)變量的新變化，但是不能時間軸“回卷”，不能查閱變量的歷史數(shù)據(jù)；歷史趨勢曲線可以完成歷史數(shù)據(jù)的查看工作，但它不會自動卷動（如果實際需要自動卷動可以通過編程實現(xiàn)），而需要通過帶有命令語言的功能按鈕來輔助實現(xiàn)查閱功能。圖410實時曲線圖如圖411是實時曲線定義圖圖412歷史曲線圖圖413歷史曲線定義圖串行通訊方式時組態(tài)王與I/O設(shè)備之間最常用的一種數(shù)據(jù)交換方式。組態(tài)王最多可與32個串口設(shè)備相連。大多數(shù)的可編程控制器、智能模塊、智能儀表采用此方式。在進(jìn)行串行通訊時，為了保證通訊的正常工作，必須設(shè)計正確的RS232C電纜的連接方式，這就需要對RS232C協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)十分熟悉，因此很有必要對其進(jìn)行簡單的介紹。常用的控制聯(lián)絡(luò)信號說明如下：① 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒（Data set readyDSR）,(ON狀態(tài)，高電平有效，下同)，表明DCE準(zhǔn)備就緒，可以接收數(shù)據(jù)。④ 允許發(fā)送（Clear to sendCTS）,當(dāng)DTE發(fā)送RST信號請求發(fā)送數(shù)據(jù)后，不能立即發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)DCE想DTE發(fā)送CTS信號后，表明DCE已切換到接受模式，這時DTE才可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)；⑤ 振鈴指示（RingRI）,當(dāng)DCE檢測到線路上有振鈴信號時，發(fā)出該信號（使該信號有效），然后通知DTE有個遠(yuǎn)程呼叫；數(shù)據(jù)載波檢測（Data Carrier DetectDCD）,它表示DCE接受到遠(yuǎn)程載波，通信鏈路已連接，此時數(shù)據(jù)傳輸可以進(jìn)行。只有當(dāng)DTE的RTS、CTS、DTR四個信號都有效時，DCE發(fā)送串行數(shù)據(jù)。如圖415：圖415組態(tài)王與一個I/O設(shè)備連接根據(jù)以上資料及系統(tǒng)檢測內(nèi)容，PLC與上位機(jī)的連接如下圖416：圖416PLC與上位機(jī)連接圖結(jié) 論工作總結(jié)根據(jù)當(dāng)前的泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，結(jié)合本文提出的本站組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)的方案，系統(tǒng)工作總結(jié)如下：① 根據(jù)本文提出的硬件方案，結(jié)合當(dāng)前泵站監(jiān)測系統(tǒng)狀況，實現(xiàn)了泵站的實時動態(tài)監(jiān)測與管理。③ 本文闡述了以PLC為核心的硬件設(shè)計。④ 考慮到PLC本身的局限性，在數(shù)據(jù)采集時有變送器RS485總線連