（机械电子工程专业论文）江汉油田钻井公司润滑站工艺控制系统研制.pdf

沈阳理工大学硕士学位论文 摘要 润滑站( 中心) 是设备润滑管理集散地，是负责本地区、本部门设备用油管 理工作的专业职能部门，包括油品的储存、发放，油品质量、润滑服务跟踪和检 测等，是国内目前应用非常广泛的一种润滑应用技术。随着企业自动化设备的逐 年增多和设备自动化程度的不断提高，原有的润滑站加注设备、管理方式已不能 满足企业发展的需求，提高润滑站发放油品的自动化及管理水平已成为企业发展 的一项迫切需要。 本文在研究江汉油田钻井公司设备、用油特点及一年来收集到的有关该公司 设备润滑方面的资料基础上，根据目前国内石油化工企业润滑站( 中心) 现状和 润滑油品处理技术、处理手段和管理方式，设计和研制一种新型的润滑站油品加 注工艺控制系统。应用该系统，可同时监控1 2 条管路加注润滑油，整个加注润滑 油过程能够实现持卡身份自动录入、识别，加注数据自动计量，计量的数据自动 存储，存储的加注数据直接进入企业的综合管理系统公共数据库，实现了加注过 程的自动化管理。 本文首次将非接触式i d 卡技术应用到润滑站( 中心) 设备润滑管理系统，并 应用v b 软件技术对读卡器技术进行了二次开发，将该技术应用到本文设计的润滑 站( 中心) 油品加注工艺控制系统，从而实现了刷卡即可加油的快捷油品加注方 式。 江钻公司润滑站( 中心) 油品加注工艺控制系统采用研华组态软件a d v a n t e c h w e b a c c e s s 作为主系统软件，通过对其开发和程序设计，使其能够完成系统运行 状态监控、数据交换、查询和记录等各项功能，具有友好的计算机人机界面操 作平台和人性化操作。 关键词：润滑站( 中心) ；控制系统；w e b a c c e s s ；非接触式i d 卡 沈阳理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t l u b r i c a t es t a t i o ni st h ed i s t r i b u t i n gc e n t e ro fe q u i p m e n tl u b r i c a t em a n a g e m e n t l u b r i c a t es t a t i o nt a k e sc h a r g eo f t h eu s eo i lm a n a g e m e n to f t h el o c a la n dt h ed e p a r t m e n t e q u i p m e n t ，w h i c hi st h ep r o f e s s i o n a lf u n c t i o nd e p a r t m e n t l u b r i c a t es t a t i o ni so n eo f t h eh i g h l ye x t e n s i v ea p p l i c a t i o nl u b r i c a t et e c h n o l o g y , w h i c hi n c l u d e st h es t o r e sa n d s u p p l i e so ft h eo i lp r o d u c t , q u a l i t yo fo i lp r o d u c t , t h et r a c ka n dd e t e c to fl u b r i c a t e s e r v i c ea n ds o0 1 1 w i t ht h ei n c r e a s eo fa u t o m a t i o ne q u i p m e n ti nt h ef a c t o r ye v e r yy e a r , a n dw i t ht h e i m p r o v e m e n to fa u t o m a t i o ne q u i p m e n t , t h ep r i m a r ye q u i p m e m i nt h el u b r i c a t es t a t i o n a n dt h em a n a g e m e n tm o d ec o u l dn o tm e e tt h er e q u i r e m e n to ft h ec o m p a n y s d e v e l o p m e n t s oi ti st h eu r g e n tr e q u i r e m e n to f t h ec o m p a n yt oi m p r o v et h el e v e lo ft h e a u t o m a t i o na n dt h em a n a g e m e n to ft h el u b r i c a t es t a t i o ns u p p l i e st h eo i lp r o d u c t t h ee q u i p m e n ta n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fu s eo i li nt h ek i n g d r e a mc o m p a n ya le s t u d i e di nt h i sp a p e r o nt h eb a s eo ft h ed a t aw h i c ha r ec o l l e c t e da b o u tt h ee q u i p m e n t l u b r i c a t eo ft h i sc o m p a n y , a c c o r d i n gt ot h el u b r i c a t es t a t i o na tp r e s e n ta n dt h ed i s p o s a l t e c h n o l o g y , d i s p o s a lm e a n s ，t h em a n a g e m e n tm o d eo ft h el u b r i c a t eo i lp r o d u c t , an e w c o n t r o ls y s t e mw h i c hi m m i t so i lp r o d u c to ft h el u b r i c a t es t a t i o ni sd e s i g n e da n ds t u d i e d t h i ss y s t e mc a l ls u p e r v i s ea n dc o n t r o lt w e l v ep i p e l i n et oa d dl u b r i c a t eo i la tt h es a m e t i m e i tc a nr e a l i z et h ea u t o - i n p u ta n di d e n t i f yo ft h ec a r d si d e n t i t y , c o u n tt h ea f f l u x d a t aa n ds a v ea u t o m a t i c a l l ya n dt h es a v e dd a t ae n t e rt h ec o m p o s i t i v em a n a g e m e n t s y s t e md a t a b a s ed i r e c t l yi n t h ew h o l ep r o c e s so fa f f l u x t h eo i l t h ea u t o m a t i o n m a n a g e m e n to ft h ea f t l u xp r o c e s si sr e a l i z e d c o n t a c t l e s si dc a r dt e c h n o l o g yi sf i r s t l yu s e di nt h el u b r i c a t em a n a g e m e n ts y s t e m o ft h el u b r i c a t es t a t i o n se q m p m e n ti nt h i sp a p e ra n du $ ev bs o f t w a r et od e v e l o pc a r d r e a d e rt e c h n o l o g ys e c o n d l y t h i st e c h n o l o g yi su s e dt h ea f l l u xc o n t r o ls y s t e mo ft h e l u b r i c a t es t a t i o n s o i lp r o d u c ti nt h i sp a p e r s oq u i c ka f f l u xm o d ei sr e a l i z e d , t h a ti s 沈阳理工大学硕士学位论文 二- 二= 二一一- s h a k i n gc a r dc a ni m m i to i l a st h em a i ns y s t e ms o f t w a r e ，a d v a n t e c hw e b a c c e s si su s e di nt h ek i n g d r e a m c o m p a n y sl u b r i c a t es t a t i o no i lp r o d u c ta f t l u xt e c h n o l o g yc o n t r o ls y s t e m t h r o u g h d e v e l o p i n ga n dp r o g r a m m i n gt h ec o n t r o ls y s t e m ，i tc a ns u p e r v i s ea n dc o n 哟ln l e c o n d i t i o no ft h es y s t e m ，t h ed a t at r a n s f o r m a t i o n , s e a r c ha n dr e c o r da n ds oo n t k s s y s t e m h a v e g o o dc o m p u t e rm a l l m a c h i n e o p e r a t i o np l a t f o r ma n do p e r a t i o n c o m f o r t a b l e k e yw o r d s ：l u b r i c a t i v es t a t i o n ( c e n t e r ) ；c o n t r o ls y s t e m ；w e b a c c e s s ；c o n t a c t l e s si dc a r d 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者 本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：弘嗣札 日期：昭年；月丛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：、弘蜴矽指导教师签名： e l期：谱多岱e t 期： 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景 随着我国国民经济高速发展和装备制造技术的迅速提高，设备的润滑、维修、 保养方面技术得到了广泛应用并受到高度重视，同时也对润滑系统的可靠性提出 了更高的要求。一段时期以来，由于人们对润滑与密封工作重视不够，缺乏必要 的润滑、维修、保养知识，造成大批机械设备因润滑不当而磨损，这不仅缩短设 备使用寿命，降低产品质量和劳动生产率，而且也造成了大量的人力、物力浪费 和环境污染。大量的事实表明，机械设备的安全可靠性与系统的滑滑状况有密切 的关系，国内外资料统计说明，机械系统的故障7 0 9 5 是由于系统的润滑失效 引起的，其中7 0 8 5 是润滑系统油液的原因，1 0 是润滑系统密封泄露的原因。 因此提高润滑油液产品的质量、控制润滑系统油液污染、防止润滑系统泄露已成 为国内外石化、冶金和装备等工业普遍关注的问题。尤其是近2 0 年来，人们致力 于不断地提高润滑产品质量，完善润滑系统污染控制技术，采用新型的润滑材料 和润滑技术，以提高设备工作的可靠性。在这期问，国外润滑剂( 主要是润滑用 油液) 经过处理，平均清洁度提高了5 级( i s 0 4 4 0 6 ) ，相当于油液中污染颗粒是 原来的1 3 2 ，而我国的污染度一般比国外的高3 4 级；密封技术比国外落后1 0 年左右，因而设备故障率高，元件寿命短，设备效能不能充分地发挥。 设备和车辆润滑是我国润滑油消费的主力军，就车辆市场不完全统计，2 0 0 0 年中国汽车保有量为1 8 0 万辆，农用车为1 5 0 万辆，摩托车为4 0 0 万辆，2 0 0 7 年 以后据预测汽车及摩托车保有量呈稳步上升的趋势。2 0 0 0 年润滑油全国需求量达 3 5 0 万吨，预计2 0 0 7 年达4 2 0 - 4 8 0 万吨，其中油田设备及车辆占总数的1 3 - - 1 4 。 纵观润滑油生产状况，中国有3 0 0 0 多家生产厂，而国外总计才2 4 0 0 家。统计资 料表明，2 0 0 0 年我国润滑油产量为4 7 0 万吨，美国仅一地年产量就有5 2 0 万吨， 而且油品质量好、档次高。最近几年，国外又在国内投资建了2 7 个大型石油调和 厂，这不仅增加了民族润滑油工业发展的压力，也使得国内润滑油油品市场种类 第1 章绪论 更加繁杂多样，产品质量良莠不齐，进而给从事设备润滑工作者增加了很多附加 工作，甚至有时造成了很大的困难。因此，如何给设备选用合适的润滑油、润滑 脂，如何采用合适的处理润滑油、润滑脂设备，如何搞好设备车辆润滑等工作在 近年来一直困扰着润滑工作者，并使他们中的许多人多年来一直在努力工作，寻 求更好、更完善的润滑技术，建立润滑站( 中心) 就是搞好润滑技术工作的措施 之一。 润滑站( 中心) 是设备润滑管理的集散地，是负责本地区、本部门设备用润 滑油管理工作的专业职能部门，包括油品的储存、发放，油品质量、润滑服务跟 踪和监测等，是国内目前应用非常广泛的润滑技术措施。企业性质不同，润滑站 的形式、规模有所不同，但其形式基本相似，主要工作是对所在单位的设备进 行润滑管理和维护钉。 。 目前国内所建的润滑站( 中心) 对润滑油管理基本上处于初级阶段，其主 要表现在： 1 、处理润滑油的设备简单，给设备或车辆更换、添加润滑油基本上采用 手工或半机械化的作业方式。 2 、润滑油加注流程是开放式，仍然采用容器作为传接媒体，这样使得所 加注的润滑油不可避免地会受n - 次污染，从而不能充分地保证所加注润滑油 品的质量。 3 、基本上没有配备润滑油质量监测体系，这样就不能科学合理有效地利 用润滑油，难以实现设备润滑油的按质更换，造成润滑油资源的浪费或给设备 造成非自然损坏。 4 、由于设备润滑工作的特殊性，手工或半机械化的作业方式使润滑服务 人员工作强度大，工作效率低。 5 、设备用润滑油管理水平低，目前所运行的润滑站加油等记录工作基本 是由手工来完成，工作量大、效率低、差错多，统计难度大。 6 、随着装备技术的提高和高、精、尖设备使用比例不断加大，设备对润 滑油的要求愈加细化，其结果就是润滑油品种不断增多，质量不断提高，这样， 以目前润滑站装备是难以胜任不断发展的设备润滑要求。 虽然现在很多企业大都建立起自己的润滑站( 中心) ，但由于润滑油物质 第1 章绪论 特性所决定，市场上没有用于润滑站( 中心) 润滑油加注的成套工艺控制系统 及配套设备，而燃油加注系统和设备又不能满足加注润滑油要求，因此，设计 自动化程度高、技术先进的润滑油加注系统及配套设备是提高设备润滑管理水 平，建设技术先进润滑站( 中心) 的关键所在。为此，本文提出研究润滑站( 中 心) 工艺控制系统的科研课题。 1 2 课题的研究目的和意义 目前用于石油化工企业车辆和设备润滑服务的润滑站( 中心) 规模较大，对 所加注的润滑油有一定的处理措施和手段，基本上能够保证石油化工企业车辆和 设备润滑用油质量，能够满足常规条件下的设备正常运转。可是，作为国家利税 主要来源、国家经济发展支柱行业的石油化工行业，其所属的企业车辆和设备润 滑用油保证在基本水准上是与企业持续稳定发展和国家经济发展的要求不相适应 的。为此，本文在研究江汉油田钻井公司设备和用油特点和一年来收集到的有关 该公司设备润滑方面的资料基础上，根据目前国内石油化工企业润滑站( 中心) 现状和润滑油品处理技术、处理手段和管理方式，设计和研制一种新型的润滑站 ( 中心) 监控和管理系统，目的是使江汉油田钻井公司润滑站( 中心) 的设备润 滑管理水平、处理润滑油装备技术、完善润滑油质量管理体系等方面有一个较大 的提高，以期达到国内领先水平。 时逢中国石油化工股份有限公司江汉油田钻井公司委托改造润滑站( 中心) ， 本课题既以江汉钻井公司润滑站工艺控制系统为研究对象，采用计算机监控加注 系统来实现对润滑油品加注过程进行自动识别、实时监控，自动记录加油数据， 数据统计、报表输出功能。 本课题的研究具有非常重大的现实意义，如果该系统的研制成功并投产使用， 将会极大地提高江汉钻井分公司设备润滑管理水平，具体体现在： 1 全面实现润滑油加注的自动，提高加管理力度。表现在油量测量精度、系 统控制能力、系统状态监控能力等方面的全面提高； 2 实现了润滑油加注工艺系统的智能化，加油登录系统的智能化以及加油数 据的自动记录，减轻了润滑站工作人员的工作负担； 3 提高了加注系统设计和更改的灵活性，不改变系统硬件，仅通过软件更改 即可实现不同的功能； 第1 章绪论 4 运用成熟的工控理念，提高系统的可靠性，通过软件算法使加注监控系统 的可靠性得以提高； 5 强大的通信能力，可以通过局域网或i n t e r n e t 实时监控工作情况； 6 系统监控人机对话界面友好，操作简单、方便。 同时如果江汉钻井公司应用很成功，将会促进整个石化行业润滑站( 中心) 进行技术改造，进而促进整个行业的设备润滑管理水平的提高，完善和改进设备 润滑技术，提高车辆和设备利用率，节约润滑油品资源和保护环境。 1 3 课题主要工作内容 1 润滑站控制系统的总体设计，掌握企业润滑站工作的流程，了解国内外相 似课题的发展情况，设备技术水平。综合考虑软件和硬件实现系统控制的难度， 明确技术主攻方向，分清软、硬件所能完成的具体任务和选择最佳的组合。 2 硬件实现部分设计，对现有产品研究分析，将成熟的工控理念用于系统中， 了解和熟悉计数板卡、流量计及电磁阀、读卡器、i 0 模块的性能及使用方法， 将其应用于系统控制中，绘出系统电气控制图。 3 运用网际组态软件w e b a c c e s s ，绘制出系统监控界面，将所有硬件设备状 态显示在监控界面上，通过组态软件还可完成数据库查询、发放加注卡、加油自 动计数等功能。 4 读卡器读卡程序设计，利用v b 软件结合使用要求设计读卡器读卡程序，完 成v b 和w e b a c c e s s 组态软件之间的数据交换。 5 现场安装调试。 第2 章系统总体方案设计 第2 章系统总体方案设计 润滑站加注监控系统，旨在运用先进的计算机及仪表自动化技术，以先进的 润滑管理理念为指导，以营造安全、干净、整洁的加油环境，全程密闭自动加注 润滑油为目标，以减轻操作人员工作强度为目的，做到随到随加、自动计量、自 动记录、整个流程全部实现自动控制。系统配备加油数据报表统计，打印功能。 根据使用企业对油品加注的方式及对加油数据管理的要求，系统拟采用非接 触式i d 卡作为加油凭证，一台设备对应一张非接触式i d 卡，根据不同设备的许 用油品加注润滑油。 2 1 系统设计的原则田 ( 1 ) 可靠性和稳定性 在系统设备选型、软件设计等各个方面要充分考虑可靠性和稳定性。在设备 选型方面，要保证软、硬件的可靠性，必须考虑采用成熟的技术和产品。在设计 方面，要对每一个要实现的功能反复测试，在各种条件下去检验设计的合理性、 可靠性。在设备选型和系统设计的各个方面都尽量减少故障的发生。 ( 2 ) 方便操作和管理 系统的人机界面友好，图形与文字双重显示，操作简单、方便。对于现有的 润滑站加注工人经过短时间的培训，就能够熟练操作。 ( 3 ) 先进性 在投资费用许可的情况下，应当充分利用现代最新技术，最可靠的成果，以 便使系统在尽可能长的时间内能在同类企业中处于领先地位。从长远的观点来看， 这也是最节省经费的，先进性是系统建设期望达到的目标，但是先进性面l 临许多 不成熟的问题。因此，应视系统建设为一个系统工程，充分考虑现在和未来，使 系统建设与需求能够同步增长。 ( 4 ) 应用性 设计本系统，应首先考虑么能够满足企业加注功能和管理的要求及实际应用 第2 章系统总体方案设计 的需要。 ( 5 ) 可扩充性 本系统考虑今后系统升级的需要，对软件选用选择基于w e b 的，支持各种数 据库。保证系统纳入整个企业的管理体系下的可行性。 2 2 润滑站工艺流程设计 2 2 1 润滑站( 中心) 的组成 设备润滑管理是设备现代化管理的组成部分，随着设备的逐年增加，建立功 能健全的润滑站( 中心) 是搞好润滑工作的一个很好措施。企业应在设备集中地 域建立润滑站( 中心) ，拥有2 0 0 台以上设备的单位要建立大型密闭流程润滑站， 拥有3 5 - - - , 2 0 0 台设备的独立加油单位应建立密闭加注润滑站，配备润滑工负责润 滑油品发放及旧油回收。这样做即保证了使用油品质量又可节约大量油料，。 本文所研制的润滑站( 中心) 基本上由化验系统设备、加注设备系统、废油 回收设备系统、废油处理设备系统、运送设备系统以及相应的人员和场所组成。 其中加注设备系统、废油回收设备系统构成润滑站油品加注工艺控制系统，是润 滑站( 中心) 主体，是本课题主要研究的工作内容。 2 2 2 润滑站工艺流程设计 根据江汉油田钻井公司企业设备需求和钻井公司设备管理部门的对原润滑站 的改造要求，本文设计出改造后的钻井公司润滑站( 中心) 加注工艺控制系统工 作流程图，见图2 1 。 1 ) 加油用户在得到化验结果后，如需换油或添加润滑油，首先将被加注设备 开到润滑间( 固定或移动特别困难的设备，由润滑站派润滑设备到现场，或油操 作工用专用领油工具领取) ，并到操作室在计算机登记系统进行加油或换油登记 ( 登记的内容包括被加注设备的基本信息和需加注的油品和加注部位) 。本系统采 用非接触式m 卡识别设备自动识别信息，自动进行油品种类和加油量登记。 2 ) 如果是换油，需将所换油部位中的废油全部放掉；如果是添加，可直接在 该位置加油。 3 ) 经过刷卡登记的被加注设备即可在所在的油品加注位置进行油品加注。加 注完毕后，必须把加油枪放回油枪位置，系统得到加油完毕信息，会自动将加注 一6 第2 章系统总体方案设计 桶 装 油 图2 1 润滑站工艺工作流程图 量信息录入数据库，并同时关闭这条油品的加注管路，使后来者不经系统登记而 不能加油。 4 ) 放掉的废品油经废油接油装置可直接排放到专用的废油储存装置中，在达 到一定量后，如果有条件即可进行废油再生和处理工作。 2 3 计算机控制管理系统的整体设计 2 3 1 控制系统工作流程设计 计算机控制管理系统是整个润滑站的中枢，它控制着润滑站全部油品加注和 油品处理活动。该部分主要是由中央控制台，流量计、流量变送器、流量积算仪、 压差控制器、压力变送器、工业控制计算机、打印机、数据采集装置、中间控制 执行装置等组成。 设计系统工作流程图见图2 2 。 第2 章系统总体方案设计 器油鋈ll 废油池储油罐li 履倒” 泵控制 液位显示 中央控制台 加油操作 加注值储存 加注值显示 操作系统 计算机操作系统 本油品用户 非 理 化 档 案 管 理 图2 2 系统工作沉程图 计算机操作系统由操作系统和管理系统二部分组成，油品的自动加注过程是 操作系统来完成，其设计的具体过程如下： 1 ) 负责给设备加油的人员( 或润滑站专职人员) 持所对应设备配置非接触式 i d 卡到所要加注的油品位置处进行刷卡，如果卡号与计算机数据库中所对应的设 备油品和设备号基本参数匹配，则计算机发出指令，启动控制系统，执行该条油 路加油操作( 见2 2 系统工作流程图刷卡到泵启动信号部分 ，具体的就是打开油 路控制阀。 2 ) 负责给设备加油的人员( 或润滑站专职人员) 根据需要，用加油枪控制管 加油量。如果是定量加注，加注过程中可以起、停输油泵，但数量一旦达到定量 值，则控制线路切断，同时加注数量存档。 3 ) 加油完毕后，加油工作人员将加油枪挂上枪架上即可关闭该条控制线路， 同时计算机系统将自动将该设备或车辆的加注数据保存到该设备或车辆的加注档 案中，以备日后的查询统计之用。 4 ) 如果因为某种原因计算机操作出现故障，系统仍可以利用中央控制台上的 r 量 一 蓓 浮甲一 第2 章系统总体方案设计 按钮可以手动方式控制加油 管理系统完成加注数据储存和处理，其设计的具体过程如下： 1 ) 建立润滑站油品、化验项目、工作人员、设备或车辆的基本档案，以确定 整个润滑站的服务规模。 2 ) 建立和运行油品、化验项目、工作人员、设备或车辆的基本档案查询、调 整软件管理系统；建立和运行设备或车辆润滑档案，设备或车辆化验档案查询、 调整软件管理系统；建立和运行设备的润滑状况、设备或车辆油品理化指标状况 监测的管理系统。 3 ) 建立和运行油品、化验项目、工作人员、设备或车辆的基本档案，设备或 车辆的润滑、设备或车辆的油品化验统计管理系统。 4 ) 建立和运行油品理化指标监测状况统计管理系统，以能够科学、合理地确 定设备或车辆的油品润滑实施管理方法，以期使设备或车辆达到高效、经济的充 分利用。 2 3 2 控制系统硬件组成 要实现系统记数，管路压力、灌区温度显示，控制电磁阀开关，外部加油登 记和打印各项功能，对于控制系统硬件的组成见图2 3 。下一章将详细介绍硬件 的功能。 第2 章系统总体方案设计 图2 3 系统硬件组成 2 4 本章小结 本章主要对润滑站的功能及润滑站组成做了详细分析，绘制出了润滑站的工 艺流程图，并且从整体上设计了润滑站( 中心) 润滑站工艺流程图和加注控制系 统的工作流程图，在工作流程图上列出了系统硬件主要组成。 第3 章系统硬件设计 第3 章系统硬件设计 3 1 管理监控系统的硬件构成设计 管理监控系统主要完成发油过程的监控及查询、设备信息管理、发卡、打印 等功能。随着电子技术的不断发展，计算机技术的日益成熟，通用p c 机的性能 得到了长足的发展，而且在价格方面优势明显，很多地方完全可以满足工业控制 系统的需要。而工控机以其性能可靠，抗干扰能力强，在工控领域被广泛得到应 用。工控机可以根据控制要求，进行板卡的选型设计，从而更好的满足设计要求。 因此，在对控伟4 要求高的系统中，选用工控机较为台理。本系统中用到了p c l 一8 3 6 计数板卡记数，板卡所需i s a 插槽在通用p c 机上很少提供，所以必须选用带有 1 s a 插槽的工控机作为系统上位机。通过分析论证并征得企业的同意，选用研华 一体化工作站a w s - 8 2 4 8 v 作为上位机，见图3 1 。 黼濑 图3 1a w s8 2 4 8 v a w s8 2 4 8 v 是一款带有1 4 槽的1 5 t 丌l c d 工业级一体化工作站。它是研华 第3 章系统硬件设计 原有主打产品a w s 一8 2 4 8 的升级。相比而言，a w s - 8 2 4 8 v 具有更强的扩展性能。更 大的l e d 以及更具竞争力的价格。a w s - 8 2 4 8 v 还为用户提供了如下额外功能：易 于维护a w s 一8 2 4 8 v 采用了带有三个抽屉的模块化设计，使得维护更为便捷。 a w s 一8 2 4 8 v 采用最为经济和易于维护的设计方案为用户提供了多个扩展槽和 1 5 l c d 显示屏。 通过i s a 插槽外加一p c l 7 4 5 b 板卡，主要用来提供两个独立的r s 4 2 2 力赆4 8 5 接口，为读卡器和模块提供通讯接口。 3 2w m - 0 2 z h 读卡器设计选择 经过对m f 、k q 、p o s 、w m 等品牌的读卡设备技术指标分析、考核、论证， 本文选择了w m 品牌0 2 系列的w m 0 2 z h 非接触式d 卡读卡器。该读卡器内部 带有的处理芯片，负责完成读卡和通讯任务；r s 4 8 5 口带有静电防护能力。 w m 一0 2 z h 读卡器用户接口线只有4 根，连线简单，线长可达1 2 0 0 米，且结构集 成度高、可靠性好、功能单一，自身带有二次开发软件包，是适合本系统性价比 较好的一款输入设备。其具体技术参数如下： 工作电源：+ 9 v + 1 5 vd c 额定电流： p 2 ，在p i 和p 2 的作用下所产生的合力矩使轮a 产生 顺时针方向转动，把轮a 和壳体间的半月形容积内的介质排至出口，并带动轮b 作逆时针方向转动，这时a 为主动轮，b 为从动轮：在( b ) 上所示为中间位置， a 和b 均为主动轮；而在( c ) 上所示位置，p l 和p 2 作用在a 轮上的合力矩为零， 作用在b 轮上的合力矩使b 轮作逆时针方向转动，并把已吸入半月形容积内的介 质排至出口，这时b 为主动轮，a 为从动轮，与( a ) 上所示情况刚好相反。如 此往复循环，轮a 和轮b 互相交替地由一个带动另一个转动，将被测介质以半月 形容积为单位一次一次地由进口排至出口。显然，图上( a ) 、( b ) 、( c ) 所示，仅 仅表示椭圆齿轮转动了1 4 周的情况，而其所排出的被测介质为一个半月形容积 所以，椭圆齿轮每转一周所排比的被测介质量为半月形容积的4 倍，则通过椭圆 齿轮流星计的体积流量q 为： q = 4 n v o ( 3 3 ) 式中： r 椭圆齿轮的旋转频率；r s ； v o 一半月形部分的容积；m 3 。 这样，在椭圆齿轮流量计的半月形容积v o 一定的条件下，只要测出椭圆齿轮 的旋转速度n ，便可知道被测介质的流量。椭圆齿轮流量计流量信号( 即椭圆齿轮 的旋转速度蚺的显示，有就地显示和远传显示两种。就地显示将齿轮的转动通过 一系列的减速及调整转速比机构之后，直接与仪表面板上的指示针相连，并经过 第3 章系统硬件设计 机械式计数器进行总量的显示。远传显示主要是通过减速后的齿轮带动永久磁铁 旋转，使得弹簧继电器的触点以与永久磁铁相同的旋转频率同步地闭合或断开， 从而发出电脉冲远传给计算机控制系统。 3 4 36 v p 电磁脉冲阀设计选择 g p v 电磁脉冲阀是一种集电磁阀和流量计脉冲输出为一体的新型产品，其结 构原理图见图3 5 。它利用椭圆齿轮流量计的原理，略去机械转换部分，将永磁 铁直接安装在椭圆齿轮端面上，齿轮带动永磁铁旋转，使得弹簧继电器的触点以 永磁铁相同的旋转频率同步地闭合或断开，发出的电脉冲即为流量脉冲信号，实 现其作为流量计的功能。同时在流量计管路上安装了电磁阀，可以随时打开和关 闭管路，实现对管路的控制。这种电磁脉冲阀价格低、体积小，质量轻，原理简 单，计数可靠性高，具有很高的性价比。 g 、，p 主要性能参数如下： 过滤精度：1 5 0 p r o ：最小计量数：5 m l p u l s e ；被测液体黏度范围：5 - 2 0 0 0 m _ p a s ；计量精度：0 5 ；流量范围：2 - 3 0 l m i n ；最大工作压力：7 0 b a r ； 损坏压力：1 4 0 b a r ；进出口管道规格：1 2 ；电源规格：2 4 v d c ，最大电流1 2 a 。 1 1 过滤器2 脉冲发生器3 电磁阀5 进油口6 出油口 ( a ) g p v 电磁流量计结构图 第3 章系统硬件设计 厂 i 一一一 永磁铁 r 弹簧继电器 c o ) 脉冲发生器原理图 图3 5g v p 电磁流量计结构原理图 3 5i 0 模块设计选择 3 5 1a d a m - 4 0 5 5 设计选择 系统设计思路是通过计算机控制电磁阀来控制加注过程，因工控计算机不能 直接通过通信口驱动电磁阀，需要中间模块来完成。数字量输入输出模块a d a m 模块是研华公司在国内应用较多、可靠性较好且在我曾协助导师建设的江汉油田 井下作业公司润滑站( 中心) 系统中稳定运行。因此本系统选用a d a m 系列，本系 统选用数字量输入输出模块a d a m 一4 0 5 5 。 a d a l v l 4 0 5 5 模块带有8 路隔离数字量输入和8 路隔离数字量输出，可用于 各种严格的应用中。该模块的输入可接受1 0 , - - 5 0 v 的电压信号，可提供5 - 4 0 v d c 的集电极开路输出。a d a m 4 0 5 5 模块使用方便，带有l e d 显示，可以很容易 的读取其状态。 图3 6 为本文设计a d a 卅4 0 5 5 端子及接线图。 第3 章系统硬件设计 d a t a + d a t a - + v s g n d ( y ) 2 ( 舒1 ( r ) 0 ( b ) c o m d ic o m d i ( n dg n d d oe 0 m d 0 ( n ) dg n d ( a ) a d a m 一4 0 5 5 输入输出端口( b ) a d a m 一4 0 5 5 接线图 图3 6a d 媸i - 4 0 5 5 端子及接线图 3 。5 2a d a m - 4 0 17 模块设计选择 对外部灌区状态的监控包括空气管路的压力，室内温度等等，这些数据的采 集分别采用压力和温度传感器，通过压力变送器和温度变送器将模拟量信号传入 计算机。经环境分析和a d a m 模块参数分析，本系统在此选用a d a m - 4 0 1 7 模块作 为模拟量输入模块。 a d a m - 4 0 1 7 模块是一款1 6 位8 通道模拟输入模块，所有通道都提供可编程输 入。该模块是工业测量和检测应用的非常经济有效的解决方案。它的光隔离输入 在模拟输入和模块之间提供3 0 0 0v d c 的隔离，保护模块和外围设备避免来自输 入线路高电压的损坏。a d a m - 4 0 1 7 提供信号调节、a d 转换、距离修正和r s 一4 8 5 数字通信功能。它通过a d 输入和3 0 0 0v d c 隔离变压器的光隔离设备来保护外 部设备，避免来自接地环路和动力高峰迫害。a d a 舻4 0 1 7 使用1 6 位受微处理器控 制s i g m a - d e l t aa d 的转换，转换传感器的电压或电流到数字信号。数字信号翻 译成工程单位。 3 6 其他部件的选用 动力装置：动力装置分两部分，一是从运输油桶里往储油罐中注油；一是加 注加油。储油罐管路因为运行开闭周期长，而且要求压力较大，因此选用电机驱 d d d d 渊，o 咖 d 甜2 3 4 a t-_-_ d d d d d d d m n 第3 章系统硬件设计 动的齿轮泵，每个储油罐都配备专用的加油泵。加注加油是系统主要部分，在运 行过程中启动关闭频繁，若采用电机驱动，对管路压力、电器电路都要求较高。 设计中采用意大利r a a s m 公司出产的气动油泵作为加注动力。系统运行中，气动 油泵一直处于工作状态，管路压力保持恒定，当电磁阀打开后，即可加注润滑油。 对于不同管路，润滑油的浓度不一样，高浓度的液体对泵的压力要求就会提高。 气动泵中有1 ：l 、3 ：l 、5 ：l 、5 0 ：1 等多种规格，对于相同的气压，不同的泵 会产生不同的压力。因此，对黏度不同的液体，要选用适合的气泵。系统中对1 2 种油品选用了三种不同比例的泵。企业有自身的气压管路，提供气泵压力，这样 极大的节省了动力源的能耗。 终端加注设备：终端加注设备是润滑油品的输出口，需要人工操作频繁的部 件，在选择上要手感和功能都能达到使用方便的要求。我们选用意大利p , a a s m 公 司的加注枪，金属手柄，带自锁功能，加注非常方便。另根据企业需要，可以在 油枪上加配套的计量表，让加油人员可以随时看到加注油量的信息。 3 7 本章小结 根据工艺流程和控制工作流程，本章对组成系统的主要硬件的进行了设计选 择，并对所选择的设备进行了设计分析、性能分析和参数构成叙述说明，这些硬 件设备的使用，保证了系统的稳定运行和加注过程的自动化得以实现，能够达到 新型润滑站( 中心) 油品加注工艺控制系统研制目的。 第4 章组态软件的设计选择 第4 章组态软件的设计选择 4 1 组态软件的现状与发展 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监 控层一级的软件平台和开发环境中，以灵活多样的组态方式( 而不是编程方式 提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容 易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和i o 设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合可向控制层和管理层提供软、硬 件的全部接口，进行系统集成。监控组态软件是面向监控和数据采集的软件平台 工具，具有丰富的设置项目使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现 时h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 或m m i ( m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 是其主要 内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的发展，实时数据库、实时控制、 s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 、通信及联网、开放数 据接口，对i o 设备的广泛支持已经成为它的主要内容。 新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软硬件平台构成的集成系 统取代传统的封闭式系统，具有适应性强、开发性好、易于扩展、经济、开发局 期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结 构，其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监 测与控制，而且常在控制系统中起着传上达下、组态开发的重要作用。监控层的 硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业化微机。 当前，计算机的发展日新月异，围绕着工控计算机的自动化集成系统新产品 新技术的推陈出新，组态软件在其中扮演越来越重要的角色。这几年，我国国有 大中型企业的改制不断深化，传统基础工业的现代化改造步伐会继续加快，不少 新项目也需上马，这些都给组态软件带来了新的市场空间，不难预测，最近几年， 中国的组态软件市场仍会以较快的速度发展。 组态软件和其它工业控制软件向着大型化和模块化发展。随着计算机软件的 第4 章组态软件的设计选择 发展，功能越来越强大，迫使工业组件组态软件也随之发展。成熟的商用技术软 件如：高级动画技术、分布式运算、大型数高数据库技术等到逐渐在组态软件上得 到了广泛应用。但基于工业软件长期运行可靠性的要求，其技术应用均比商用软 件滞后。网络及网络技术的飞速发展，组态软件也出现分布式、网络化的趋势。 比如组态软件直接支持i n t e m e t 远程访问功能己成为一个基本要求。组态软件向 模块化发展主要是满足嵌入式计算机控制系统中的应用。应该注意的是，组态软 件的模块化并未意味其功能的弱化，而是对组态软件的发展及开发提出了更高的 要求。可以预言，组态软件在中国进一步推广和应用，将促使我国工业控制技术 的应用不断上台阶，并有利于培养和造就一支行业内的高技术队伍，以缩短与发 达国家生产自动化水平的差距，提高我们的工业生产品的国际市场的竞争能力。 目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为两类，一类是国外专业 软件厂商提供的产品，如美国w o n d e r w a r e 公司的i n t o u c h 、美国i n t e l l u t i o n 公 司的f i x 以及德国西门子公司的w i n c c ，另一类是国内自行开发的国产化产品 如s y n a l l 、组态王、力控、m a g s 、c o n t r l x 等。而研华公司的网际组态软件 w e b a c e e s s 是刚从国外引进的，目前已经得到市场的广泛认可。 4 2 网际组态软件w e b a c c e s s 设计选择 4 2 1w e b a c c e s s 概述 w e b a c c e s s 是一种完全基于浏览器的用于开发h m i ( 人机界面) 和s c a d a ( 监 控和数据采集系统) 的自动化软件包。它使用标准的网络浏览器，用户能够简易的 监控工厂自动化设备，车间工业流程，智能楼宇等系统。所有的建构都是通过一 个标准的浏览器实现，包括i o 点的设定、图形的创建、下载、开始和停止监控 制节点。 使用w e b a c c e s s 能够建立强有力、全功能的应用软件，发挥m i c r o s o f tw i n d o w s 的主要功能。同时，w e b a c c e s s 也可以借着新增自订的b r o s e r - b a s e d 图库，及t c l s c r i p