摘? 要: 提出了一個多機種飛機管道供油的自動監控與計量系統方案，研制了單機集中控制和分布控制模型，實現了多機種飛機管道供油的自動控制，并于實際應用中取得良好效果。
關鍵詞: 監控? 管道供油? 網絡系統? 現場總線
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在多機種飛機管道供油系統中，各項技術參數應隨加油飛機種類、型號的不同和同時加油飛機的數量多少而不斷變化。為了使加油過程中各技術參數均能滿足加油飛機的需求，必須建立一套自動監測的自動化系統。為此，我們研制成功了單機集中控制和分布控制模型，實現了多機種飛機管道供油的自動監控、計量和管理。
1 主要技術要求
(1)對輸油泵的遠程控制
實現泵房無人值守，將油泵運轉的工作狀態反映在中心控制室計算機屏幕上，通過計算機對油泵實施遠程控制。
(2)對使用油罐液位監測
在加油過程中，對使用油罐液位進行監測是十分必要的。系統應能實時監測使用油罐的液位，將采集到的液位值動態形象地顯示在計算機屏幕上，并設置限位報警裝置。
(3)油品壓力的監測
為滿足飛機加油時對油壓的需要，將裝在油泵出口處管道上、輸油總管上等處的壓力表信號遠傳至計算機，并根據不同機種、不同加油方式實施監控。
(4)油品溫度的監測
在輸油環狀管與分支管的結合處，安裝溫度傳感器，取樣周期在1秒以內，溫度分辨率小于0.1度。
(5)自動計量換算
以空氣中油品重量(質量)為計算標準，由檢測的油溫度換算出當時的表觀溫度，再根據加出的油品體積累計數計算出重量數。
(6)自動識別機號
為防止油料外流，設置了飛機機號識別功能。現場控制器通過IC卡實施飛機識別，該IC卡同時具有管理功能，可以存儲加油密碼，記錄加油數量。
(7)輸出打印
①能打印出各架飛機本次加油清單和旬、月、季、年累計加油清單;②打印當日飛機加油總量表;③打印旬、月加油總表;④打印其它所需資料。
(8)為了加油系統本身和加油操作過程的安全，設置多種保護功能，主要有:
①油品超壓保護
跟蹤檢測系統內油品壓力，若因水擊影響或因故障引起油壓超限時，一方面停泵中止加油，另一方面開啟通向放空罐管道的安全閥卸壓。
②泵機異常保護
加油系統中的油泵控制柜具有過載、過熱、電壓超壓/欠壓、過流、電源短路、斷路等多種保護。
2 系統結構及工作原理
2.1 硬件結構
考慮到實際需要和經濟問題，我們設計了單機集中控制和分布控制兩種系統。
2.1.1 單機集中控制系統
單機集中控制系統硬件結構框圖如圖1所示，中心計算機采用PC總線486工業計算機，內存8M。擴展接口模板有:光電隔離模擬量輸入板(32路，12位)、脈沖量輸入板(12路，16位)、光電隔離開關量輸出板(32路)。信號調理實現對現場信號的隔離、放大、I/V轉換、整形，提高系統抗干擾性能。現場傳感器、閥門由系統集中供電，系統提供24V、12V直流穩壓電源。
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2.1.2 分布控制系統
分布控制系統硬件結構框圖如圖2所示。該系統以″管理集中，控制分散″為原理，在每一加油口設計一現場控制器直接控制每個加油口，并由中心計算機通過BITBUS現場總線對現場控制器實行控制與管理，實現系統的監視和信息的統計處理。由于控制分散，中心計算機或某一控制單元發生故障時，其它控制單元仍能繼續工作，提高了系統的可靠性。
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現場控制器接受鍵盤操作信息和從IC卡讀取飛機加油信息，實現流量計量，壓力、溫度檢查，電液閥控制。現場控制器由STD工業計算機CPU模板、通信板、I/O模板、模擬量輸入板組成最小系統。另外還有擴展IC卡讀寫器、鍵盤、顯示器等。
2.2 軟件結構
軟件的開發語言為C語言，分以下幾部分:
(1)數據采集、數字濾波、單位轉換;
(2)加油參數控制;
(3)加油信息處理(系統及報表);
(4)網絡通信(分布系統);
(5)系統計量校準及輔助工具;
(6)IC卡發卡系統(分布系統);
(7)現場控制器數據采集及處理、加油控制和網絡通信。
2.3 系統結構
自動監控和計量系統主要由現場傳感器、流量計、電液閥、現場控制器信號處理單元和中心控制室計算機組成。
2.3.1 信號調理部分和分離輔助儀表
綜合考慮了系統的信號體系，對信號調理電路進行了優化設計，包括信號隔離及放大電路、整形限幅電路、信號轉換電路，分別完成電液閥控制、流量計脈沖信號的整形和電平轉換、溫度和液位傳感器電流/電壓轉換。電路設計充分運用了隔離和濾波技術，有效地降低了外界干擾。
2.3.2 流量計量與標定
流量計量是實施加油控制、過程檢測、加油系統和記錄儀的關鍵。流量計量采用腰輪流量計和光電流量轉換器。轉換器輸出脈沖信號，提高了信號的抗擾能力和計量精度。
2.3.3 現場控制器與IC卡應用
現場控制器作為分布控制系統的下位機，對加油口實施控制、計量，并與上位機實施通信。
現場控制器完成的主要功能有:加油過程控制、計量、通信、IC卡讀寫。系統設置兩種加油方式:一種是定量加油方式;一種是任意量加油方式。不輸入設定值為任意加油方式。在通過IC卡讀取飛機加油信息或通過鍵盤輸入飛機加油信息并確定加油后，控制器啟動電磁閥實施加油，同時進行流量計量。加油數量寫入IC卡，同時上傳至上位機。
為提高現場控制器的抗擾能力，在以下幾方面采取了措施:
(1)輸入信號采取光電隔離，防止干擾信號串入;
(2)采用開關穩壓電源，防止工頻干擾;
(3)機殼進行良好屏蔽，防止電磁干擾;
(4)設置WATCHDOG，在軟件上進一步提高系統的抗干擾性和可靠性。
系統采用IC卡進行機場供油管理，提高了工作效率，讀寫次數可達100000次。SEL4442儲存字節數為256位，可儲存飛機號、啟用時間、密碼、最近10次的加油時間及加油量。加油開始時，現場控制器對卡加電，并驗證卡的密碼。密碼正確后，讀取卡內飛機編號，允許給飛機加油。在加油過程中，始終查詢卡的狀態以確認卡的存在，并寫當前值，避免在加油結束前抽卡。具有統一的發卡系統，對卡寫入系統密碼和使用飛機號，供飛機加油使用。
2.3.4 現場網絡
在飛機加油現場，干擾因素多，干擾信號強，因此選用適合工業現場應用的BITBUS通信網絡，以屏蔽雙絞線作為傳輸介質。BITBUS網絡電氣接口符合RS485電氣標準，采用自同步方式，其性能參數如下:
?速率???????????????? 距離/段???????? 節點數/段???????????? 傳輸線
?62.5kbps???????????? 1200m?????????? 28(允許250)? 1對
BITBUS通信協議幀格式如下:
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系統采用的信息數據格式如下(正文長度20個字節):
飛機號????????????????? 5位
加油狀態標志 ????? 1位
預置加油量???????? ? 3位
加油量????????????????? 3位
當前加油量?????????? 3位
加油口????????????????? 1位
預留????????????????????4位
2.3.5 控制閥門的選用
??? 在多機種飛機管道加油中，管中油品流量大、壓力高，普通電磁閥關閉時間不可控，壓力加油時將產生很大的水擊壓力，對管線、儀表造成損害。電動調節閥雖然能實現關閉閥門的控制，但其控制復雜、價格昂貴，因此系統選用電液閥作為開關控制。
??? 多機種飛機油料保障是我們當前面臨的一項重要課題，而實現多機種飛機管道供油系統的自動監控與計量，則是多機種飛機油料保障的必要前提和手段。多機種飛機管道供油系統的自動監控與計量的實現，有效地保證了多機種飛機油料保障的實施。