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 m· sè: Ngun cao Phóc Ng−êi h−íng dÉn khoa häc : 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 - Líp XLTT&TT 2004 Mơc lơc LêI GIíI THIƯU Ch−¬ng 1: Tỉng quan vỊ hƯ thống chuẩn đầu lu lợng khí kiểu PVTt 1.1 Khái niệm hệ thống chuẩn đo lờng, phân loại chuÈn 1.2 Khái niệm hiệu chuẩn dẫn xuất chuẩn 1.2.1 HiÖu chuÈn (calibration) - 1.2.2 TÝnh liªn kÕt chuÈn - 1.2.3 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn lu lợng khí - 1.3 Giíi thiƯu hệ thống chuẩn đầu lu lợng khí 1.3.1 Kh¸i niƯm - 1.3.2 Các thuật ngữ định nghĩa - Chơng 2: Nguyên lý hoạt động yêu cầu cđa hƯ thèng chn kiĨu PVTt - 12 2.1 Nguyên lý hoạt động -12 2.2 Thiết kế hoạt động hệ thống chuẩn PVTt -15 2.2.1 BĨ n−íc - 17 2.2.2 Sự thay đổi khối lợng ống nối 20 2.2.3 Các điều kiện thÓ tÝch èng nèi - 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 Ch−¬ng 3: chơng trình điều khiển hệ thống chuẩn kiểu PVTt - 29 3.1 Giíi thiƯu 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 ThiÕt kÕ 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 Ngun Cao Phóc - Líp XLTT&TT 2004 3.3.2.1 §Êu nèi sensor nhiệt độ, áp suất - 36 3.3.2.2 Một số sơ đồ đấu nối ®iĨn h×nh - 38 3.3.3 Các khối mô đun liên kết - 41 Khối nhập thông số hiệu chuẩn cho tõng lo¹i sensor 41 Khối khởi tạo đếm thêi gian - 42 Khèi thiÕt lËp ®Êu nèi cho sensor ¸p - 42 Khèi thiÕt lËp ®Êu nèi cho sensor nhiƯt 44 Khèi thiÕt lËp ph−¬ng thøc scan 45 Khèi hiĨn thÞ chuyển đổi thông tin -7 Khối chọn thông số cần kiểm tra kªnh Khèi kiĨm so¸t Start/Stop -9 Khèi nhËn d÷ liƯu tr−íc Start 10 Khối nhận liệu khoảng Start-Stop thông số thêi gian 45 46 47 48 48 11 Khèi nhËn d÷ liƯu sau Stop 12 Khối xây dựng mảng 3D/2D & lu trữ thông tin -13 Khèi tÝnh to¸n l−u lợng khối lợng khí vào bình chuẩn Qt(Kg/s) 14 Khối tính toán lu lợng khối lợng qua vòi phun tíi h¹n -15 Khèi tạo mảng 1D lu kết tính toán - 49 50 51 52 53 3.3.4 Chøc 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 Hµm Configurate_Pressure_channel 55 Hµm Configurate_Temperature_channel.vi - 57 Hµm Configure Scan Mode.vi - 59 Hµm Mx+B_Scaling.vi - 60 Hµm Set_Scan_Unit.vi - 62 Hµm scan_channels.vi - 64 Hµm Moniter channels access mem.vi - 65 Hµm Reciever_Data.vi - 66 Hµm Check_Start_Stop.vi 67 ii Luận văn cao học Nguyễn Cao Phúc - Líp XLTT&TT 2004 10 Hµm read_Serial.vi - 69 11 Hµm calculate_Average_Ros.vi 71 12 Hµm PVTt_resuilt.vi -13 Hµm tÝnh venturi.vi -14 Hµm Qvp(Kg/s).vi 15 Hµm Re.vi -16 Hµm Cd.vi 72 74 75 76 77 17 Hàm tính khối lợng m(Kg).vi 18 Hµm Create_array_1ds.vi 19 Hµm Create_Array_3D.vi -20 Hµm DATA_CHECK.vi -21 Hµm write_to_Xls_1D.vi - 78 79 80 83 84 22 Hµm Write_to_xls_3D -23 Hµm Hieuchuan.vi 24 Hµm Check_Hieuchuan.vi 25 Hµm WaveForm.vi - 85 86 87 88 3.3.5 Giao diƯn phÇn mỊm 89 3.3.6 §ãng gãi phÇn mỊm - 90 Ch−¬ng 4: kết đánh giá - 94 tài liệu tham khảo - 102 Tóm tắt luận văn - 103 iii Luận văn cao học Ngun Cao Phóc - Líp XLTT&TT 2004 danh Mơc h×nh 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 hƯ thèng hiƯu chn vßi phun theo PVTt - 12 Hình 2-2: Sơ đồ bố trí thiết bị hệ thống chuẩn PVTt 13 H×nh 2-3: B×nh chuÈn PVTt 5000L 16 H×nh 2-4: Sơ đồ bình chứa hệ thống PVTt, bể nớc, đờng dẫn nớc thiết bị kiểm tra nhiƯt ®é - 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 ®Çu ®o nhóng bĨ 19 H×nh 2-7: Sự cân nhiệt độ áp suất sau bình 50 L đợc nạp với lu lợng 25 L/min 20 H×nh 2-8: Sè liệu thực nghiệm (25 L/min, bình 50 L) mô hình nhiệt động cho số thời gian không khác không - 23 H×nh 2-9: Sè liƯu chång cđa èng 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 nèi - 26 Hình 3-1: Thiết bị Agilent HP34970A 30 Hình 3-2: Thiết bị điều khiển chuyển dòng - 31 H×nh 3-3: Thiết bị đếm thời gian - 31 Hình 3-4: Sơ đồ tổng quan thiết kế hệ thèng - 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 khÝ kiÓu PVTt - 35 H×nh 3-7: Sơ đồ đấu nối sensor nhiệt dây - 36 iv LuËn 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 dßng 37 H×nh 3-10: Sơ đồ đấu nối sensor tín hiệu áp - 38 H×nh 3-11: Sơ đồ đấu nối Thermocouple - 38 Hình 3-12: Sơ ®å ®Êu nèi Wire Ohms / RTD / Thermistor - 39 Hình 3-13: Sơ đồ đấu nối DC Current / AC Current - 39 Hình 3-14: Sơ ®å ®Êu nèi DC Voltage / AC Voltage / Frequency - 40 Hình 3-15: Sơ ®å ®Êu nèi Wire Ohms / RTD - 40 Hình 3-16: Sơ đồ thiÕt kÕ giao diÖn nhËp thèng sè hiÖu chuÈn sensor - 41 Hình 3-17: Sơ đồ khởi tạo đếm thời gian - 42 Hình 3-18: Sơ đồ thiết kế ®Êu nèi cho sensor ¸p 43 Hình 3-19: Sơ đồ thiết kế đấu nèi cho sensor nhiÖt 44 Hình 3.20: Sơ đồ thiết lập phơng thức Scan 45 H×nh 3-21: Sơ đồ hiển thị chuyển đổi đơn vị - 46 H×nh 3-22: Sơ đồ lựa chọn thông số cần kiểm tra kªnh - 46 Hình 3-23: Sơ đồ kiểm soát trạng thái Start/Stop 47 H×nh 3-24: Sơ đồ nhận liệu trớc Start 48 H×nh 3-25: Sơ đồ nhận liệu khoảng Start/ Stop & nhận giá trị thời gian 48 Hình 3-26: Sơ đồ nhËn d÷ liƯu sau Stop 49 H×nh 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 H×nh 3-30: Sơ đồ tạo mảng D lu kết tÝnh to¸n - 53 Hình 3-31: Sơ đồ thiết kế Hµm Configurate_Pressure_channel 55 Hình 3-32: Sơ đồ thiết kế Hàm Configurate_Temprature_channel - 57 Hình 3-33: Sơ đồ thiÕt kÕ Hµm Configure Scan Mode.vi - 59 H×nh 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 thiÕt kÕ Hµm Set_Scan_Unit.vi 62 Hình 3-36: Sơ đồ thiết kế Hàm scan_channels.vi - 64 Hình 3-37: Sơ đồ thiÕt kÕ Hµm Moniter channels access mem.vi - 65 Hình 3-38: Sơ đồ thiết kÕ Hµm 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 thiÕt kÕ Hµm tÝnh venturi.vi - 74 Hình 3-44: Sơ đồ thiết kế hµm Qvp(Kg/s).vi - 75 Hình 3-45: Sơ đồ thiết kế Hàm Re.vi 76 Hình 3-46: Sơ đồ thiết kÕ Hµm Cd.vi 77 Hình 3-47: Sơ đồ thiết kế Hàm tính khối lợng khí 78 Hinh 3-48: Sơ đồ thiết kế Hµm Create_array_1ds.vi - 79 Hình 3-49: Sơ ®å thiÕt kÕ Hµm Create_Array_3D.vi - 81 Hình 3-50: Sơ đồ thiết kế Hàm DATA_CHECK.vi 83 Hình 3-51: Sơ đồ thiết kÕ Hµm write_to_Xls_1D.vi 84 H×nh 3-52: Sơ đồ thiết kế Hàm Write_to_xls_3D 85 Hình 3-53: Sơ đồ thiết kế Hµm Hieuchuan.vi - 86 Hình 3-54: Sơ đồ thiết kế Hàm Check_Hieuchuan.vi 87 Hình 3-55: Sơ đồ thiết kế Hµm WaveForm.vi - 88 Hình 3-56: Giao diện phần mềm điều khiển hƯ thèng chn PVTt 89 H×nh 3-57: §ãng gãi phÇn mỊm b−íc 91 H×nh 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 đà 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 chn khÝ nµy, chóng ta cã thĨ tiÕn hµnh truyền dẫn xuất chuẩn cho lu lợng kế khí chuẩn có độ không đảm bảo đo u