GER9000 超声波流量测量系统软件说明书.docx
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GER9000超声波流量测量系统软件说明书
GER9000超声波流量测量系统
软件说明书
上海申瑞电力科技（集团）有限公司
南京申瑞电气系统控制有限公司
编写：
徐春荣
校核：
赵学东
批准：
王丹
1.前言
GER9000超声波流量测量系统软件结合GER9000超声波流量测量前置（现地）单元，构成一个完整的测量系统。
系统主要应用于大、中型水电站、大型引水工程中的压力钢管、输水管线、输水隧洞中的流量测量中。
GER9000超声波流量测量系统软件支持最多10个GER9000超声波流量测量前置（现地）单元的通讯，通过RS485组网。
主要控制一个或多个GER9000超声波流量测量前置（现地）单元，完成超声波声路测量、流速计算、声路工作状态判断、流量计算、流量测量状态判断、显示、打印、串口输出（ASCII码输出或MODBUS输出），4~20mA模拟量输出等。
2.GER9000超声波流量测量系统软件的功能介绍
2.1GER9000超声波流量测量系统软件的安装
GER9000超声波流量测量系统软件是基于Win2000的应用程序，应在Win2000系统下运行。
软件安装的序列号为：
SUNRISE-GER9000。
在没有安装流量测量系统软件的PC机上，运行GER9000超声波流量测量系统软件的安装程序，根据安装向导的提示，进行安装。
安装成功后，复位PC机（或工控机），GER9000超声波流量测量系统软件自动运行。
2.2GER9000超声波流量测量系统软件的运行
GER9000超声波流量测量系统上电后，系统软件能自动运行。
如果退出程序后，需要再次启动，点击桌面上的图标，程序运行。
2.3GER9000超声波流量测量系统软件的功能介绍
2.3.1菜单结构
GER9000超声波流量测量系统软件的菜单见图1，是全中文菜单。
操作方便简捷。
在操作菜单过程中，不会中断流量的测量。
主菜单分为：
参数设置，变量查询，调试诊断，打印，帮助
◆参数设置，主要是设置流量测量的参数。
该菜单下包含以下菜单项:
通用参数，断面参数，输入输出设置，参数汇总，退出五个菜单项。
◆变量查询，主要是查询流量测量的结果及其状态。
该菜单下包含以下菜单项:
变量汇总，断面累计量清零，历史数据查询三个菜单项。
◆调试诊断，主要是对流量计算、声路工作、模拟量输出进行诊断。
该菜单下包含以下菜单项:
声路诊断，模出诊断，流量仿真，高级诊断四个菜单项。
◆打印，召唤打印测量结果。
值得注意的是，某些菜单项是不开放的，需要密码才能进入。
进入参数设置菜单中退出菜单项，及变量查询菜单中的断面累计量清零菜单项的密码是VOL或vol。
2.3.2主画面
流量测量程序启动后，进入主画面，见图1。
图1流量测量主菜单及主画面
主画面顶部显示菜单，中间区域显示日历、运行指示灯、通讯指示灯、测量变量表、及实时流量曲线。
◆日历时钟显示系统的时间，格式为日-月-年
时：
分：
秒
如：
时间为2005年1月20日下午6点30分，显示20-01-2005
18:
30:
00
◆运行指示灯，按用户设定的测量周期闪烁一次。
◆通讯指示灯，在收到现地单元上传数据后闪烁一次。
◆测量变量表分成7栏，为：
测量变量栏、流量栏、累计流量栏、正向累计流量栏、逆向累计流量栏、测量状态栏、最一栏为预留栏，当测量明渠时显示水位，测量管道时空白。
Ø测量变量栏，显示测量变量的名称，在参数中可以设定。
Ø流量栏，显示测量断面的流量。
Ø累计流量栏，显示测量断面的累计流量。
Ø正向累计流量栏，显示测量断面的正向累计流量。
Ø逆向累计流量栏，显示测量断面的逆向累计流量。
Ø测量状态栏，显示测量断面的状态。
测量状态栏中显示的状态，与变量汇总中的断面测量状态有所不同。
测量状态栏中的状态汇总了声路状态、断面状态、自检状态、通讯状态。
显示格式为
–PATH–S–ST–C
PATH下的代码表示各个声路的状态；S下的代码表示断面状态；ST下的代
码表示自检状态；C下的代码表示通讯状态。
断面中配置了多少个声路，PATH下就有多少个代码，按从右到左的顺序与
声路1、声路2、声路3、…..一一对应。
图19中1#号机的测量状态为22222211-6-1-1，
Ø声路状态码22222211
表示：
声路1、声路2工作正常，声路3至声路8故障；
Ø断面状态码6
表示：
断面中有不正常的声路；
Ø自检状态码1
表示：
自检正常；
Ø通讯状态码1
表示：
通讯正常；
以下各表是对各种代码的解释。
声路状态
声路状态
说明
可能原因
1
声路正常
声路测量正常
2
声路异常
声路参数设错、换能器坏、电缆断、换能器未对准、换能器性能差
3
流速超限
流速超过该声路的最大流速门限
4
流速仿真
测量断面在做流速仿真
5
计数仿真
测量断面在做计数仿真
6
计数仿真错误
计数仿真时的参数设置不正确
9
声路关
断面没打开、声路没打开，在明渠时换能器没有被水淹没
C
通讯异常
通讯故障
断面状态
断面状态
说明
可能原因
1
测量正常
流量正常
2
故障
流量测量故障
3
流量超过最大值
断面参数中的最大流量设错，流量值有误
4
流量变化超过设定值
断面参数中的流量变化率设错，流量值有误
5
正常声路不够
声路参数设错，换能器坏，换能器性能差，电缆断
6
有X个声路出错，但正常声路数大于最小声路数，坏声路流速用相应好声路替代，仍计算流量
X个声路测量出错，
声路参数设错，换能器坏，电缆断，接线端子有铜锈
9
断面关闭
断面参数中的断面开关没打开
自检状态
自检状态
说明
可能原因
1
自检正常
自检正常
2
自检异常
自检异常，现地单元测量模件有问题
9
还没有做自检
自检是周期性进行的，自检周期未到
通讯状态
通讯状态
说明
可能原因
1
通讯正常
通讯正常
2
通讯异常
显示处理单元与现地单元的通讯没有建立
◆流量曲线显示的是测量断面的实时流量曲线。
请注意，实时流量曲线的流量单位为立方米/秒，不会因通用参数中的流量单位的变化而变化。
2.3.3参数设置
参数设置菜单下有通用参数，断面参数，输入输出设置，参数汇总，退出五个菜单项。
其中，退出需要密码。
图2参数设置菜单
2.3.3.1通用参数
通用参数定义测量系统一些通用的参数，包括系统测量、系统通讯、显示单位、流体特征、可显示或输出的流量组合、数据库记录6类。
图3通用参数
◆系统测量
有两个参数，测量周期、测量断面数。
Ø测量周期，用户定义系统流量测量的间隔，运行指示灯按该时间间
隔闪烁。
测量周期有两个选项，1秒钟或2秒钟。
Ø测量断面数，用户定义系统流量测量的断面数，即本系统将测量几个流道的流量。
◆系统通讯，有两个参数，通讯方式、本机地址。
Ø通讯方式，有两个选项，ASCII或MODBUS.
当选择ASCII时，系统COM2口按输入输出设置菜单项中的报表及串口设置子菜单项中的串口输出内容选择中所选择的内容，在每个测量周期末自动输出，数据格式为ASCII码。
见附录1串口通讯介绍。
Ø本机地址，在通讯方式为ASCII方式时，本机地址无效。
在通讯方式为MODBUS方式时，本机地址有效。
◆显示单位
定义流量、累计流量显示单位。
流量单位有两个选项：
m3/s（立方米/秒）或m3/h（立方米/小时）;累计流量单位有三个选项：
m3（立方米）、Hm3（百立方米）或Km3（千立方米）;
◆流体特征
定义超声波在静水中的传播速度。
该参数与温度有关，与温度的关系为：
C=1402.336+5.03358*T-5.79506*10-2T2+3.311636*10-4T3
-1.45262*10-6T4+3.0449*10-9T5
T----水温（℃）
该参数的取值范围为：
1200m/s~1700m/s。
◆可显示或输出的流量组合，定义一个或几个变量，该变量对应的流量及
累计流量，是当前系统所测量的几个断面的流量及累计流量的代数和。
每个流量组合有以下几个参数：
名称、启用开关、显示开关、以及与测量断面的关系。
Ø名称，定义组合变量名称。
有效名称长度为5个中文字符或10个西文字符。
Ø启用开关，定义是否需要组合变量。
Ø显示开关，定义是否需要在主画面中显示。
Ø以及与测量断面的关系，与测量断面的流量或累计流量的关系，有三种，即相加，选择+1.000选项；相减，选择-1.000选项；无关，选择0.000选项；
◆数据库记录
定义数据库记录的参数，有三个参数：
开始日期、开始时
间、记录间隔。
◆主机硬件配置
有三个参数，系统主板类型、模出通道数、模出板类型。
系统主板类型：
有两个选项可供选择，研华PCA系列（6751,6003）、磐仪系列（i6313）.
模出通道数：
有四个选项可供选择，4路、8路、12路、16路。
模出板类型：
有两个选项可供选择，宏拓7642、双诺1357，流量计支持两种模出板。
设定完所有通用参数后，点击保存按钮，再点击退出按钮，退出通用参数设置。
2.3.3.2断面参数
断面参数菜单项，定义每个测量断面的工作方式、工作参数。
断面参数有以下5类参数：
前置单元位置、流道尺寸、运行参数、声路参数、水位参数。
图4断面参数
在通用参数中定义了多少个测量断面，在断面参数中就有多少个测量断面。
每个断面标签中包含以下参数：
◆前置单元位置，有两个参数，断面名称及该断面在几号现地单元中，即前置单元位置。
断面名称的有效长度为5个中文字符或10个西文字符。
◆流道尺寸，有两个参数，流道特征及流道尺寸
Ø流道特征，共有6种选项：
有压圆管、有压方涵、无压圆管、无压方涵、梯形明渠、异型明渠。
Ø流道尺寸，对应不同的流道特征，定义流道的尺寸。
例如：
若流道特征为有压圆管、无压圆管，流道尺寸用圆管的半径来表示。
若流道特征为有压方涵、无压方涵，流道尺寸用方涵的宽度和高度来表示。
半径的取值范围为0.3~20m;宽度的取值范围0.3~100m;高度的取值范围0.3~20m;这些参数都是现场安装时的实测参数。
◆运行参数，定义测量断面的运行参数。
在测量有压圆管或有压方涵时，运行参数有：
双向开关、断面开关、最大流量、流量死区、最小声路数、平均序列长度、最大流量变化率、最大出错次数。
下面依次介绍各个参数的含义。
Ø双向开关
有两个选项，ON和OFF;
当选择ON时，双向开关打开，测量双向流。
流量显示正值（正向时）或负值（反向）时。
正流量、负流量都累加进断面累计流量，但正向累计仅累加正向流量、逆向累计仅累加逆向流量。
断面累计流量应等于正向累计减去逆向累计。
当选择OFF时，双向开关关闭，测量单向流。
流量显示正值，若存在负流量，流量值被置为零。
断面累计流量仅累加正向流量，正向累计累加正向流量、逆向累计不累加。
断面累计应等于正向累计。
Ø断面开关
定义该测量断面是否需要测量，ON为需要测量，断面开；OFF为不需要测量，断面关闭。
Ø最大流量
定义该测量断面的最大流量。
注意，最大流量的单位为立方米/秒。
如果测出的流量超过该值，测量程序报流量超限报警，流量测量的出错次
数加一次。
如果连续出错次数未大于最大出错次数，流量用上个周期测出的流量替代。
如果连续出错次数大于最大出错次数，测量程序报故障，流量显示”-------“。
最大流量的最大取值为1000m3/s。
该参数应根据应用现场的条件来设置。
Ø流量死区
定义该测量断面的流量死区。
当测出的流量绝对值小于该值时，流量被
置为零。
注意，流量死区的单位为立方米/秒。
流量死区的最大取值为1000m3/s。
该参数应根据应用现场的条件来设置。
Ø最小声路数
定义该测量断面计算流量需要的最小正常声路数。
测量程序能自动判断当前有多少个正常声路，如果当前的正常声路数大于该值，计算流量；如果小于该值，不计算流量，测量程序报正常声路数不够报警，流量测量的出错次数加一次。
如果连续出错次数未大于最大出错次数，流量用上个周期测出的流量替代。
如果连续出错次数大于最大出错次数，测量程序报故障，流量显示”-------“。
取值范围为1~断面声路数。
Ø平均序列长度
定义计算断面平均流量的流量个数。
当流量个数未达到该值时，用当前的流量个数计算平均流量。
当流量个数刚达到该值时，用该值规定的流量个数计算平均流量。
以后
每来一个流量，将序列中最前的一个流量冲掉，并计算当前序列中的平均
流量。
取值范围为1~1000，缺省值为20。
Ø最大流量变化率
定义断面流量测量的最大允许变化率。
流量变化率的计算公式为：
流量变化率=（当前流量-上周期流量）/最大流量/测量周期*100%。
如果流量变化率超过该值，测量程序报流量变化超限报警，流量测量的出错次数加一次。
如果连续出错次数未大于最大出错次数，流量用上个周期测出的流量替代。
如果连续出错次数大于最大出错次数，测量程序报故障，流量显示”-------“。
取值范围为0.01%~100%，缺省值为10%。
Ø最大出错次数
定义断面流量测量的最大允许出错次数。
取值范围为1~1000，缺省值为10。
在测量无压圆管、无压方涵、明渠时，运行参数还有另外2个参数：
Ø顶部系数
定义顶部的流量计算系数，见第8章。
取值范围为0~1.5,缺省值为0.5。
Ø底部系数
定义底部的流量计算系数，见第8章。
取值范围为0~1.5,缺省值为0.5。
◆声路参数
声路参数定义断面中各个声路的工作参数。
这些参数来自安装现场。
声路参数包括：
声路开关、声路长、声路角、声路高程、最大流速、流速死区、电缆长度、
增益、增益模式、换能器类型。
Ø声路开关
定义该声路是否工作。
如为ON，声路打开，声路工作；如为OFF，声路关闭，声路不工作；
Ø声路长
两个换能器构成一个工作声路，换能器发射面间的距离。
单位为m。
为现场实际测量值。
Ø声路角
两个换能器构成一个工作声路，换能器传播路径与流道轴线的夹角。
单位为度。
为现场实际测量值。
Ø声路高程
两个换能器构成一个工作声路，换能器距离流道底的高度。
单
位为m。
该参数仅在明渠测量时有效。
在有压流道中无效。
为现场实际测量值。
Ø最大流速
定义该声路上允许的最大流速。
如果声路流速大于该值，声路状态报警
速超限报警。
根据现场条件确定。
Ø流速死区
定义该声路的流速死区。
如果声路流速小于该值，流速被置为零。
根据现场条件确定。
Ø电缆长度
输入换能器电缆的长度，单位为m。
一个声路有两个换能器，有两根电缆，仅需输入一个换能器的电缆长度即可。
程序中已考虑两根电缆。
具体长度根据现场条件确定。
Ø增益
换能器接收信号的放大数值，用1—100数字量来表示。
增益模式为手动时，应选择换能器增益值。
当增益模式为自动时，本参数无效。
Ø增益模式
增益模式定义换能器工作的增益方式。
有自动、手动两种模式。
当增益模式为自动时，现地（前置）测量单元自动调节接收信号的
放大倍数；当增益模式为手动时，现地（前置）测量单元接收增益
参数中设定的值作为放大倍数。
Ø换能器类型
GER9000支持4种换能器频率，2M,1M,500K,200K。
根据现场使用的换能器频率，选择设置该参数。
◆水位参数，
水位参数，在测量断面的流道特征为无压圆管、无压方涵或明渠时才出现。
系统支持两种水位计，上视的超声波水位计和压力水位计。
还允许手动输入一个水位值。
Ø上视的超声波水位计
需要指定该水位计接在现地（前置）单元的哪个通道上。
并设定水位的上限（最大水位）、水位的下限（最小水位）以及超声波水位计距离流道底的安装高程。
Ø压力水位计
需要指定该水位计接在哪路模拟量输入通道上。
并设定4mA对应的水位值（最小水位）、20mA对应的水位值（最大水
位）以及水位计距离流道底的安装高程。
应根据现场条件，输入具体的参数值。
图5水位参数
2.3.3.3输入输出设置
输入输出设置菜单项，有两个子菜单项：
模拟量输出设置和报表及串口设置子菜单项。
◆模拟量输出设置设定模拟量输出的特性，包括模拟量开关、4mA和20mA对应的工程值等。
在设置工程值时，请注意输出的单位。
如果输出是流量，工程值单位为
立方米/秒；输出量是流速，工程值单位为米/秒。
图6模拟量输出设置
每一路模拟量有4个参数：
启用开关、赋值（即该路模拟量输出哪个变量）、4mA对应工程值、20mA对应工程值。
设置完成后，点击保存按钮，再点击退出按钮，退出该项设置。
◆报表及串口设置对系统实时打印的报表及在ASCII方式输出时的串口内容进行设定。
图7报表及串口设置
Ø报表参数
定义实时报表的行为及选择报表内容。
有报表开关、开始日期、开始时间、打印间隔参数
以及相关的内容选择：
是否打印断面流速、是否打印断面流量、是否打印累计流量、是否打印声路流速、是否打印组合流量、是否打印测量状态。
需要打印，则打”√”。
Ø串口输出参数
定义串口输出的波特率以及选择在ASCII方式输出时的输出内容。
其中，波特率选择参数对ASCII方式、MODBUS方式都有效。
而输出内容仅对ASCII方式有效。
相关的串口内容选择有：
是否输出断面流速、是否输出断面流量、是否输出累计流量、是否输出声路流速、是否输出组合流量。
需要输出，则打”√”。
有关串口输出内容格式见附录1。
2.3.3.4参数汇总
参数汇总菜单项，汇总所有的参数设置。
图8参数汇总
可以检查参数设置是否正确，并打印，以便永久保存。
2.3.3.5退出
退出菜单项，退出流量测量程序。
退出时，需要输入密码。
2.3.4变量查询
变量查询菜单，查询各种测量变量及数据库记录。
变量查询有三个菜单项：
所有变量、断面累计量设置、历史数据查询。
图9变量查询菜单
◆所有变量菜单项，可显示查询所有变量的值，并可打印。
用鼠标移动滚动条，可以查询到所有测量变量的值。
点击打印按钮，可以将变量表打印出来。
点击退出按钮，退出所有变量菜单项。
图10变量表
◆断面累计量设置
断面累计量设置菜单项，可清零或设置断面累计量，包括断面的累计流量、正向累计流量、逆向累计流量、正常运行时间、非正常运行时间。
进入断面累计量设置菜单项，需要密码。
用鼠标移动滚动条，以设置所有的量。
按确定按钮后，按退出按钮。
退出累计量设置菜单项。
在设置累计流量时，请注意累计流量的单位。
图11累计量设置
◆历史数据查询
可以查询数据库中的各种数据。
按用户输入的时间范围及断面名称，进行查询。
如果需要显示声路流速，在声路流速选项前，打”√“。
点击刷新数据按钮，历史数据显示在表格中；点击打印数据按钮，打印表格中的记录条；点击退出按钮，退出历史数据查询菜单项。
用鼠标移动滚动条，查看全部数据。
图12累计量设置
2.3.5调试诊断
调试诊断菜单，对流量测量、声路工作、模拟量输出进行诊断。
调试诊断有四个菜单项：
声路诊断、模出诊断、流量仿真及高级诊断。
图13诊断调试菜单
◆声路诊断菜单项，对工作声路、及现地（前置）单元中的某个声路进行自检。
测试现地（前置）单元工作是否正常。
Ø在对工作声路进行调试时，选择调试断面，调试声路，并选择调试的模式：
范围门、增益、检波电平、信号极性,缺省的范围门、增益、检波电平模式都为自动，信号极性为反向。
点击开始调试按钮。
正、逆向调试结果数据，正、逆波形，调试状态码、正、逆向计数差、流速、声速、水温以及工作电压和超声波发射电压便显示在相应的位置上。
用户可以根据这些调试变量来判断声路的工作情况。
特别地，在调试时，用户需要注意以下几点：
●数据接收指示灯，是否在周期性地闪烁。
只有通讯通的情况下，指示灯才闪烁。
●声路正常，调试状态码应为FF;正向状态和逆向状态应都为1111；
每一位的含义：
D3
D2
D1
D0
0:
信号弱
0:
噪音大
0:
信号无效
0:
未收到信号
1:
信号强
1:
噪音小
1:
信号有效
1:
未收到信号
当完全没信号：
状态码应为0000
当信号正常：
状态码应为1111
●正向增益、逆向增益值应越小越好。
●正向噪音、逆向噪音值应越小越好。
●发射电压值是否正确。
Ø点击结束调试按钮，所有变量清除。
可以调试下个声路。
图14声路诊断
Ø在对现地单元进行自检调试时，在调试断面中选择自检，选择调试声路和现地单元。
自检时，调试的模式：
范围门、增益、检波电平模式都为自动，信号极性为正向。
点击开始调试按钮，开始自检。
正、逆向调试结果数据，正、逆波形，调试状态码、正、逆向计数差以及工作电压和超声波发射电压便显示在相应的位置上。
自检不显示流速、声速和水温。
用户可以根据这些调试变量来判断自检的工作情况。
特别地，在调试时，用户需要注意以下几点：
●数据接收指示灯，是否在周期性地闪烁。
只有通讯通的情况下，指示灯才闪烁。
●自检时的调试状态码为DD,正向状态、逆向状态都应为1101。
图15自检
Ø在声路诊断及自检时，将显示正、逆向信号波形及相关调试数据。
正向的调试数据有：
●正向计数，即超声波顺水流方向的传播时间计数，每个计数对
应的时间为6.25ns。
●正向增益,即信号的放大倍数。
●正向信号幅值，即接收到的超声波信号幅值，单位为V。
●正向状态，正向的测量状态。
●正向噪音，接收到的超声波信号中噪音的幅值，单位为V。
●正向检波电平，检测超声波接收信号时，采用的检测电平，单
位为V。
逆向的调试数据有：
●逆向计数，即超声波顺水流方向的传播时间计数，每个计数对
应的时间为6.25ns。
●逆向增益,即信号的放大倍数。
●逆向信号幅值，即接收到的超声波信号幅值，单位为V。
●逆向状态，正向的测量状态。
●逆向噪音，接收到的超声波信号中噪音的幅值，单位为V。
●逆向检波电平，检测超声波接收信号时，采用的检测电平，单位为V。
◆模出诊断
模出诊断菜单项，诊断模拟量输出是否正常。
给每个模出输入4mA工程值、20mA工程值（缺省值为模拟量输出参
数中设定的4mA工程值、20mA工程值），以及在输入测试值栏中输入
测试值后，点击检查测试参数按钮,程序将检查输入参数的正确性，
并会在预计输出电流（mA）栏，显示输出的电流。
当提示“输入参数正确”
后，点击开始测试按钮。
用高精度毫安表测量模出卡上的电流，并与
预计输出电流（mA）栏中的
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