近海油田储油罐液位测量系统的研究

论文摘要

储油罐是储存油品的重要设备,储油罐液位的精确计量对库存管理及经济运行的影响很大。但国内许多反应罐、大型储油罐的液位的计量仍采用人工检尺和分析化验的方法,其他参数的测定也没有实行实时动态测量,这样易引发安全事故,无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。因此,实现油罐液位的高精度自动化计量具有十分重要的意义。对于近海储油罐,由于受到海上特殊环境的影响,测量的难度大。针对这种环境情况,本文设计了以C8051F040为微控制器,通过GSM通信系统的SMS业务实现油罐远端自动监测,实时监测储油罐液位、漏油等参数,并通过LCD实现近端的显示,可以方便了解生产状况,及时监视、控制容器液位及漏油等。本文首先对油罐液位测量的现状及其发展趋势做了介绍。针对特殊工况下的测量要求,建立了液位测量的数学模型。鉴于海上储油罐受到自然条件的影响,油罐的液位存在很大的波动,考虑到油罐液位测量的精确性,本文采用了卡尔曼滤波方法对单片机采样的传感器数值进行处理。接着对GSM网络体系结构作了简单的介绍,并且着重讲述了与本课题相关的短消息业务,以此为基础提出了一种基于GSM短消息的远程监测方法,给出了其上位机及下位机的软件设计。最后对系统的硬件和软件设计做了详细的说明,给出了软硬件的设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景和意义
• 1.2 储油罐液位计量方式简述
• 1.2.1 接触式测量
• 1.2.2 非接触式测量
• 1.3 储油罐液位检测技术的研究现状
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 油罐液位测量的数学模型及卡尔曼滤波
• 2.1 储油罐液位测量的数学模型
• 2.1.1 储油罐计量系统原理
• 2.1.2 计量误差分析
• 2.2 漏油的监测
• 2.3 卡尔曼滤波理论产生的背景
• 2.3.1 卡尔曼滤波的基本思想
• 2.3.2 卡尔曼滤波的特点
• 2.4 卡尔曼滤波在油罐液位测量中的应用
• 2.4.1 离散卡尔曼滤波的基本方程
• 2.4.2 离散卡尔曼滤波的直观推导
• 2.4.3 卡尔曼滤波模拟试验
• 2.5 本章小结
• 第3章 储油罐液位测量系统的硬件设计与实现
• 3.1 概述
• 3.2 硬件设计的一般原则
• 3.3 系统硬件总体结构
• 3.3.1 系统硬件的总体结构图
• 3.3.2 系统存储空间的硬件设计
• 3.4 主要器件的选型
• 3.4.1 单片机（C8051F040）
• 3.4.2 液晶SED1335
• 3.4.3 传感器
• 3.5 主板电路及各子电路
• 3.5.1 电源电路
• 3.5.2 内部看门狗电路
• 3.5.3 RS-232串口通讯系统方案设计
• 3.5.4 MAX232接口电路
• 3.6 本章小结
• 第4章 储油罐液位测量系统的软件设计与实现
• 4.1 概述
• 4.2 软件主体设计
• 4.3 单片机初始化
• 4.4 数据采集及其滤波
• 4.4.1 数据采集
• 4.4.2 温度测量模块
• 4.4.3 卡尔曼滤波模块
• 4.5 液晶实时显示模块
• 4.5.1 液晶读写时序
• 4.5.2 液晶的具体操作
• 4.6 远程监控模块（SMS）
• 4.6.1 GSM系统及短消息业务
• 4.6.2 下位机设计
• 4.6.3 上位机设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录