联合站输油岗自控系统设计.doc

摘 要 本论文主要对联合站输油岗自动控制系统进行研究设计。根据联合站输油岗 工艺流程图使用 VB6.0 设计界面和框图，构造窗体。利用中泰研创 PCI-8326A 卡 和 PCI-8327 卡作为计算机监控的输入输出接口，进行数据采集、输出，采用增量 型 PID 算式对输出进行 PID 参数运算。采用组态王 6.51 绘制联合站输油岗工艺 流程图，以 VB 语言为基础，编写计算机程序。本设计的特点是利用模拟电压信 号作为输入信号，通过自动控制系统对数据进行处理，控制进出流量，把液位控 制在固定范围和控制净化油外输流量。 关键词：PID; 联合站; 数据采集 Abstract This thesis focuses on the joint station automatic control system for oil post study design. Kong under the Joint Station oil flow chart and diagram using the VB6.0 interface design, structural form. Research and Innovation in Thailand using PCI-8326A card and the PCI-8327 card as a computer monitor input and output interfaces, data acquisition, export, use of incremental PID formula for computing the output of PID parameters. Kingview 6.51 draw oil Kong joint station flow chart, based on the VB language, write computer programs. This design feature is the use of analog voltage signals as input signal, through the automatic control system for data processing, control and out of traffic, the level control in a fixed range and control of purified oil offloading traffic. Key words: PID; the united station; data acquisition 目目 录录 第第 1 章章 联合站概述联合站概述 1 1.1 油田联合站简介 .1 1.2 联合站自动化的意义 .1 1.3 联合站自控系统发展概况 .2 1.4 小结 .2 第第 2 章章 控制对象和工艺流程控制对象和工艺流程 3 2.1 分离器简介 .3 2.2 控制仪表的选型 .5 2.3 工艺流程 .6 2.4 小结 .7 第第 3 章章 过程计算机数字过程计算机数字 PID 控制算法控制算法 8 3.1 理想微分 PID 控制.8 3.2 实际微分 PID 控制10 3.3 理想与实际微分 PID 数字控制算法的比较11 3.4 参数选择 11 3.5 小结 12 第第 4 章章 AD、DA 卡简介卡简介 12 4.1 数据采集系统的特点 13 4.2 PCI-8326A 数据采集卡 13 4.3 PCI-8327 数据采集卡17 4.4 小结 21 第第 5 章章 监控软件设计监控软件设计 22 5.1 控制界面的组成及其功能 22 5.2 界面设计过程 25 5.3 监控软件的特点 26 5.4 小结 26 结结 论论 27 参考文献参考文献 28 致致 谢谢 29 附附 录录 130 第 1 章 联合站概述 1.1 油田联合站简介 1.1.1 油田联合站概念 油田联合站（集中处理站）是一个集输油、脱水、污水处理、注水等功能。 担负油田采油厂的油脱水，成品油外输，脱水后污水处理、污水回注，日处理数 千立方米、外输油几千吨、污水处理及回注几千立方米的大型联合站，其任务是 对进站油气进行汇集、计量，油气水分离、脱水，通过原油稳定生产出合格的原 油。 1.1.2 联合站设备 联合站的主要设备有：油气分离器、游离水脱出器、压力沉降罐、含水油缓 冲罐、脱水泵、脱水加热炉、脱水器、原油缓冲罐、稳定塔送料泵、稳定塔、稳 定塔加热炉、稳定原油储罐、外输泵、流量计、污水缓冲罐、污水泵等。 1.1.3 联合站主要内容 （1）生产出含水合格的稳定原油，经过精确计量外输； （2）生产出合格的干气，经精确计量外输； （3）通过原油稳定天然气处理将回收的轻烃加工成液化气及轻油产品； （4）通过污水处理，回收注水用水，既节约水资源，又防止环境污染； （5）通过注水系统或注蒸汽系统合理地开发油气田。 1.2 联合站自动化的意义 随着油田开发方式的改变，油田生产工艺越来越复杂，这样就越来越依靠科 技的力量。从中国石油天然气总公司的报告中我们看到：我国油气生产单位的能 耗在总耗费上比国外高 13 倍，单位生产用人比国外多 15 倍以上，其他方面的 资源耗费的差距也很明显。我们可以看出单单依靠人多力量大的理论是行不通的。 在油田生产中广泛应用自动化技术，已经成为当前油田科技进步的重要内容。利 用微机结合自动化仪表对油田系统进行控制、计量、监测已经成为油田生产中不 可缺少的一部分。因此计算机控制系统是否完善、有效是保证生产稳定、降低成 本消耗、保证生产安全和提高劳动生产率的主要手段，是二十一世纪实现工业现 代化的方法之一。 联合站是油气集输的主要环节，它的特点是生产的连续性、多工序的关联性 和工艺设备的复杂性。因此联合站的控制系统多属于多输入、多输出、非线性系 统，来液含水波动大，干扰因素多，技术要求高。联合站的主要产品是原油，产 品质量的主要技术指标是外输原油含水率。为了保证产品的质量和产量，必须提 高自动化水平，尽量使污水中含油量最少，原油处理精度最高。因此提高联合站 的总体自动化水平对于提高我国原油的产量和质量方面都有着十分重要的意义。 1.3 联合站自控系统发展概况 生产过程自动化的发展经历了以一般控制器件作为控制器的仪表阶段，以气 动和电动单元组合仪表作为控制器的仪表阶段，和以计算机为控制器的综合自动 化阶段，联合站的自动控制同样经历了类似的三个阶段。我国的联合站自动控制 也是如此。气动电动仪表组成的控制系统有以下一些局限性： （1）难以实现复杂控制，如最优控制等； （2）控制方案改变困难； （3）控制精度相对较低； （4）一组仪表只能控制一条回路，难以实现监控和操作。 随着国际上计算机价格不断降低，性能价格比和可靠性的提高，计算机用于 工业控制技术的成熟，各国都相继采用计算机控制。改革开放后，我国也及时的 将计算机用于工业过程控制，以取代常规仪表控制。计算机控制有以下优点： （1）存储量大。 （2）自动化程度提高，便于技术成果的推广以及系统维护。 （3）能用软件编程实现各种复杂控制，合成新算法，成本相对较低。 （4）具有集中控制能力，能实现多点监视和控制。 （5）可靠性和性能价格比高。 1.4 小结 本章简述联合站的设备和主要内容，又介绍了自动控制对联合站的重要意义 和发展概况。 第 2 章 控制对象和工艺流程 2.1 分离器简介 2.1.1 卧式分离器 如图 2-1 所示为卧式三相分离器示意图，油气水混合物进入分离器，撞击入 口折流板，动量的突然变化使液体和蒸汽发生初步分离。在大多数设计中，入口 折流板附有一跟降液管，使液体流到油气界面以下，油水界面附近。分离器集液 部分使油和乳状液有充足的时间在顶面形成一层“油层” ，游离水沉降到底部。 图中装有界面控制器和隔油挡板的典型卧式分离器，挡板用于维持油面，界面控 制器用于维持水面，高过挡板的油被撇去，挡板下游的油面靠操纵出油阀的液面 控制器控制。 水从位于隔油挡板上游的短管排出。界面控制器检测出油水界面高度，再将 信号传送给排水阀，由此只允许适量的水排出分离器，使油水界面维持在设计高 度。 气在分离器内水平流动，流经除雾器和压力控制阀后，排出容器。压力控制 阀使容器维持恒定的压力。根据气液分离的具体要求，油气界面高度可控制在容 器直径的 1/23/4 范围内，常用结构的液面高度为容器半径的一半。 图 2-1 卧式三相分离器示意图 2.1.2 立式分离器 如图 2-2 所示为典型立式三相分离器结构。流体从侧面流入容器，与卧式分 离器一样，入口折流板使大部分气体分离出来，同样需要一根降液管引导液体向 下流动穿过油气界面，而不致影响中间部位的撇油、集油。另外，还需要一根气 体平衡管来均衡容器的下部分与上部气室两者之间的气体压力。 降液管下端出口是油水分布器，其位于油水界面。以此高度为界，油滴上升 时，油相内束缚的游离水都将分离出来。水滴与油滴逆向流动，水滴下沉，水相 中束缚的油滴往往上浮。 图 2-2 立式三相分离器示意图 2.1.3 游离水脱除器 大部分采出液都含有大小不等的液滴，如果水滴可聚集在一起，并在 310min 内沉降到容器底部，这些水称为游离水。游离水脱除器会经常接触矿化 水，内壁经常会有防腐涂层或防腐措施。 油田高含水原油游离水脱除器，由壳体、预分离筒、折流板、聚结床、出气 筒、集油槽、调节器、集水筒、液面自动调节阀、出水管、冲砂管和集砂斗组成， 其基本结构如图 2-3 所示。它的作用就是除去各中转站传输到联合站原油中的污 水，然后使净化后的水输到附近的油库和化工厂。 1-防涡器；2-加重浮子界面控制；3-端部开槽短管；4-开孔防波板；5-入口分流角钢 图 2-3 游离水脱除器结构示意图 2.2 控制仪表的选型 自动化仪表选型应采用的标准有仪表设计规定的编制 （HG/T20637.3- 1998） 自动化仪表选型规定 （HG20507-92） ；石油化工自动化仪表选型设计 规范 （SH3005）等。 仪表选型是在自控方案已经确定，工艺管道及控制流程图已经完成之后进行 的。它的主要任务是确定各种测量及调节仪表的形式，即指示、记录式或累积式； 就地安装或仪表盘安装；主体仪表采用哪种系列的仪表等。 仪表选型的主要依据： （1）工艺过程条件：工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、 脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使 用寿命及安全等问题。因此，在设计过程中，必须正确收集工艺的各有关参数， 结合各类仪表的特点和适用场合，合理选择仪表的型号和规格。 （2）操作重要性：各检测点的参数在操作上的重要性事仪表的指示、记录、 积算、报警、调节、手动遥控等功能选定的依据。 （3）自动化水平和经济性：仪表的选型也决定于自动化的水平和投资规模。 按照工程规模等特点确定了自动化水平的高低、从而也确定了仪表的选型应是就 地安装还是集中安装。片面追求技术工具的先进是不恰当的。因此在设计过程中 做好技术经济的比较是设计的重要环节之一。 （4）统一性：为便于仪表的维修和管理，在仪表选型时也要注意到仪表的统 一性。即选用仪表尽量为同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品，避免 2 油气出口 34气 5 井液入口 油 水 1 水出口排污口 仪表类型过多，增加维修和维护的负担。 （5）仪表供应和使用情况：对供应比较紧张的仪表，为了在设计后工程能及 时施工并投入生产，设计时应考虑能否及时供货，否则应尽量少用。对那些正在 试用的新产品、新设备、必须经鉴定、考核、现场试用、确保质量符合要求、并 有产品合格证才可选用。 2.3 工艺流程 来自转油站含水 80%的原油，于进站阀组加入破乳剂，在 3MPa 压力和不低 于 35的进站温度下，进入游离水脱除器进行常温放水，使原油的含水率由 80% 降至 50%，再经一段炉升温至 45，进入密闭沉降罐进行热化学沉降，使原油含 水率由 50%降至 20%，含水 20%的乳化原油经含水油缓冲罐、脱水泵、二段炉升 温至 55后进入电脱水器，进行电化学脱水。从而得到含水率在 0.5%以下的净 化油，经缓冲罐，外输泵、外输流量计外输。 来自转油站的油田气，进入除油器。经分离除去所携油滴和游离水等初步处 理后，计量外输。站内并设有天然气收球装置，在收球间内装一台污油回收泵， 以便对除油器和收球筒内的污油进行回收，回收的污油进入来油汇管。 为达到三脱三回收的要求，本站采用密闭处理和密闭输送，运用了必要的自 动控制仪表，以保持连续正常生产。 为适应生产的需要，设有两座 5000 米 3的事故油罐，作为事故状态暂时储油 用。恢复正常生产后可以利用备用泵把油罐中的污水和含水油抽出重新处理。 站内的锅炉、加热炉的燃料为天然气。近期烧湿气，远期烧干气。 （包括转 油站） 生产流程如下： （1）脱水转油如图 2-4 所示。 图 2-4 脱水转油 游离水脱除器 分离缓冲罐 转油站来油 加入破乳剂 一段加热炉 原油沉降罐 含水油缓冲罐 脱水泵 二段加热炉 电脱水器 净化油缓冲罐 外输泵 流量计 外输 （2）含油污水如图 2-5 所示。 图 2-5 含油污水 （3）天然气集输如图 2-6 所示。 图 2-6 天然气集输 （4）加药如图 2-7 所示。 图 2-7 加药 2.4 小结 本章简述油田常用分离器的类型和控制仪表的选型，又简述了工艺流程。 转油站来气 收球装置 天然气除油器 计量 集气增压站 湿 气 干 气 干气干线 计量 加热炉 转油站 游离水脱除器 原油沉降罐 污水缓冲 污水泵 供水泵 污水处理站 转油站 自压 电脱水器 药罐 加药泵 进站阀组 原油沉降罐出口 第 3 章 过程计算机数字 PID 控制算法 在过程控制中，按偏差的比例（P） 、积分（I） 、微分（D）进行的控制的 PID 控制器（亦称 PID 调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理 简单，易于实现，鲁棒性强和适用面广等优点。在计算机用于生产过程以前，过 程控制中采用的气动、液动和电动的 PID 调节器几乎一直占垄断地位。计算机的 出现和它在过程控制中的应用使这种情况开始有所改变近 20 多年来相继出现一 批复杂的，只有计算机才能实现的控制算法。然而在目前，即使在过程计算机控 制中，PID 控制仍然是应用最为广泛的控制算法。不过，用计算机实现 PID 控制， 就不仅仅是简单的把 PID 控制规律数字化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能 结合起来，使 PID 控制更加灵活多样，更能满足生产过程提出的各式各样的要求。 在过程计算机控制中，一般采用两种控制算法：一种是含有理想微分的 PID 控制，另一种是含有实际微分的 PID 控制。 3.1 理想微分 PID 控制 在过程控制系统中，采用如图 3-1 所示的 PID 控制，其算式为： （3- dt de Tedt T eKu d i p 1 1） 或写成传递函数形式： （3- ST sT K sE sU d i p 1 1 2） 其中 K 为比例增益，K 与比例带 成倒数关系，即 K =1/，T 为积分时 ppp i 间，T 为微分时间,为控制量， 为被控量与给定值 的偏差。 due y r 为了便于计算机实现 PID 控制算式，必须把微分方程式（3-1）改写成差分 方程。为此，可作如下近似，即 （3- n j jTeedt 0 )( 3） （3- T nene dt de) 1()( 4） 其中 为采样周期（或控制周期）,为采样序号, =0,1,2,;e（n-1）和 Tnn e（n）分别为第（n-1）和第次采样所得的偏差信号。 n 将式（3-3）和（3-4）代如式（3-1） ，可得差分方程 （3- 1 0 nene T Td je T T neKnu n j i p 5） 其中 u（n）为第时刻的控制量。如果采样周期 T 与被控对象时间常数 T n 比较是相对小，那么这种近似是合理的，并与连续控制十分接近。 p 在模拟仪表调节器中难以实现理想微分，而计算机却可以实现它的差 dtde/ 分方程式（3-4） ，所以把式（3-5）称为理想微分 PID 数字控制器。 3.1.1 位置型算式 模拟仪表调节器的调节动作是连续的，任何瞬间的控制量输出都对应于执 u 行机构（如调节阀）的位置。由式（3-5）可知，数字 PID 控制器的输出 u（n） 也和阀位对应，故称此式为位置型算式。 必须指出，数字 PID 控制器的输出 u（n）通常都送给 D/A 转换器，它首先 将 u（n）保存起来，再把 u（n）变换成模拟量（如 010mADC 或 420mADC） ，然后作用于执行机构，直到下一个控制时刻到来为止。因此， D/A 转换器具有零阶保持器的功能。 计算机实现位置型算式（3-5）不够方便,这是因为要累加偏差 e（j）,不仅要 占用较多的存储单元,而且不便于编程序.为此,必须改进式（3-5） 。 3.1.2 增量式算式 根据式（3-5）不难写出第（n-1）时刻的控制量 u（n-1）,即 （3- 1 0 2111 n j d i p nene T T ie T T neKnu 6） 将式（3-5）减式（3-6）得时刻控制量的增量u（n）为 n )2() 1(2)()() 1()()(nenene T T ne T T neneKnu d i p （3- )2() 1(2)()()1()(neneneKneKneneK dip 7） 其中 称为比例增益 1 p K 称为积分系数 i pi T T KK 称为微分系数 i d pd T T KK 由于式（3-7）中的u（n）对应于第时刻阀位的增量，故称此式为增量型 n 算式。因此，第时刻的实际控制量为 n （3- )() 1()(nununu 8） 其中,u（n-1）为第（n-1）时刻的控制量。 综上所述,计算u（n）和 u（n）要用到第（n-1） 、 （n-2）时刻的历史数据 e（n-1） 、e（n-2）和 u（n-1） ，这三个历史数据也已在前时刻存于内存储器。通 常采用平移法保存这些历史数据。比如，在计算完 u（n）后，首先将 e（n-1）存 入 e（n-2）单元，然后将 e（n）存入 e（n-1）单元，以及把 u（n）存入 u（n- 1）单元，这样就为下时刻计算作好了准备。 由此可见，采用增量型算式（3-7）和（3-8）计算 u（n）的优点是，编程简 单，历史数据可以递推使用，且占用存储单元少，运算速度快。 为了编程方便，也可将式（3-7）整理车工内如下形式： （3- )2() 1()()( 210 neqneqneqnu 9） 其中 )1 ( 0 T T T T Kq d I p ) 2 1 ( 1 T T Kq d P T T Kq d P 2 增量型算式仅仅是计算方法上的改进，并没有改变位置型算式（3-5）的本质。 因为式（3-8）的 u（n）对应于式（3-5） ，此时 u（n）仍通过 D/A 转换器作用于 执行机构。如果只输出式（3-7）的增量u（n） ，那么必须采用既有保持历史位 置功能的执行机构。理想微分 PID 控制的实际控制效果并不理想，从阶跃响应看， 它的微分作用只能维持一个采样周期。由于工业用执行机构（如气动调节阀或电 动调节阀）的动作速度受到限制，致使偏差较大，微分作用不能充分发挥。因此， 在实际应用中，通常采用含有实际微分的 PID 控制算式。 3.2 实际微分 PID 控制 在模拟仪表调节器中，PID 运算是靠硬件实现的，由于反馈电路的本身特性 的限制，无法实现理想的微分，其特性是实际微分的 PID 控制。因此，在计算机 直接数字控制系统中，通常是采用以下实际微分 PID 控制器。 实际微分 PID 控制算式: （3- ) 1 1 ( 1 1 )( )( sT sT K s K T sE sU d i p d d 10） 通过简单推倒，可得式（3-10）的增量型方程式 )2() 1()() 1( 4321 neCneCneCnuCnu （3- )() 1()(nununu 11） 其中 ， ， ， ， 2 1 1 b b C TK T b d d 1 12 1bb )1 ( 2 2 T T T T b K C d i p ， ) 2 1 ( 2 3 T T b K C d p Tb TK C dp 2 4 3.3 理想与实际微分 PID 数字控制算法的比较 理想微分 PID 数字控制器和实际微分 PID 数字控制器的阶跃响应，比较这两 种 PID 数字控制器的阶跃响应，可以得知：理想微分 PID 数字控制器的控制品质 较差，其原因是微分作用仅局限于第一个采样周期有一个大幅度的输出。一般的 工业用执行机构，无法在较短的采样周期内跟踪较大的微分作用输出。而且，理 想微分还容易引进高频干扰。微分 PID 数字控制器的控制品质较好，其原因是微 分作用能缓慢地持续多个采样周期，使得一般的工业用执行机构，能较好地跟踪 微分作用输出。由于实际微分 PID 算式中含有一阶惯性环节，具有数字滤波的能 力，因此，抗干扰能力也较强。 3.4 参数选择 数字 PID 控制器控制参数的选择，可按连续-时间 PID 参数整定方法进行。 在选择数字 PID 参数之前，首先应该确定控制器结构。对允许有静差（或稳态误 差）的系统，可以适当选择 P 或 PD 控制器，使稳态误差在允许的范围内。对必 须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的 PI 或 PID 控制器。一般来说， PI、PID 和 P 控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。控制器 结构确定后，即可开始选择参数。参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对 控制系统的性能要求进行。工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量 的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在 给定值范围内；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求， 对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼 顾其他方面，适当地折衷处理。PID 控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象 的数学模型。工程上，PID 控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或 者通过实验经验公式来确定。 3.5 小结 本章介绍理想和实际 PID 控制的算法，并介绍了这两种算法的优缺点，又介 绍了数字 PID 控制器控制参数的选择。 第 4 章 AD、DA 卡简介 数据采集就是将要获取的信息通过传感器转为信号，并经过信号调理、采样、 量化、编码和传输等步骤，最后送入计算机系统进行处理、分析、存储和显示。 数据采集是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技 术是信息科学的重要组成部分，它已广泛应用于国民经济的各个领域。 4.1 数据采集系统的特点 数据采集系统主要是以精度和速度来衡量。精度提高，才能提高系统运算的 准确性，才不失采集的意义；速度提高，不仅提高工作效率，还扩大了数据采集 系统的适用范围，以便实现动态测试。数据采集系统的特点是： （1）与计算机系统相连，数据采集质量和效率均很高，节省硬件资源。 （2）数据采集与数据处理相互结合,形成采集处理控制一体化。 （3）速度快，数据采集一般都具有“实时” 性。 （4）随着科技的发展数据采集系统越来越小，可靠性越来越高。 （5）总线在数据采集系统中应用越来越广泛。 4.2 PCI-8326A 数据采集卡 4.2.1 采集卡特性 （1）模入部分： 输入通道数：单端 32 路，双端 16 路 输入电压范围（跳线选择）：10V，5V,10V 增益范围（程控）：1，2，5，10（可定制 1，10，100，1000） 输入精度：12Bit 最大采样频率：250KHz 缓冲区（FIFO）：2K 启动转换方式：软件启动/定时/外触发启动 （2）开关量部分： 电平方式：TTL 通道数：32 路可编程输入输出（8 路一组） （3）计数器部分： 输入通道数：3 路 计数格式：格雷码 功能：计数、测频、测相位 位数：16 位 （4）电源功耗: +5V1A （5）使用环境要求: 工作温度: 050 相对湿度:40%80% 存贮温度:-40+120 外形尺寸:长高=175.6mm X 98.3mm4.2.2 确定阀型 4.2.2 采集卡内部结构 4.2.2.1 布局图（阴影部分是跳线出厂设置） PCI-8326A 卡如图 4-1 所示。 图 4-1 PCI-8326A 卡 出厂设置如表 4-1 所示。 表 4-1 PCI-8326A 卡出厂设置表 AD 输入方式（JP1）单端 AD 输入范围（JP2，JP3，JP4）单极性 010V 开关量上电状态(JP5)低电平 4.2.2.2 J1（模拟量输入和计数器输出接口）D 型头 模拟量输入和计数器输出接口如表 4-2 所示。 表 4-2 模拟量输入和计数器输出接口 插座引脚号信号定义插座引脚号信号定义 1AGND20AGND 2AD1（AD1+）21AD17（AD1-） 3AD2（AD2+）22AD18（AD2-） 4AD3（AD3+）23AD19（AD3-） 5AD4（AD4+）24AD20（AD4-） 6AD5（AD5+）25AD21（AD5-） 7AD6（AD6+）26AD22（AD6-） 8AD7（AD7+）27AD23（AD7-） 9AD8（AD8+）28AD24（AD8-） 10AD9（AD9+）29AD25（AD9-） 11AD10（AD10+）30AD26（AD10-） 12AD11（AD11+）31AD27（AD11-） 13AD12（AD12+）32AD28（AD12-） 14AD13（AD13+）33AD29（AD13-） 15AD14（AD14+）34AD30（AD14-） 16AD15（AD15+）35AD31（AD15-） 17AD16（AD16+）36AD32（AD16-） 18EI37AGND 19AGND 注：ADx 表示模拟量输入的第 x 通道，括号外的为单端定义，括号内的是双端定义； EI 为外触发输入； AGND 指模拟地，单端使用时为信号地； 为防止引入现场干扰，不应该使 AD 输入信号引脚悬空，可以将不使用的信号引脚与模拟 地短路； 4.2.2.3 JP1（模拟量输入单双端选择跳线） 对应关系如图 4-2 所示。 图 4-2 模拟量输入单双端选择跳线 4.2.2.4 JP2、JP3、JP4(模拟量输入范围选择跳线) 对应关系如图 4-3 所示。 图 4-3 模拟量输入范围选择跳线 4.2.2.5 JP5（开关量上电状态跳线） 对应关系如图 4-4 所示。 图 4-4 开关量上电状态跳线 4.2.3 PCI-8326A 卡设置 JP1 设为双端，JP2 设为-5V+5V,JP5 设为低电平，JP1 引脚号选 2-14 和 21- 33 并且相互对应，2-9 和 21-28 是液位输入，10-13 和 29-32 是压力输入，14 和 33 是温度输入。显示界面如图 4-5 所示。 图 4-5 数据输入界面 4.3 PCI-8327 数据采集卡 4.3.1 采集卡特性 （1）模出部分： 输出通道数：光隔离模拟量输出 8 路 输出信号范围：010V，-10V+10V，05V，- 5V+5V，4mA20mA，010mA 输出精度：12Bit 精度误差：2LSB 启动转换方式：软件启动 （2）开关量部分： 电平方式：TTL 输入通道数：8 路 输出通道数：8 路 （3）电源功耗: +5V500mA （4）使用环境要求: 工作温度: 050 相对湿度:40%80% 存贮温度:-40+120 外形尺寸:长高=175.6mm X 98.3mm 4.3.2 采集卡内部结构 4.3.2.1 布局图（阴影部分是跳线出厂设置） PCI-8327 卡如图 4-6 所示。 图 4-6 PCI-8327 卡 出厂设置如表 4-3 所示。 表 4-3 PCI-8327 卡出厂设置 DA 输出范围单极性 010V 4.3.2.2 J1（模拟量输入和计数器输出接口）D 型头 模拟量输入和计数器输出接口如表 4-4 所示。 表 4-4 模拟量输入和计数器输出接口 插座引脚号信号定义插座引脚号信号定义 1DA820AGND 2DA721AGND 3DA622AGND 4DA523AGND 5DA424AGND 6DA325AGND 7DA226AGND 8DA127AGND 9NC28AGND 10NC29AGND 11DAI830AGND 12DAI731AGND 13DAI632AGND 14DAI533AGND 15DAI434AGND 16DAI335AGND 17DAI236AGND 18DAI137AGND 19NC 注：DAx 表示模拟量电压输出的第 x 通道， DAIx 表示模拟量电流输出的第 x 通道， AGND 指模拟地。 4.3.2.3 JP1JP8 (模拟量输出范围跳线选择) 对应关系如图 4-7 所示（以 JP1 为例） 。 单极性 010V 或 双极性-10V+10V 单极性 05V或双极性-5V+5V 电流输出 420mA 电流输出 010mA 图 4-7 模拟量输出范围跳线选择 4.3.2.4 JI1JI8 (电流输出选择跳线) 对应关系如图 4-8 所示（需要与模拟量输出范围选择跳线 JP1JP8 配合使用， 此处以 JI1 为例） 。 电压输出&电流输出 010mA 电流输出 420mA 图 4-8 电流输出选择跳线 4.3.2.5 JP11，JP12（模拟量输出极性选择） 对应关系如图 4-9 所示，其中 JP11 控制前 4 路极性，JP12 控制后 4 路极性， 此处以 JP11 为例。 单极性（010V，05V，420mA，010mA）双极性（-10V+10V，-5V+5V） 图 4-9 模拟量输出极性选择 4.3.2.6 JP13，JP14（模拟量输出起始状态选择） 对应关系如图 4-10 所示，其中 JP13 控制前 4 路，JP14 控制后 4 路，此处以 JP13 为例。 DA 上电输出为满量程的最小值 DA 上电输出为满量程的一半 图 4-10 模拟量输出起始状态选择 4.3.2.7 电流输出接线示意图 须先将跳线接成电流输出模式，当外接电源为 12V 时，最大可带动 100 欧姆 的负载；当外接电源为 24V 时，最大可带动 500 欧姆的负载；图 4-11 为接线图， 以 24V 为例。 图 4-11 电流输出接线示意图 4.3.2.8 关于零点、满度调节 WZX：零点调节 WFX：满度调节 X 对应 DA 输出的通道号 出厂时已经按照单极性 010V 调好，一般不需要调整，如果用户使用的输出 范围有所改变，认为双极性零点、满度无法满足要求，请在改变跳线后调节 WZ1、WF1 以满足使用要求。 4.3.2.9 寄存器定义 寄存器如表 4-5 所示。 表 4-5 寄存器 对应地址操作意义 基地址16写BIT0 对应第一片 DA7615 的 SDI 基地址32写BIT0 对应第二片 DA7615 的 SDI 基地址24写 BIT0 对应 CS 片选信号 基地址24读将 DA 数据写入 基地址28写BIT0 对应 DA7615 的 CLK 基地址28读启动 DA 转换 基地址20写设置开关量输出 DO1 DO8 的状态 基地址20读返回开关量输入 DI1 DI8 的状态 4.3.3 PCI-8327 卡设置 JP1 选电流输出 420mA,JI1 选电流输出 420mA,JP11 选单极性，JP13 选 DA 上电输出为满量程的最小值。显示界面如图 4-12 所示。 图 4-12 数据输出界面 4.4 小结 本章介绍了 PCI-8326A 和 PCI-8327 数据采集卡的特性和内部结构。 第 5 章 监控软件设计 5.1 控制界面的组成及其功能 5.1.1 流程图 本设计有三个流程图，分别是流程图 5-1、流程图 5-2、流程图 5-3 都是运用 组态王软件对流程图进行绘制的，流程图 1 是主流程图，显示工艺的总流程，流 程图 2 和 3 是流程图 1 的截图，可以详细的显示数据。对于整个流程图，更直观 的显现出目前工作的状态，是使工作人员一目了然，对控制以及各种方案的实施 提供了良好的条件。 流程图 5-1 流程图 5-2 流程图 5-3 5.1.2 参数报表 参数报表是更直观更具体的将采集数据体现在你的面前，当采集数据变化时， 参数报表中的采集数据亦随之改变，变化清晰明了，工作人员则可以轻松的与给 定值之间作比较，得到偏差，这样可以更好的掌握整个过程的动作。其特点：简 洁、明了，有比较性。如图 5-4 所示。 图 5-4 参数报表 5.1.3 棒形图 棒形图也是对采集数据进行演示的另一种方式，它是以控制棒图中的矩形的 大小来形象的表达采集温度、压力和液位数据的变化。其中棒图的上下跳动是运 用定时器来模拟采样时刻实现的，其时间间隔为 0.8 秒，每 0.8 秒种就有一次变 化。相对于参数报表相比其特点：形象、具体。如图 5-5 所示。 图 5-5 棒形图 5.1.4 PID 调节 这里用到了手动与自动之间的互相切换，当自动控制无法满足控制的要求时， 这时则应运用手动状态，用鼠标改为手动操作按钮，通过手动调节按扭来改变调 节阀的开度，改变测量值的大小，当参数超过或低于报警的上下界限时，报警器 会发出报警。当工作情况正常时，用鼠标切换到自动状态，此时，PID 调节工作， 自动调节阀的开度，改变测量值的大小，使其接近给定值，使偏差减小，控件的 高度随着测量值的大小而改变。如图 5-6。 图 5-6 PID 调节图 5.2 界面设计过程 （1）应用界面的设计 VB 最大的优点是“可视化” ，这一点，是以界面的形式体现的，这对界面的 设计，必须总体考虑。VB 的用户界面由窗体和对象组成。每个应用程序至少要 有一个窗体，它的对象设置在窗体中，这个过程，主要是在设计状态下完成的， 对象的来源为工具框，如文本框、命令框、表格等。 （2）对象属性的设置 属性是对象属性特征的描述。对每一类型的对象，VB 均为其定义了一个相 置属性值。设置对象属性是为了使对象符合应用程序的需要。对象属性可以在设 计阶段进行，也可以在事件函数中通过对属性赋值完成。一般地，涉及和反应对 象外观特征的属性应在设计阶段完成，而一些内在的不能在设计阶段确定的属性 参数则应在编程中实现。通过对对象属性的设置，不仅可以使程序的界面丰富多 彩、美观大方，而且能够完成许多细致的功能。 （3）程序的代码编写 程序的代码是在界面后方编写完成的，在传统的应用程序设计中，程序的功 能都是由程序员编程决定的，而在 VB 程序设计中，许多功能则已建立在对象- 表格窗和控制图自身中，亦即封装在对象内部。因此，明确事件函数的编程哪些 是必要的，哪些是不必要的，哪些是对象自身具有的，哪些是应通过编程实现的， 这一点十分重要。除此之外，VB 的功能还可以在被事件函数调用的通用函数重 实现，通用函数在 General 中定义或申明。通用函数有两类，一类是 Sub，一类 是 Function。他们类似于其它语言的过程和函数。程序见附录窗体 1。 （4）应用程序的运行及调试 一个程序设计完成后，可以用中断方式立即执行。如运行过程出现错误或运 行结果不正确，则需对程序进行调试。VB 为程序的跟踪与调试提供了很好的工 具与环境。在“Debug” 、 “Windows”菜单下均可实现中断跟踪、单步、单过程 执行等。其中还可设置断点，进行跳跃执行。通过观察窗口、临近窗口，还可以 观察单变量、函数等的执行过程。同时可通过多数据测试，提高调试效率。 5.3 监控软件的特点 监控软件主要的部分有加热炉计算机监控操作的流程图、计算机监控系统中 各个参数的报表、动态性棒图、PID 整定。该软件的特点可体现为下面几点： （1）智能性 介入计算机先进控制理念，对各个监检测点采取计算机监控，自动采集现场 传输来的数据，在任何时刻需要输出数据时，都可在数据报表中得到，计算机工 作代替人为作业，则在实际生产过程中解决了人力资源问题。 （2）实效性 计算机作业，反应速度迅速、动作灵敏，能够第一时间掌握各个监测点的真 实数据，对数据实时监控，以及自动调节功能，节约了大量时间。另外，对不安 全因素立即采取报警功能。 （3）真实性 消除了人为所能产生的误差，经 PID 整定后得到的控制量准确可靠，对生产 的每个环节做到了准确无误，为整个生产提供了细节的保障。 （4）简捷性 软件界面清晰、完整，整个设备的作业情况均体现在流程图的画面当中，界 面可以显示任何监测点的准确数据，操作人员和用户通过一系列菜单和屏幕显示 与整个设备进行调节。 5.4 小结 本章介绍了监控软件的界面设计组成和界面设计过程，又介绍了软件的特点。 结 论 联合站是油田油气集中处理的一个非常重要的部门，原油脱水是其主要任务， 本文的主要目的是了解联合站输油岗工艺流程并对原油脱水过程和净化油外输进 行监测和控制。为了提高控制软件的可控性，通过深入了解工艺流程，结合大庆 现场技术要求来设计合理的控制方案。 本实验使用组态王 6.51 绘制工艺流程图，VB6.0 编写程序和设计软件界面， 通过利用中泰研创 PCI-8326A 卡和 PCI-8327 卡作为输入输出设备来完成联合站 输油岗自控系统设计，通过实际操作和软件运行我已基本完成了设计的基本要求。 通过这次毕业设计使我对自动化专业有了进一步了解，并对所学过的知识在 工程设计过程上的应用有了进一步的了解，并且掌握了一定的实际知识，可以将 课本上的理论知识与实际生产结合起来。从而更深刻的认识到在学习过程中主要 掌握的是理论知识，在设计过程中觉得只有理论是不够的，只有理论与实践相结 合，才会使设计更完整。 总之，毕业设计使我受益非浅，虽然我完成得还不够完善，但我学到的知识 和得到的锻炼使我受益终生。 参考文献 1 毛宝瑚，郑金吾油田自动化M 山东东营：石油大学出版社， 2001：89-101 2 孙洪程过程控制工程设计M北京：化学工业出版社，2005：68- 88 3 王毅，过程控制装备技术及应用M北京：化学工业出版社， 2003：10-80 4 向德明，姚杰现代化工检测及过程控制M 黑龙江哈尔滨：哈尔滨 工程大学出版社，2002：20-60 5 吴勤勤控制仪表及装置M北京：化学工业出版社，2004：52-66 6 周陆油气集输M 北京：石油工业出版社，1997：104-106 7 张天春，自动检测技术M，第 2 版第 1 次印刷，大庆，大庆石油学院 出版社，1998 年，1-65 8 董德发，刘祥楼，邵克勇自动控制工程设计基础M 黑龙江大庆： 大庆石油学院，2007：200-252 9 刘彬彬，高春艳，王茜Visual Basic 程序设计自学手册M 北京： 人民邮电出版社，20083 10 CurtisD.Johnson，Process Control Instrumentation TechnologyM，Jonn Wiley&Son，Inc.,UA，2002：63-163. 11 Nagrath TJ，Control System EngineeringM，New Yerk:Halsted press，A Division of Joho Wiley&Son，Inc.,2008：12-136 致 谢 本次设计使我学到了不少的知识，掌握了许多课本上学不到的知识，拓宽了 我的视野，丰富了我的专业知识，有了更大的进步，同时也学会了不少做人的道 理。在提高了学习效率和正确的学习方法的同时，使我在理论知识和实践能力上 都得到了很大的提高，真正领会了理论联