肖峻，刘艾明，莫易敏
摘要：由于计算机、光纤、超声波、雷达、变送器等高新技术的不断涌现，液位自动测量已进入多功能、高精度的新阶段。但以这些高新技术及产品为核心的油罐液位监控系统成本很高，多数客户难以承受。设计既能满足普通客户精度要求又经济的测量方法和监控系统越来越受到关注。
关键词：液位；监控；DCS；组态技术
中图分类号：TP273.5文献标识码：B
液位测量是油罐监控系统的核心，其主要目的是实时监测液位的高低并在达到上、下限值时报警。近年来，由于计算机、光纤、超声波、雷达、变送器等高新技术的不断涌现，液位自动测量已进入多功能、高精度的新阶段。
一、经济型液位监控系统设计方案
1．系统结构
液位监控系统除了液位测量，还包括罐内温度测量、火警灭火装置和罐外喷淋降温装置及输油装置。整个系统采用DCS（分布式控制系统），上位机采用通用组态软件组态王6.03作为软件监控平台，系统结构如图1所示。经济型液位监控系统设计方案已经在襄樊北机务段成功实施，以下将以柴油储油罐为对象加以说明。
2．液位测量方案
采用静压式测量方法，用双硅压阻式压力传感器以减小柴油密度随温度变化对液位测量的影响。
(1)测量原理
液位敏感元件采用IC-1431型硅压阻式压力传感器，它是利用腐蚀工艺在单晶体硅片上制成硅杯（如图2），其中间部分形成硅膜片（即弹性体），然后用离子注入工艺形成一定形状的力敏应变片（线性变化的范围由制作工艺决定）。硅膜上带有增益电阻，以其阻值来补偿电桥灵敏度的离散性。传感器电路原理如图3所示。恒流源Io=1.5mA为电桥供电，输出Uo满量程2V，制作工艺得当可使得力敏应变片形变量ξ与输出电压Uo成线性关系，即ξ∝Uo。A、B两端可接取样电路或放大电路，把输出信号整定成4~20mA或0~5V的标准信号，即可经安全栅输入智能仪表。
(2)测量方案
温度的变化引起液体密度变化（罐内柴油密度的变化主要是受温度影响），进而影响测量精度。尽量减少这种影响是在静压力式测量方法中首先要解决的问题。襄樊北机务段柴油油罐底面半径5m，储油最大高度10.8m，外表面涂有抗热辐射涂料，内表面涂有绝热涂料，使得罐内的柴油温度除罐壁附近（50mm）外分布比较均匀，因此，可将柴油各处密度视作近似相同。方案设计如图4所示，投放两个给定距离Ho的IC-1431型传感器，其中一个在油罐底面，两传感器输出的电压信号经安全栅输入智能仪表作运算处理后显示测量值并与上位机通信。设计思想是由静压力、弹性体形变与电压Uo一一对应的关系，建立数学模型，通过给定高度求未知高度。
由弹性体在其弹性范围内所受拉压力与形变成正比可知，液体静压力p∝形变量ξ，又因ξ∝Uo，故液体静压力p∝Uo。对图4中AB两点作分析可知
p1=ρTgh=KU1(1)
p=ρTgH=KU(2)
联立(1)、(2)式得
从式3可看到消除了ρT(T温度下液体密度）对H的影响，使得H的测量精度由U、U1、Ho来决定，即对传感器制作工艺和电路的设计及制作提出了更高的要求。
二、基于组态王6.03上位机监控平台
1．组态王6.03的特点
组态王6.03是用于工业自动化及过程监控的最新图形化人机界面（HMI），功能卓越，并易于使用。组态王6.03将产生的信息具体呈现给工厂的各管理层及操作者，易于取得各类信息。组态王6.03由多个组件组成，完成可视化、获取数据、扩充外接组件及系统、历史趋势、事件处理、报警记录、报表和分析。组态王6.03建立了让使用者易于快速地创建一个复杂和功能强大的操作者界面的标准。
2．由组态王6.03开发的上位机监控画面
在确定上位机与智能仪表或I/O板卡通信协议后，就可由RS485总线实现上位机与智能仪表或I/O板长（直接插入上位机的PCI插槽）通信，进而完成实时数据采集、指令发送、历史记录存储等控管动作。其显示测量值实际上都是作为一个变量通过RS485总线从智能仪表的相关存储单元读取。
三、小结
上述液位测量的方法中对监测对象的环境（柴油储油罐）有所限制，即是油罐上装有通气阀、抗热辐射和隔热处理。若是去掉这些限制，对影响密度的因素综合分析，作进一步研究，这种液位测量方法就会更具普遍性。
参考文献：
陈永甫．电子电路智能化设计实例与应用．电力工业出版社，2001．
田随明，毛哲，姜木霖．工业电气与控制技术．华中理工大学出版社，1995.
王家祯，王俊杰．传感器与变送器．清华大学出版社，2000.