趙立峰 高 敏 董作人

（1.上海船舶研究設計院，上海 201203；2.中科院上海光機所，上海 201800）

0 前言

我國目前主要按油品的質量進行貿易結算，油輪裝卸液貨產品時都要對液貨計量艙內的散裝液體產品進行視密度、視溫度以及艙內液高計量，再按GB/T 1885—1998《石油計量表》和《液艙容積表》進行換算后得出貿易交接的質量。每次貿易交接都需對十多個液貨計量艙的容量進行查表計算，其中還涉及縱傾修正、高度容量內插等。由于計算步驟的繁瑣，查表內容多等往往容易引起錯誤，故計量人員使用極為不便。本文介紹的船舶液艙容積查詢系統可以實現在輸入相關的計量值后，系統自動顯示液艙的液貨質量和容積，克服了人工查表帶來的種種不便和可能產生的錯誤。

1 功能介紹

一般船舶液艙內油品體積和質量計算過程如下：

1）根據在液艙量油管測得液面高度值，并根據船舶浮態(tài)計算出船舶縱傾值后，用液艙容積表查得在t溫度下船艙油品體積；

2）根據在t溫度下測得的液艙油品視溫度和視密度查得標準密度；

3）根據標準密度和計量溫度t查得標準體積修正系數；

4）根據標準溫度、標準密度、標準體積修正系數、t溫度下船艙油品體積直接計算質量

式中：m——油品在空氣中的質量；

ρ20——油品20°時的標準密度；

KVCF20——油品20°時的體積修正系數；

Vt——油品在計量溫度t時的體積；

（注：0.0011為空氣浮力修正系數。）

根據以上步驟，船舶液艙油品容積（質量）查詢系統需要實現：船舶名稱、船舶液艙號、空高、縱傾值、視溫度和視密度等信息輸入后，系統對數據庫進行自動查詢，并顯示和存儲油品的容積和質量，相應的在硬件上有五個功能按鍵和一個備用按鍵：空高（液高測量）、查詢（數據庫查詢）、存儲（油品信息存儲）、艙號、瀏覽（軟件界面切換）。

2 系統總體

便攜式船舶液艙容積查詢系統由液位測量傳感頭和嵌入式計算機管理系統組成。

液位測量傳感頭主要實現液面與上計量點基準之間的距離（高度）測量。它可由激光液位測量頭或由人工輸入液位值至系統來實現。嵌入式計算機管理系統實現油品信息的數據庫管理，控制液位測量傳感頭的工作，以及鍵盤輸入、數據顯示、數據管理等。嵌入式計算機管理系統和液位測量傳感頭之間是主從式控制關系，嵌入式計算機管理系統為主控器（Master），液位測量傳感頭為從控制器（Slave），二者的數據傳輸采用RS-232串行通信方式和Modbus通信協議。

3 硬件系統

船舶液艙容積查詢系統由于是在現場使用，在硬件上需要考慮體積小、便于攜帶以及防爆等，另外，考慮到硬件還需接入液位傳感器信號并對其進行相應處理，因此硬件選用了HiTech公司的PWS6500型人機界面數控裝置。人機界面（HMI）是一種圖形化人機交互平臺，其硬件基本結構由觸摸屏和嵌入式計算機（如ARM）組成，應用程序可以在圖形化組態(tài)開發(fā)軟件環(huán)境下進行開發(fā)。由于PWS6500不能實現數據庫開發(fā)，因此采用單獨開發(fā)嵌入式計算機文件管理系統實現數據存儲和數據庫管理功能。硬件系統框圖如圖1所示。

圖1 硬件框圖

人機界面為主控器，主要是控制液位測量傳感頭的工作，獲得測量數據，并將測量數據傳送給嵌入式數據庫管理系統，由其完成油品信息的查詢和測量數據存儲后再在人機界面液晶屏上顯示查詢結果。

嵌入式數據庫管理系統主要實現的功能如下：

1）判別及實現按鍵的功能；

2）控制、獲取和處理激光測距傳感頭的測量數據；

3）根據人機界面輸入的油品檢索信息，如艙號、空高、縱傾值、視溫度和視密度等信息，對數據庫進行查詢，根據查詢結果，計算得到油品的容積和質量，并將結果存儲到SD卡中，便于事后進行數字化管理。

嵌入式數據存儲管理系統的硬件結構如圖2所示。

圖2 嵌入式數據存儲管理系統硬件結構圖

4 軟件部分

整套軟件設計主要分為四個部分：人機界面軟件、油品信息查詢軟件、液位測量控制和測量數據處理軟件。系統的軟件工作流程如圖3所示。

圖3 裝置軟件功能結構框圖

4.1 人機界面軟件設計

在HiTech公司的人機界面HMI-ADP6.02軟件環(huán)境下，設計了三個界面：液位測量值（界面1）、油品信息數據庫（界面2）、數據庫查詢進程（界面3）。

1）液位測量界面：等待查詢接收DSP傳送的數據和命令；接收測量數據，顯示空高測量值；接收命令。液位測量值界面如圖4所示。

圖4 液位測量值界面

液位測量控制界面（界面1）軟件框圖如圖5所示。

2）油品信息數據庫查詢界面（如圖6所示）：等待查詢接收DSP傳送的數據和命令。

數據：顯示艙號、縱傾值、空高、視密度、視溫度、修正系數、標準密度、液深、容積、質量等。

有如下幾種命令：

改變艙號命令：顯示修改后的艙號。

數據庫查詢命令和油品信息存儲命令：切換到數據庫查詢進程界面。

油品信息數據庫界面軟件框圖如圖7所示。

圖5 人機界面1軟件流程圖

圖6 油品信息數據庫查詢界面

3）數據庫查詢進程界面（如圖8所示）：等待查詢接收DSP傳送的命令，時間和日期顯示。進程完畢自動返回油品信息數據庫查詢界面。

4.2 嵌入式數據存儲管理系統

1）數據庫轉換軟件。油品信息有三個數據庫文件（縱傾值容積表、產品標準密度表、產品體積修正表），數據庫類型基本是Access或Excel格式。為了便于DSP軟件實現對油品信息的查詢和管理，需要將Access數據庫文件轉換成16進制文本格式文件，TXT文件。

圖7 人機界面2軟件流程圖

圖8 數據庫查詢進程界面

轉換后的16進制TXT文件中的縱傾值容積表、油品標準密度表、油品體積修正系數表的格式見表 1、表 2、表 3。

2）DSP（數字信號處理器）軟件設計。在CCS3.1編譯環(huán)境下，設計了系統的DSP軟件程序。主要程序有：串行通信，包括與激光液位測距頭通信程序和與人機界面的通信程序；SD卡驅動，包括SD卡初始化、SD卡讀寫；FAT32文件管理軟件，包括油品信息數據文件的讀取和油品測量結果（如空高、容積和質量）文件的存儲操作等；按鍵判別。DSP軟件程序主流程如圖9所示。

表1 縱傾值容積表的格式（一個索引為8個字節(jié)）

表2 油品標準密度表的格式

表3 油品體積修正系數表的格式（一個索引為8個字節(jié)）

圖9 DSP主程序總體流程圖

5 結語

本文簡要介紹了便攜式船舶液艙容積查詢系統的軟硬件設計思路，通過實際應用，證明該系統能減輕現場計量人員的查詢計算工作強度，減少查詢計算出錯的發(fā)生，保證了液貨交接計算的準確可靠性。