基於現場浮子流量計組的監控係統設計

針對工業現場廣泛使用的（de）浮子流量計組，設計了一（yī）種基於現場的監控係統。該係統以（yǐ）STM32 為核心控製器，集通信、采集和存儲為一體，為實現對現場的實時監測本係（xì）統采用嵌入式操作係統μCOS－II 來完成任務的調度和管理。分別給出了浮子流量計的應用、監控（kòng）係統的總體方案設計、硬件及軟件設計。實際應用表明，該係統具有較好的可（kě）靠性、實時性、穩定（dìng）性（xìng），同時也能有效（xiào）地對現（xiàn）場的浮子流（liú）量計進行監測。

工業現（xiàn）場（chǎng）一般使用多組浮子流量（liàng）計對現（xiàn）場各管道流體流量進行測量， 在製藥化工（gōng）等工業控（kòng）製係統（tǒng）中流量參數起到十分重要的作用，在浮子流量計組運行過程中需要對當前管道壓力、介質溫度、浮子主體是否卡死、流量是否超限等信息進行監測。

本文主要根據工業現場對浮子流量計測量要求設計開（kāi）發了用於浮子流量計組工作狀態的監測係統，該係（xì）統具有成本低、生產調試簡單、人機接口友好等特點，同時能夠有效地對現（xiàn）場浮（fú）子流量計進（jìn）行監測。

1、浮子流（liú）量計

浮子流量計是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降， 並（bìng）以（yǐ）此來改變它們之（zhī）間的流通麵積來（lái）進行測量的體積流量儀表。浮子（zǐ）流量計起源於19世紀60 年代，因其結構簡單，工作（zuò）可靠，壓損小且穩定，可測低速流速介質等優點一直廣泛應用於氣體、液體的流量測量和（hé）自動控製係統中。其中常用的孔板型浮子流（liú）量（liàng）計如圖1所示。

2、監控係統總體結構

浮子流量計監控係統主要功能是模擬（nǐ）量采集輸出， 數（shù）字量采（cǎi）集輸出，由核心模塊進（jìn）行分析、處理、存儲（chǔ）並和上位機（jī）通信。工業上（shàng）常用的監控係統，從組成結構來看主要分為PLC為核心的（de）監控係統、現場總（zǒng）線為核心的監控係統、單（dān）片機為核心的監控係統。本（běn）設計（jì）主要采用以單片機為核心的監控（kòng）方（fāng）法（fǎ），該係統使用廣泛，體積小、功（gōng）耗低、操作方便、設計（jì）簡便、成本低，是許多小型監控係統的*選。單片機為核心的監控係統結構如圖2所示。本監測係統主要包括現場浮子流量計組（zǔ）、485總線、主控製板MCU 以（yǐ）及模擬數字輸出控製模塊。

3、監控係統（tǒng）硬件設計

現場浮子流量計監控係統的總體（tǐ）結構如圖2所示。其中硬件係統主要功能是模（mó）擬量（溫度、儀表信號）的采（cǎi）集，模擬量（4～20mA 電流）的輸出，開關量的輸入輸出以及遠距離RS485串行通訊和數據存儲。其中監測係統硬件結構如（rú）圖3 所示。為（wéi）增強監測（cè）係統的抗幹擾能力， 本設（shè）計采用帶隔離的電源模塊（kuài）以及數字隔離器確保係統能夠高效穩定工（gōng）作。

4、監控係統軟件實現

分析本（běn）係統軟件設計需求：在對浮子流量計組運行狀態過程中（zhōng），通過模擬量的采（cǎi）集和分析（xī）對係（xì）統進行監控，如果發現某一數據值超過（guò）預設值後必須立（lì）即處理，與此同時需將信息傳輸至上位機。可見係統對軟件（jiàn）的實時性要求較高， 而且在很短的時間內需要處理的任務（wù）較多，普通的前後台程序難以滿足設計的（de）要求。因（yīn）此係（xì）統（tǒng）軟件（jiàn）選擇（zé）帶有操作係統的嵌入（rù）式平台進行開發和設計（jì）。本設計采用基於STM32 的μC／OS－II 對監測（cè）係統的任務（wù）進行調度。

5、監測係統與上位機測試

上位機觸控屏軟件是利用觸控屏供應商的組態軟件設計的，作為一個將運用於工業現場的監控設備，其實（shí）用（yòng）性和易用性是使用者比較重（chóng）視的。當下位機的通訊任務（wù）接（jiē）收到信號量， 主控製模塊就會（huì）開始和上位機通信（xìn）。下位機將采集到處理完整的數據傳輸到上位機內，上位機將其顯示到觸控屏上，使用者可（kě）以通過上位機了解空壓機組的實時狀（zhuàng）態。圖5 和圖6 就是模擬量和（hé）數字量（liàng）各個通道的實時值顯示畫麵。

6、結束語（yǔ）

本係統能有效地（dì）監控空（kōng）壓機組運行時的各個狀態，具有結構簡單、功能完善、安裝調試方便、維護成本（běn）低等優點（diǎn），可根據需要支持諸如USB、CAN 等接口。本係統的設計方案和實現技術可以廣泛地適用於（yú）其他工業生產的監控領（lǐng）域。