油料裝備寒區試驗基地數據采集系統功能需求分析

李媛媛,張世富,謝昌華,許 紅

(陸軍勤務學院，重慶 401311)

1 油料裝備寒區試驗基地現狀

1.1 試驗工藝系統簡介

油料裝備寒區試驗基地工藝系統于2009年建成投入使用，工藝流程以滿足油料裝備試驗為基礎，具有操作簡單、調度靈活、安全可靠、經濟實用的特點。可以滿足三套油料裝備同時進行試驗為依據，滿足裝備自吸供油和泵送供油的要求。具備油料入庫、出庫、庫內倒罐、為具自吸能力裝備供油、為無自吸能力裝備供油等功能。工藝系統由3個50立方儲油罐、包含3臺主油泵和1臺滑片泵的泵房系統及現場試驗接駁管路系統組成，其工藝流程圖如圖1所示。圖中受試裝備1表示油料加注類裝備(如群車加油車等)，受試裝備2和受試裝備3表示油料輸送類裝備(如泵站等)，可以是具有油料自吸能力的裝備也可以是無自吸能力的裝備，受試裝備2和受試裝備3可以單獨進行試驗也可同時進行試驗。布局上，油料裝備寒區試驗基地工藝系統分為泵房區、儲油區和試驗裝備接駁區，泵房區設置在室內區域部分露天設置，泵房及試驗現場的實物如圖2所示。

試驗基地工藝系統包含3個儲油罐，用于儲存試驗用油，油罐儲油量為50m3。設置了兩臺管道泵機組和一臺管道泵機組，三臺泵可單獨運行，其中兩臺可并聯運行。為滿足離心泵機組灌泵的需要，設置了一臺滑片泵機組。設置了DN50、DN100、DN150腰輪流量計各一臺，以滿足不同油料裝備流量的計量要求。

圖1 油料裝備寒區試驗基地工藝流程圖

圖2 油料裝備寒區試驗基地工藝系統實景

1.2 電控系統

油料寒區試驗基地設置有配電柜、泵控制柜。泵控柜內設置了1套滑片泵起停控制電路，實現滑片泵的直接起停，設置了3臺變頻調速器用于3臺主泵的軟啟動控制，但是不能實現泵運行速度控制。在實際試驗過程中往往需要實現泵送流量及壓力的連續控制，目前采用改變閥門開度來實現，系統能耗大、操作不便，需對變頻器控制電路實施改造以實現主泵的變頻調速。實驗工藝系統中只在泵的入口和出口設置了壓力表用于監測泵的入口和出口壓力，設置了3臺腰輪流量計用于管路流量監測，目前只能通過機械表盤讀書，流量信號未連接。

1.3 存在的主要問題

通過設備及工藝系統建設，具備了寒區試驗的基本條件，但從系統完整性、數據客觀性、試驗多樣性及管理規范性等方面來看，現有系統還存在較大的缺項：作為第三方試驗檢測單位，系統還不完整，缺乏獨立的數據采集系統，不具備認證檢測資質，影響試驗數據的客觀性及公證性；許多試驗需要同步采集多項試驗數據，并設定不同的采樣間隔，現有機械表人工讀數方法，不能滿足試驗多樣化需求；試驗參數只能采用節流調節方法，能耗噪音大，油溫上升快，參數調節性能差；試驗人員工作條件艱苦，室外高寒環境下工作時間長；沒有視頻監控手段，需要人員現場巡查，出現緊急問題時難以快速發現和處置。因此，需要在已建設的設備及工藝系統的基礎上進行改造，從技術手段上增強試驗數據的客觀性，提高試驗系統的適配性及規范化程度，改善試驗人員的工作條件。

2 試驗過程工藝參數采集與處理

試驗過程工藝參數采集與處理是完成傳統測試方法不能實現的數據采集系統功能的核心手段。試驗過程數據的產生漫無目的，需要根據任務目標進行有效處理，產生的數據既有直接數據，也有間接數據，需要進行一定的處理轉換為有效可用的數據[1]。

2.1 試驗設備及工藝系統參數

試驗系統工藝系統包括泵房部分和室外部分，一種是通過泵房為無動力受試裝備提供加壓的試驗油料，另一種是由有動力的受試裝備自行從油罐抽取油料完成試驗作業過程。因此需要在泵房和室外均設置相關檢測設備，實現整個試驗過程中工藝狀態的監控，保證試驗過程安全。

3個儲油罐用于儲存試驗用油，儲罐的液位及油溫的狀況，關系到試驗的安全，必須重點監視。3臺主油泵及滑片泵的入出口壓力及泵轉速能反應泵的工作狀態，因此需要在各出入口分別設置1個壓力變送器。在各泵軸處設置1個速度傳感器，通過數據采集模塊實現轉速測量。在接通試驗區的管路中的接口處設置壓力變送器，并借助主泵出口壓力變送器監測受試裝備在接口處的進出口壓力。

2.2 試驗現場環境參數

試驗現場環境溫度、濕度、氣壓是試驗必不可少的環境參數。試驗現場環境溫濕度參數通過溫濕度變送器進行測量，需要考慮可能出現的極限條件，特別是要具備最低溫度參數的采集，試驗現場環境大氣壓通過大氣壓傳感器采集，大氣壓傳感器采集應能覆蓋可能的大氣壓變化范圍。

2.3 數據處理控制

采集的數據包括模擬信號、開關信號和數字信號，為把采集的各種信號轉換為所需要的數據，必須對數據進行處理[2]。為確保系統出現異常情況時能快速的停機，避免引發事故，需要在相應位置設置控制輸出，特別是主油泵與滑片泵的停機控制，這個功能應可以由操作者視情況啟用或屏蔽。

3 試驗過程視頻監控

為減少低溫條件下人員巡視的次數，降低勞動強度，應對試驗外場、泵房及受試裝備進行視頻采集及監視，試驗外場大約為120m×50m的區域，要求攝像頭既能實現整個場景的監視又能察看局部的情況。能實現水平、垂直旋轉和變焦控制。

泵房視頻監視要求能觀察到泵房內各設備的細節，以便及時發現異常情況。能實現水平、垂直旋轉和變焦控制。

對受試裝備的視頻監視主要集中在關鍵部位(如設備儀表面板)，為便于聚焦到被觀察的關鍵部位，實現清晰的視頻監視，要求攝像頭能實現水平、垂直旋轉和變焦控制。

4 試驗過程數據管理

試驗過程會產生大量的實驗數據，做好數據管理，是高效準確發揮系統功能必要條件，可接收受試裝備的試驗數據(如裝備進口壓力、出口壓力、試驗油料溫度、環境溫濕度、大氣壓力等)，應能自由選擇試驗數據文件的存儲位置，識別其中包含的試驗信息(如試驗編號、受試裝備名稱、受試裝備型號規格、試驗項目、極限參數、委托單位、委托人、聯系方式、試驗時間等)和試驗數據，并將其分別提取出的數據存入試驗信息表和試驗數據表中；可完善試驗信息，過濾異常試驗數據，判斷和處理異常情況(如停機等)；可以圖、表、數據、文字等方式直觀顯示試驗數據的整體情況、均值、峰值、異常等，能隨時調出檢測報告文檔進行編輯，并對檢測報告進行管理。

按試驗編號、試驗項目、試驗時間、裝備名稱、委托單位、委托人、聯系方式等信息對受試裝備、試驗數據、檢驗報告、視頻數據進行檢索，可按時間(月、季度、年)統計基地總的試驗次數、異常次數、試驗時長、正常運行時長等，可按委托單位、裝備類型等統計試驗次數、異常次數、試驗時長、正常運行時長等。

5 適應特殊環境條件

系統的環境適應性主要包括貯存溫度、工作溫度、防爆性

能等方面。寒區試驗系統處于間隔運行狀態，或有整年不運行，或每年運行很短時間，采暖設施不工作時，系統可能處于正常工作溫度范圍之外，現場的傳感設備及傳輸線路等更是處于極端低溫環境中。系統試驗用油屬易燃易爆物品，對數據采集系統提出了防爆要求。因此，需要對系統進行環境適應性設計，包括合理進行設備選型、采取除濕保溫措施及防爆措施等[3]。

5.1 耐低溫

根據GJB6645-2009的規定，電子設備在有取暖設備時的工作環境溫度為-15～46℃，無取暖設備或露天使用時的工作環境溫度為-15～46℃。極限儲存溫度為-50℃，65℃。試驗現場、儲油罐區、泵房及配電間均無任何采暖措施，安裝在這些區域的設備工作和不工作時均必須滿足環境溫度要求。考慮寒區試驗基地的低溫環境條件，將其下限溫度進行擴展，使之和受試油料裝備工作溫度要求相適應，要求其工作溫度為-35～45℃，貯存極限溫度為-50℃，65℃。

監控室只在試驗期間才采暖，以滿足操作人員必須的環境溫度條件，非試驗階段是不采暖的，監控室溫度將同環境溫度相同，因此，安裝在監控室的設備工作溫度為0～46℃，而非工作時的貯存極限溫度應滿足環境溫度要求，即-50，65℃。

管理辦公室具有采暖措施，適于大部分設備運行，因此安裝于管理辦公室的設備滿足工作溫度0～46℃，貯存極限溫度-5℃，65℃。

5.2 防爆

儲油罐上安裝的設備有液位變送器、溫度變送器，其探頭部分要插入儲罐之中，屬于防爆0區，變送部分處于儲油罐人孔蓋附近，屬于防爆1區，根據從嚴原則，按0區確定防爆等級。安裝在儲油罐上的傳感器必須為本質安全型；泵房及試驗接口(露天、開敞)為防爆2區，安裝在泵房及試驗接口出的傳感器需采用隔爆措施；其余設備安裝在非爆炸危險區，無防爆要求。

[1] 陳開勝.制造業數據采集技術研究[J].開封大學學報,2017(2)：93-96.

[2] 李仁富.科學儀器設備的計算機維護和數據傳輸[J].福建電腦,2017(9):105-106.

[3] 李衛強,曹 輝.船舶機艙油氣延伸報警輔助系統的設計與實現[J].上海海事大學學報,2017(3):79-84.