Thu thập và xử lý tín hiệu đo lường trong hệ thống chuẩn đầu lưu lượng khí quyển PVTt

Bộ giáo dục đào tạo TRờng đại học bách khoa hà nội ************* Thu thập xử lý tín hiệu đo lờngTrong hệ thống chuẩn đầulu lợng khí kiểu PVTt Ngành: xử lý thông tin truyền thông mã số: Nguyễn cao Phúc Ngời hớng dẫn khoa học : Ts Trịnh văn loan Hà nội 2006 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu thân Các nghiên cứu luận văn dựa tổng hợp lý thuyết, tham khảo chuyên nghành hiểu biết thực tế tôi, không chép Tác giả luận văn Nguyễn cao phúc Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 Mục lục LờI GIớI THIệU Chơng 1: Tổng quan hệ thống chuẩn đầu lu lợng khí kiểu PVTt 1.1 Khái niệm hệ thống chuẩn đo lờng, phân loại chuẩn 1.2 Khái niệm hiệu chuẩn dẫn xuất chuẩn 1.2.1 Hiệu chuẩn (calibration) - 1.2.2 Tính liên kết chuẩn - 1.2.3 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn lu lợng khí - 1.3 Giới thiệu hệ thống chuẩn đầu lu lợng khí 1.3.1 Khái niệm - 1.3.2 Các thuật ngữ định nghĩa - Chơng 2: Nguyên lý hoạt động yêu cầu hệ thống chuẩn kiểu PVTt - 12 2.1 Nguyên lý hoạt động -12 2.2 Thiết kế hoạt động hệ thống chuẩn PVTt -15 2.2.1 Bể nớc - 17 2.2.2 Sự thay đổi khối lợng ống nối 20 2.2.3 Các điều kiện thể tích ống nối - 22 2.2.4 Sự cận đối xứng P(t) thời điểm bắt đầu kết thúc 24 2.3 Các phơng trình tính toán lu lợng 26 Chơng 3: chơng trình điều khiển hệ thống chuẩn kiểu PVTt - 29 3.1 Giới thiệu chung -29 3.2 Phần cứng hỗ trợ điều khiển 29 3.2.1 Đặc điểm chung phần cứng 29 3.2.2 Phối hợp chức phần cứng - 32 3.3 Thiết kế xây dựng phần mềm điều khiển -32 3.3.1 Các sơ đồ thiết kế 33 3.3.2 Phơng pháp đấu nối đờng dây 36 i Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 3.3.2.1 Đấu nối sensor nhiệt độ, áp suất - 36 3.3.2.2 Một số sơ đồ đấu nối điển hình - 38 3.3.3 Các khối mô đun liên kết - 41 Khối nhập thông số hiệu chuẩn cho loại sensor 41 Khối khởi tạo đếm thời gian - 42 Khối thiết lập đấu nối cho sensor áp - 42 Khối thiết lập đấu nối cho sensor nhiệt 44 Khối thiết lập phơng thức scan 45 Khối hiển thị chuyển đổi thông tin -7 Khối chọn thông số cần kiểm tra kênh Khối kiểm soát Start/Stop -9 Khối nhận liệu trớc Start 10 Khối nhận liệu khoảng Start-Stop thông số thời gian 45 46 47 48 48 11 Khối nhận liệu sau Stop 12 Khối xây dựng mảng 3D/2D & lu trữ thông tin -13 Khối tính toán lu lợng khối lợng khí vào bình chuẩn Qt(Kg/s) 14 Khối tính toán lu lợng khối lợng qua vòi phun tới hạn -15 Khối tạo mảng 1D lu kết tính toán - 49 50 51 52 53 3.3.4 Chức hàm th viện PVTt.lib - 53 3.3.4.1 Danh sách hàm sử dụng th viện 53 3.3.4.2 Giải thích hàm th viện PVTt.lib 55 Hàm Configurate_Pressure_channel 55 Hàm Configurate_Temperature_channel.vi - 57 Hàm Configure Scan Mode.vi - 59 Hàm Mx+B_Scaling.vi - 60 Hàm Set_Scan_Unit.vi - 62 Hàm scan_channels.vi - 64 Hàm Moniter channels access mem.vi - 65 Hàm Reciever_Data.vi - 66 Hàm Check_Start_Stop.vi 67 ii Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 10 Hàm read_Serial.vi - 69 11 Hàm calculate_Average_Ros.vi 71 12 Hàm PVTt_resuilt.vi -13 Hàm tính venturi.vi -14 Hàm Qvp(Kg/s).vi 15 Hàm Re.vi -16 Hàm Cd.vi 72 74 75 76 77 17 Hàm tính khối lợng m(Kg).vi 18 Hàm Create_array_1ds.vi 19 Hàm Create_Array_3D.vi -20 Hàm DATA_CHECK.vi -21 Hàm write_to_Xls_1D.vi - 78 79 80 83 84 22 Hàm Write_to_xls_3D -23 Hàm Hieuchuan.vi 24 Hàm Check_Hieuchuan.vi 25 Hàm WaveForm.vi - 85 86 87 88 3.3.5 Giao diện phần mềm 89 3.3.6 Đóng gói phần mềm - 90 Chơng 4: kết đánh giá - 94 tài liệu tham khảo - 102 Tóm tắt luận văn - 103 iii Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 danh Mục hình vẽ Hình1-1: Sơ đồ phân loại chuẩn - Hình 1-2: Sơ đồ dẫn xuất chuẩn đơn vị đo khí - Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống hiệu chuẩn vòi phun theo PVTt - 12 Hình 2-2: Sơ đồ bố trí thiết bị hệ thống chuẩn PVTt 13 Hình 2-3: Bình chuẩn PVTt 5000L 16 Hình 2-4: Sơ đồ bình chứa hệ thống PVTt, bể nớc, đờng dẫn nớc thiết bị kiểm tra nhiệt độ - 17 Hình 2-5: Bình 50L 1000 L đợc nhúng vào bể nớc để kiểm soát nhiệt độ 18 Hình 2-6 Số liệu nhiệt độ 14 đầu đo nhúng bể 19 Hình 2-7: Sự cân nhiệt độ áp suất sau bình 50 L đợc nạp với lu lợng 25 L/min 20 Hình 2-8: Số liệu thực nghiệm (25 L/min, bình 50 L) mô hình nhiệt động cho số thời gian không khác không - 23 Hình 2-9: Số liệu chồng ống nối bám theo thời điểm bắt đầu kết thúc chuyển dòng bình 50 L lu lợng 25 L/min biểu diễn tính đối xứng van chuyển dòng Thời gian chuyển dòng khoảng 15ms - 25 Hình 2-10: Số liệu ghi đầu đo tín hiệu van chuyển dòng ống nối đợc sử dụng để hiệu chỉnh thời gian nạp cải thiện việc loại trừ khối lợng ban đầu kết thúc nh độ không đảm bảo đo ống nối - 26 Hình 3-1: Thiết bị Agilent HP34970A 30 Hình 3-2: Thiết bị điều khiển chuyển dòng - 31 Hình 3-3: Thiết bị đếm thời gian - 31 Hình 3-4: Sơ đồ tổng quan thiết kế hệ thống - 33 Hình 3-5: Sơ đồ khối thiết kế phần mềm 34 Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý Đo lờng & Điều khiển cho Hệ thống chuẩn đầu lu lợng khí kiểu PVTt - 35 Hình 3-7: Sơ đồ đấu nối sensor nhiệt dây - 36 iv Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 Hình 3-8: Sơ đồ đấu nối sensor nhiệt dây - 37 Hình 3-9: Sơ đồ đấu nối sensor áp tín hiệu dòng 37 Hình 3-10: Sơ đồ đấu nối sensor tín hiệu áp - 38 Hình 3-11: Sơ đồ đấu nối Thermocouple - 38 Hình 3-12: Sơ đồ đấu nối Wire Ohms / RTD / Thermistor - 39 Hình 3-13: Sơ đồ đấu nối DC Current / AC Current - 39 Hình 3-14: Sơ đồ đấu nối DC Voltage / AC Voltage / Frequency - 40 Hình 3-15: Sơ đồ đấu nối Wire Ohms / RTD - 40 Hình 3-16: Sơ đồ thiết kế giao diện nhập thống số hiệu chuẩn sensor - 41 Hình 3-17: Sơ đồ khởi tạo đếm thời gian - 42 Hình 3-18: Sơ đồ thiết kế đấu nối cho sensor áp 43 Hình 3-19: Sơ đồ thiết kế đấu nối cho sensor nhiệt 44 Hình 3.20: Sơ đồ thiết lập phơng thức Scan 45 Hình 3-21: Sơ đồ hiển thị chuyển đổi đơn vị - 46 Hình 3-22: Sơ đồ lựa chọn thông số cần kiểm tra kênh - 46 Hình 3-23: Sơ đồ kiểm soát trạng thái Start/Stop 47 Hình 3-24: Sơ đồ nhận liệu trớc Start 48 Hình 3-25: Sơ đồ nhận liệu khoảng Start/ Stop & nhận giá trị thời gian 48 Hình 3-26: Sơ đồ nhận liệu sau Stop 49 Hình 3-27: Sơ đồ xây dựng mảng 3D/2D & lu trữ thông tin 50 Hình 3-28: Sơ đồ tính toán lu lợng khí vào bình chuẩn 51 Hình 3-29: Sơ đồ tính toán lu lợng khí qua vòi phun tới hạn - 52 Hình 3-30: Sơ đồ tạo mảng D lu kết tính toán - 53 Hình 3-31: Sơ đồ thiết kế Hàm Configurate_Pressure_channel 55 Hình 3-32: Sơ đồ thiết kế Hàm Configurate_Temprature_channel - 57 Hình 3-33: Sơ đồ thiết kế Hàm Configure Scan Mode.vi - 59 Hình 3-34: Sơ đồ thiết kế Hàm Mx+B_Scaling.vi - 61 v Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 Hình 3-35: Sơ đồ thiết kế Hàm Set_Scan_Unit.vi 62 Hình 3-36: Sơ đồ thiết kế Hàm scan_channels.vi - 64 Hình 3-37: Sơ đồ thiết kế Hàm Moniter channels access mem.vi - 65 Hình 3-38: Sơ đồ thiết kế Hàm Reciever_Data.vi - 66 Hình 3-39: Sơ đồ thiết kế Hàm Check_Start_Stop.vi 67 Hình 3-40: Sơ đồ thiết kế Hàm read_Serial.vi - 69 Hình 3-41: Sơ đồ thiết kế Hàm calculate_Average_Ros.vi - 71 Hình 3-42: Sơ đồ thiết kế Hàm PVTt_resuilt.vi 73 Hình 3-43: Sơ đồ thiết kế Hàm tính venturi.vi - 74 Hình 3-44: Sơ đồ thiết kế hàm Qvp(Kg/s).vi - 75 Hình 3-45: Sơ đồ thiết kế Hàm Re.vi 76 Hình 3-46: Sơ đồ thiết kế Hàm Cd.vi 77 Hình 3-47: Sơ đồ thiết kế Hàm tính khối lợng khí 78 Hinh 3-48: Sơ đồ thiết kế Hàm Create_array_1ds.vi - 79 Hình 3-49: Sơ đồ thiết kế Hàm Create_Array_3D.vi - 81 Hình 3-50: Sơ đồ thiết kế Hàm DATA_CHECK.vi 83 Hình 3-51: Sơ đồ thiết kế Hàm write_to_Xls_1D.vi 84 Hình 3-52: Sơ đồ thiết kế Hàm Write_to_xls_3D 85 Hình 3-53: Sơ đồ thiết kế Hàm Hieuchuan.vi - 86 Hình 3-54: Sơ đồ thiết kế Hàm Check_Hieuchuan.vi 87 Hình 3-55: Sơ đồ thiết kế Hàm WaveForm.vi - 88 Hình 3-56: Giao diện phần mềm điều khiển hệ thống chuẩn PVTt 89 Hình 3-57: Đóng gói phần mềm bớc 91 Hình 3-58: Đóng gói phần mềm bớc 92 Hình 3-59: Kết sản phẩm đóng gói phần mềm - 92 Hình 3-60: Phần kết hiển thị giao diện - 94 vi Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Lớp XLTT&TT 2004 LờI GIớI THIệU Trong năm gần đây, với phát triển ngành công nghiệp dầu khí, việc khai thác sử dụng khí tự nhiên, khí hoá lỏng phát triển với tốc độ cao làm nhu cầu đo đếm khí nớc ta phát triển mạnh Với hoạt động dự án khí Nam Côn sơn, nhà máy khu Điện - Đạm Phú Mỹ, nhà máy lọc dầu Dung quất phát triển mạnh mẽ nghành công nghiệp khác nhu cầu đo đếm khí ngày trở thành cấp thiết Để đáp ứng yêu cầu kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị đo khí nay, Trung tâm đo lờng Việt nam xây dựng hệ thống chuẩn đầu đo lu lợng khí Hệ thống chuẩn chuẩn hàng đầu Việt nam có nhiệm vụ truyền tới chuẩn thứ chuẩn công tác phục vụ nhu cầu đo lờng khí nớc Với hệ thống chuẩn khí này, tiến hành truyền dẫn xuất chuẩn cho lu lợng kế khí chuẩn có độ không đảm bảo đo u