電磁流量計(jì)軟件設(shè)計(jì)

電磁流量計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  3．2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3．1系統(tǒng)流程圖Fig．3．1 system now chan
  3．2．1軟件系統(tǒng)的功能
  本軟件系統(tǒng)主要包含如下模塊：采集信號(hào)模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)模塊、用戶交互模塊、數(shù)據(jù)模塊，各模塊完成的功能如卜所述。
  1．采集信號(hào)模塊
  采集信號(hào)模塊完成對(duì)電極電壓信號(hào)、參考信號(hào)的采集功能；
  2．系統(tǒng)監(jiān)控模塊
  系統(tǒng)監(jiān)控模塊包含系統(tǒng)自診斷模塊、系統(tǒng)保護(hù)模塊、系統(tǒng)檢測(cè)模塊、系統(tǒng)R 志模塊。
  系統(tǒng)自診斷完成對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的診斷，判斷系統(tǒng)工作是否正常，系統(tǒng)是否處于異常狀態(tài)。圍繞系統(tǒng)工作的目標(biāo)，對(duì)于本系統(tǒng)，將下面所列出的事件視為異常：
  1)流過(guò)管道內(nèi)液體的流景大于用戶設(shè)定的流量上限值或者下限值；
  2)系統(tǒng)的參考電壓信號(hào)過(guò)小或者過(guò)大；
  3)系統(tǒng)的電極電壓信號(hào)過(guò)小或者過(guò)大，電極電壓信號(hào)分P極、N極電壓；
  4)待測(cè)量管道內(nèi)液體截流；
  5)A／D轉(zhuǎn)換器過(guò)飽和；
  6)由于計(jì)數(shù)器的局限性，系統(tǒng)可累計(jì)的流量有一個(gè)上限，當(dāng)累計(jì)流量達(dá)到這個(gè)上，就會(huì)發(fā)生計(jì)數(shù)器溢出的情況。本系統(tǒng)將此視為累計(jì)流量的溢出； 累計(jì)流量的溢出分正反方向；
  7)系統(tǒng)設(shè)簧參數(shù)超出參數(shù)定義范圍；
  系統(tǒng)保護(hù)模塊用于提高系統(tǒng)的安全等級(jí)，保護(hù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器安全、工作， 保護(hù)程序的正常運(yùn)行，保證程序不進(jìn)入死循環(huán)或者不會(huì)亂飛，萬(wàn)一發(fā)生這種狀況， 給出報(bào)警信號(hào)。
   系統(tǒng)檢測(cè)模塊完成系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能的檢測(cè)，檢測(cè)的功能包括系統(tǒng)的屁示、系統(tǒng)瞬時(shí)流量的電流輸出、系統(tǒng)瞬時(shí)流量的脈沖輸出、被測(cè)液體的流向、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件(包括EEPROM和NVRAM)、程序存儲(chǔ)器件(EPROM)、系統(tǒng)報(bào)警、累計(jì)流量復(fù)位。系統(tǒng)}=；；i志模塊完成系統(tǒng)工作情況的記錄，如系統(tǒng)掉電多少次、系統(tǒng)的工作條件、系統(tǒng)工作的上限、系統(tǒng)工作情況記錄，系統(tǒng)的工作條件為系統(tǒng)的勵(lì)磁頻率， 系統(tǒng)的工作上限為系統(tǒng)可測(cè)量的液體流速，系統(tǒng)工作情況記錄包括本系統(tǒng)出錯(cuò)歷史記錄、系統(tǒng)已完成了的累計(jì)流量歷史記錄。這是增加系統(tǒng)與用戶友好交互的一個(gè)功能。
  3．系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)模塊
  系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)模塊要完成系統(tǒng)要進(jìn)行的一切算法，包括瞬時(shí)流量的計(jì)算、采集信號(hào)可調(diào)增益的調(diào)艇、系統(tǒng)外部調(diào)零(電極電壓調(diào)零)算法、系統(tǒng)調(diào)零算法、系統(tǒng)滿量程凋節(jié)算法、瞬時(shí)流量濾波算法、累計(jì)流量的計(jì)算、量綱的轉(zhuǎn)化算法、脈沖流量算法、電流輸出算法、量綱的轉(zhuǎn)換算法。
  4．用戶交互模塊
  用戶交互模塊包括顯示模塊、用戶操作處理模塊、外部觸發(fā)處理模塊： 顯示模塊完成被測(cè)液體流向的顯示、瞬時(shí)流量多種表達(dá)方式的顯示、累計(jì)流量多種表達(dá)方式的顯示、系統(tǒng)菜單的顯示、系統(tǒng)報(bào)警顯示； 用戶操作處理模塊完成用戶對(duì)鍵盤操作的處理任務(wù)，用戶對(duì)鍵盤的操作目的主要是進(jìn)行菜單的瀏覽、菜單參數(shù)的設(shè)置。外部觸發(fā)處理模塊完成對(duì)外部觸發(fā)按鈕的響應(yīng)任務(wù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外部觸發(fā)按鈕主要是外部累計(jì)流量復(fù)位、外部調(diào)零。
  5．?dāng)?shù)據(jù)模塊
   系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在模塊問(wèn)運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)由顯示菜單的數(shù)據(jù)、用于運(yùn)算的數(shù)據(jù)以及向用戶顯示的關(guān)于系統(tǒng)信息的菜單數(shù)據(jù)組成，從系統(tǒng)工作情況分析， 各功能模塊之間的數(shù)據(jù)流程如圖3．2所示： 幽3．2各模塊間數(shù)據(jù)流程圖Fig．3．2 Data flow among every block 本軟件系統(tǒng)功能樹(shù)如圖3．3所示： 瞬時(shí)流鼉計(jì)算數(shù)據(jù)模塊系統(tǒng)滿量程調(diào)節(jié)圖3．3軟件系統(tǒng)功能樹(shù)Fjg．3f3 Sonwaresystem functi徹for EMF sjgnaI cOnVener
  3．2．2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的算法
   電磁流量計(jì)的核心算法來(lái)自的法拉第電磁感應(yīng)定律，單片機(jī)程序中的一系列公式也都是圍繞這～定律展開(kāi)的。首先需要將法拉第電磁感應(yīng)定律工程化， 即加入一些必要的系數(shù)，有些系數(shù)有些是與傳感器相關(guān)的，有些是用于消除系統(tǒng)誤差的。產(chǎn)品出廠前，這樣系數(shù)需要標(biāo)定，為了提高生產(chǎn)效率和便于用戶現(xiàn)場(chǎng)校正儀表，需要設(shè)計(jì)一些系數(shù)(如零點(diǎn))的自動(dòng)調(diào)整算法。根據(jù)檢測(cè)信號(hào)計(jì)算得出的瞬時(shí)流量，還要通過(guò)一個(gè)濾波器，以適應(yīng)某些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的流體狀態(tài)。瞬時(shí)流量顯示單位有很多，所以還要有單位換算公式：電流輸出和脈沖輸出也需要一些公在流體瞬時(shí)流量的計(jì)算公式中，k是與傳感器相關(guān)的一個(gè)系數(shù)。在實(shí)際電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)中，對(duì)應(yīng)于一臺(tái)信號(hào)轉(zhuǎn)換器有一臺(tái)相配套使用的傳感器， 而傳感器的管徑的大小決定了管道內(nèi)可流過(guò)的流量，管徑相對(duì)大的傳感器內(nèi)通過(guò)的液體流速范圍就寬，可通過(guò)液體的流速比管徑相對(duì)小的傳感器內(nèi)通過(guò)的液體流速要大，那么在傳感器勵(lì)磁線圈匝數(shù)已經(jīng)確定，要使信號(hào)轉(zhuǎn)換器具有比較寬的使用范圍，就需要一個(gè)調(diào)整系數(shù)，彌補(bǔ)傳感器的不足。通過(guò)上式分析得知， 通過(guò)調(diào)整k值就可達(dá)到這一目的，使信號(hào)轉(zhuǎn)換器適用于不同繞線線圈的傳感器。本系統(tǒng)將k定義為儀表標(biāo)定因子，表示系統(tǒng)可測(cè)量的流速。
   考慮到習(xí)慣使用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示瞬時(shí)流量，而且外部因素決定了系統(tǒng)可測(cè)量的流速，為了提高系統(tǒng)的使用范圍，使系統(tǒng)具有比較寬的工作量程，同時(shí)使系統(tǒng)在工作量程內(nèi)滿量程工作，定義用戶可設(shè)流量測(cè)量范圍，以r表示，流量測(cè)量范圍數(shù)值在系統(tǒng)可測(cè)流速(v。，)的10％一100％之間，但系統(tǒng)默認(rèn)的流量測(cè)量范圍數(shù)值為系統(tǒng)可測(cè)量流速，那么將瞬時(shí)流量計(jì)算修改為，：
   為了實(shí)現(xiàn)在軟件中辨別出管道內(nèi)液體的流向，從A／D采樣數(shù)值的角度考慮， 輸入系統(tǒng)的正反向流量的電極電壓信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化，而管道內(nèi)液體流速為Om／s時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值是正反向的分界點(diǎn)，因此引進(jìn)了電極電壓零點(diǎn)，以e，U分別表示電極信號(hào)、參考信號(hào)，ze表示電極電壓信號(hào)零點(diǎn)，管道內(nèi)瞬時(shí)流速計(jì)算公式如下式所示：
   為了使系統(tǒng)更準(zhǔn)確地表示流量信號(hào)，減小系統(tǒng)在模擬電路上對(duì)于正反向流量放大匹配不一致的問(wèn)題，提高數(shù)字、模擬測(cè)量的混合高精度，采用如下數(shù)字補(bǔ)償方法：設(shè)置系統(tǒng)滿量程工作參數(shù)，即管道內(nèi)液體瞬時(shí)流量時(shí)系統(tǒng)測(cè)量的流速， 以s，來(lái)表示，由于管道內(nèi)液體流向有正反向之分，s。分為正向滿量程參數(shù)和反向滿量程參數(shù)，由此修訂流量計(jì)算公式為：
   3．系統(tǒng)電極電壓零點(diǎn)調(diào)節(jié)
   據(jù)上匝的章節(jié)所提，系統(tǒng)電極電壓信號(hào)零點(diǎn)用于判斷管道內(nèi)液體的流向，同時(shí)電極電壓與液體的流速成正比，它對(duì)于瞬時(shí)流量的計(jì)算有著重要的意義，而且電極電壓在現(xiàn)場(chǎng)所受的干擾也比較大，那么進(jìn)行電極電壓的調(diào)零就顯得比較重要。本系統(tǒng)采用多次對(duì)電極電壓工作零點(diǎn)采樣求平均的方法來(lái)獲得系統(tǒng)的零點(diǎn)。乙(H)2 e+Ze(¨) (3 10) 互：血n (3．t1) 對(duì)電極電壓調(diào)零時(shí)的一個(gè)必要條件是，必須保證電極電壓工作在零點(diǎn)狀態(tài)， 也就是使系統(tǒng)工作在零點(diǎn)狀態(tài)，管道內(nèi)液體流速為Om／s。
   4．系統(tǒng)滿量程調(diào)節(jié)算法
   為保證系統(tǒng)輸出的可信度，進(jìn)行滿量程的調(diào)節(jié)也是十分必要的。系統(tǒng)滿量程調(diào)節(jié)算法和系統(tǒng)調(diào)零算法原理一樣，也是在系統(tǒng)滿量程工作點(diǎn)上進(jìn)行n次采樣， 將采樣運(yùn)算結(jié)果依次累加，取采樣平均值結(jié)果。進(jìn)行系統(tǒng)滿量程調(diào)節(jié)的前提條件是系統(tǒng)必須工作在滿量程狀態(tài)，考慮到系統(tǒng)工作在值可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)有沖擊作用，因此選擇滿量程工作點(diǎn)為系統(tǒng)滿量程的99．9％，系統(tǒng)滿量程調(diào)節(jié)算法為：
   5．系統(tǒng)調(diào)零算法
   系統(tǒng)零點(diǎn)不穩(wěn)定是電磁流量計(jì)中一個(gè)較為突出的問(wèn)題，系統(tǒng)零點(diǎn)不正常的結(jié)果是系統(tǒng)不能正常工作，也就是系統(tǒng)給出的瞬時(shí)流量、累積流量很可能是不正確的，那么在這種情況下就有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新調(diào)零。這里對(duì)系統(tǒng)調(diào)零采用對(duì)系統(tǒng)工作零點(diǎn)多次采樣取平均的算法。比較以上兩圖，分析方針結(jié)果得知，增大b可加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，但b越大靜態(tài)誤差越大；a越小系統(tǒng)響應(yīng)速度就越慢。
   根據(jù)上面仿真結(jié)果以及a、b兩個(gè)參數(shù)在系統(tǒng)中所起的作用，那么要對(duì)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量的濾波就要求系統(tǒng)提供兩個(gè)可調(diào)參數(shù)，世a為系統(tǒng)的放大系數(shù)，在本系統(tǒng)中將該放大系數(shù)命名標(biāo)定系數(shù)，以l／a·為系統(tǒng)阻尼系數(shù)。系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)對(duì)于系統(tǒng)的超調(diào)所起的作用比較明顯，它的數(shù)值一般都比較小，在對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)。調(diào)整系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)、系統(tǒng)零點(diǎn)兩個(gè)參數(shù)，通過(guò)不斷的調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值， 使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越來(lái)越小，系統(tǒng)精度越來(lái)越高。因此，這兩個(gè)參數(shù)就具有比較高的權(quán)限，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)將其歸類為設(shè)置權(quán)限較高的參數(shù)，并根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器標(biāo)定結(jié)果預(yù)先設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的默認(rèn)值。
   7．累計(jì)流量算法
   通過(guò)管道的累計(jì)流量數(shù)據(jù)是進(jìn)行生產(chǎn)控制的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，它也是電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器具備的一個(gè)功能。要計(jì)算出流過(guò)管道的累計(jì)流量，就需要系統(tǒng)提供兩個(gè)參數(shù)；流過(guò)管道的瞬時(shí)流量、管道的內(nèi)徑。以d表示傳感器內(nèi)徑，．q表示通過(guò)管道的累計(jì)流量，累計(jì)流量的計(jì)算公式如下：
   據(jù)都是有其特定的物理意義的，因此就要求對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行從無(wú)量綱到有量綱的轉(zhuǎn)化。以D表示無(wú)量綱數(shù)值與有量綱數(shù)值的轉(zhuǎn)換系數(shù)，以u(píng)、u 7分別表示無(wú)量綱和有量綱的數(shù)，那么轉(zhuǎn)換的公式如下所示： “’=口×甜(3．21) 除了無(wú)量綱與有量綱數(shù)值之間的轉(zhuǎn)化外，根據(jù)市場(chǎng)的要求，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的易用性，需要用不同的單位表示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，因此，當(dāng)選用不同的單位表示同一個(gè)物理量時(shí)，就需要進(jìn)行量綱的轉(zhuǎn)換。
   3．2．3系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)
   1．系統(tǒng)工作參數(shù)定義
   要使用戶對(duì)于系統(tǒng)有一個(gè)充分的了解，盡可能詳細(xì)地給用戶提供系統(tǒng)的工作的各方面情況是很有必要的。根據(jù)上一個(gè)章節(jié)，系統(tǒng)算法的研究所提到的參數(shù)、智能電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的需求以及用戶需求定義與系統(tǒng)工作條件相關(guān)的參數(shù)：
  1．勵(lì)磁頻率即系統(tǒng)工作的勵(lì)磁頻率。
  2．標(biāo)定因子
  標(biāo)定因子是為了使系統(tǒng)適用于多種不同型號(hào)的傳感器而設(shè)定的參數(shù)，通過(guò)對(duì)標(biāo)定因子的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在不同傳感器上的測(cè)量。
  3．系統(tǒng)瞬時(shí)流速
  對(duì)于不同型號(hào)的傳感器系統(tǒng)可測(cè)的流速有微小的差別，因此向用戶提供系統(tǒng)可測(cè)的瞬時(shí)流速適合有必要的。
  4．傳感器
   本信號(hào)轉(zhuǎn)換器刁i是僅僅與一類固定內(nèi)徑的傳感器配套使用，它可以與幾類不同內(nèi)徑的傳感器結(jié)合使用，那么當(dāng)要計(jì)算流過(guò)管道的累計(jì)流量，知道傳感器管道的內(nèi)徑是十分必要的。因此{(lán)殳計(jì)傳感器菜單，用于設(shè)置當(dāng)前與信號(hào)轉(zhuǎn)換器相接的傳感器的管道內(nèi)徑，以保證系統(tǒng)算出正確的累計(jì)流量數(shù)值。
  5．測(cè)量流速范圍
   轉(zhuǎn)換器可測(cè)量的流量取決于系統(tǒng)的性能。為了讓信號(hào)變送器可以滿量程工作，將系統(tǒng)可測(cè)的流速范圍設(shè)置為可設(shè)參數(shù)，使用戶可以根據(jù)自身的需求設(shè)定實(shí)際測(cè)量流速范圍。由于本系統(tǒng)由可測(cè)流速的局限，因此也限制了流速范圍3R的設(shè)置，本系統(tǒng)將該參數(shù)數(shù)值的設(shè)置范圍設(shè)定為可測(cè)量的流量的5％一100％。
  6．脈沖系數(shù)要實(shí)現(xiàn)將瞬時(shí)流量的數(shù)值轉(zhuǎn)換成脈沖對(duì)外輸出，需要定義每對(duì)應(yīng)多大的瞬時(shí)流量對(duì)外要輸出多少個(gè)脈沖。將該參數(shù)命名為脈沖系數(shù)，它的含義是每單位的流量對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)。將該參數(shù)定義為可設(shè)置參數(shù)，參數(shù)的設(shè)置范圍為O．00卜1000， 單位是每升多少個(gè)脈沖。
  7．脈沖寬度系統(tǒng)要求瞬時(shí)流量的脈沖輸出中的脈沖寬度是可調(diào)整的，因此定義脈沖寬度稀疏，將脈沖寬度參數(shù)設(shè)計(jì)成用戶可設(shè)置。本系統(tǒng)將該參數(shù)的設(shè)置范圍定義為O．0032ms一2000ms。
  8．電流輸出
   根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電流輸出的功能，但不同的用戶對(duì)于輸出電流的大小要求是不相同的，因此定義不同的電流輸出范圍如下4—20mA、O一20mA、0一lOmA、2一lOmA、O一5lIIA、O一10—20mA、4一12—20mA，滿足不同用戶對(duì)電流輸出的要求。
  6．阻尼系數(shù)對(duì)于不同的工作場(chǎng)合，對(duì)于檢測(cè)儀表的響應(yīng)速度有不同的要求。設(shè)計(jì)阻尼系數(shù)用于方便用戶根據(jù)自身的需要設(shè)定儀表響應(yīng)速度。木系統(tǒng)將阻尼系數(shù)的設(shè)煢范圍設(shè)置在0．1s到99．9s之間。
  7．標(biāo)定系數(shù)為了便于系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，定義標(biāo)定系數(shù)。通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)可調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。
  8．系統(tǒng)工作零點(diǎn)系統(tǒng)工作零點(diǎn)也就是傳感器內(nèi)液體流速為Om／s時(shí)系統(tǒng)的輸入。
  9．系統(tǒng)電極電壓零點(diǎn)系統(tǒng)電極電壓零點(diǎn)定義為傳感器內(nèi)液體流速為Om／s時(shí)系統(tǒng)電極電壓的輸入。
  10．系統(tǒng)正反向滿量程工作點(diǎn)系統(tǒng)滿量程工作點(diǎn)定義為傳感器內(nèi)液體流速為系統(tǒng)可測(cè)流速時(shí)系統(tǒng)的輸入。由于管道內(nèi)流速有正反向之分，因此滿量程工作點(diǎn)也分為正反向滿量程工作點(diǎn)。
  根據(jù)以上設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)用戶可設(shè)置菜單如圖3．8所示圖3．8系統(tǒng)可設(shè)置菜單F唔3．8 system con矗guration menu 報(bào)警子菜單下層菜單如下所示： 圖3．9報(bào)警子菜單F嘻3．9 submenu Alarm 功能檢測(cè)子菜單下層如F所示， 圖3．11累計(jì)流量子菜單Fig．3．1 1 submenuTotalizer 顯示模式子菜單及其子菜單如下圖所示： 圖3．12顯示子菜單Fig．3．12 submenu display 儀表調(diào)節(jié)子菜單以及下層菜單如下所示：擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、V錐流量計(jì)、V型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)，更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：