靖边采油厂八号联合站监控系统设计毕业论文.doc

靖靖边边采采油油厂厂八八号号联联合合站站监监控控系系统统设设计计 摘摘 要要 联合站的正常运转对站内的安全生产过程 产品质量及经济效益具有重要 的意义 同时对来油的计量站与接转站的正常运行也有重大影响 本文以靖边采油 厂八号联合站的实际情况为背景 介绍了课题的来源和联合站监控系统的国内外发 展现状 对联合站进行了工艺分析 对控制方案进行了讨论 研究了硬件的实现和 软件的实现 其中采用工业自动化组态软件 组态王6 51 结合传感器技术 PLC 技术 通讯技术和计算机监控技术构建计算机监控系统 该系统具有现场信号采集 参数实时与历史趋势显示 参数与事件报警 现场工况动态显示等功能 能对各种 监控参数进行动态管理和报表自动生成 查询及打印 基本上满足了用户的需求 本系统实现了靖边采油厂八号联合站的实时监督与动态控制 提高了联合站的 自动化监控水平 减小了职工的劳动强度 消除生产安全隐患 保证生产过程安全 可靠运行 还提高了联合站的生产效率和经济效益 关键词 关键词 联合站 监控系统 PLC 智能模块 组态王 Design of Central Gathering Stations Monitoring System of JingBian Abstract The normal work of the central gathering stations is significance to the station safety in production process the product quality and the economic efficiency and is significant influence to the normal operation of the oil metering station and pumping station This article bases on JingBian s central gathering stations background introducing the origin of the topic and development situation of the central gathering stations in domestic and foreign and analysis the craft of central gathering stations discussing the control plan the hardware and the software realization The system s software is Kingview 6 51 including the union sensor technology the PLC technology the communication technology and the computer monitoring technology This system has signal gathered parameter real time and historical tendency demonstration the parameter and the event report to the alarm scene operating mode dynamic demonstration function The system meets the user need This system realizes the supervisory and the dynamic control of the JingBian s central gathering stations raising the automated monitoring level of central gathering stations reducing the intensity eliminating the danger which can guarantee the production process ran safely and reliably It also has improved the production efficiency and the economic efficiency of the central dehydration stations Key words central gathering stations monitoring system Intelligent modules KingView 目目 录录 1 绪 论 1 1 1 项目概述 1 1 2 联合站计算机监控系统的发展现状 1 1 2 1 国外现状 1 1 2 2 国内现状 2 1 3 本文主要内容 2 2 靖边采油厂八号联合站工艺分析 4 2 1 油田联合站概述 4 2 1 1 以采油为中心的地面系统的工艺流程 4 2 1 2 联合站的重要工艺环节 5 2 2 靖边采油厂八号联合站工艺流程描述 6 2 2 1 项目联合站内的具体工艺流程 6 2 2 2 靖边采油厂八号联合站内的主要工艺设备 7 2 3 靖边采油厂八号联合站监控系统的设计要求 8 2 3 1 设计依据 8 2 3 2 设计原则 8 2 3 3 遵循的主要设计规范 8 2 3 4 设计基础数据 8 2 3 5 设计规模 功能及能力 8 2 3 6 控制规范 9 3 靖边采油厂八号联合站监控系统的设计 10 3 1 概述 10 3 2 控制方案讨论 10 3 2 1 联合站监控系统的体系结构 10 3 2 2 联合站监控系统的技术特点 11 3 2 3 联合站计算机监控系统的要求 11 3 2 4 联合站监控系统的功能要求 13 3 3 靖边采油厂八号联合站计算机监控系统总体方案 13 4 八号联合站监控系统的硬件实现 16 4 1 监控系统硬件概述 16 4 2 系统硬件设计 16 4 2 1 项目对硬件的要求 16 4 2 2 系统硬件设计 16 4 3 系统硬件配置 17 4 3 1 研华工控机 17 4 3 2 西门子 PLC S7 200 简介 17 4 3 3 智能采集模块 18 4 4 本章小结 21 5 八号联合站监控系统软件实现 22 5 1 系统软件设计概述 22 5 2 系统软件设计思想及软件简介 22 5 2 1 系统软件设计思想 22 5 2 2 联合站监控系统常用的组态软件简介 22 5 3 系统软件设计 26 5 4 监控系统软件设计 27 5 4 1 建立靖边采油厂八号联合站新工程 27 5 4 2 图形画面开发 27 5 4 3 配置 1 0 设备 29 5 4 4 创建实时数据库 31 5 4 5 建立动画链接 31 5 4 6 亚当智能模块和 PLC 与上位机的通讯 41 5 5 本章小结 41 6 靖边采油厂八号联合站监控系统调试 42 6 1 系统硬件调试 42 6 2 系统软件调试 42 6 2 1 外部设备配置调试 42 6 2 2 应用软件调试 42 6 3 本章小结 43 7 总 结 44 参考文献参考文献 4545 致致 谢谢 4646 1 绪绪 论论 联合站是油气集中处理联合作业站的简称 也叫油气集中处理站 是油田油气 集输过程中的重要生产环节 是集油气分离 原油脱水 污水处理 油田注水 原油 稳定 天然气净化和消防等多个环节为一体的综合性生产过程 通常一块完整的油 气区块设置一个联合站 随着油气田所处地理环境 产量规模 油井多少 分散程 度 油气性质及工艺措施等因素的不同 联合站的任务有所差别 总体来说 其主 要任务是对进站油气 来自转接站或计量站 甚至直接来自油井 进行汇集 计量 油气水分离 脱水 通过原液稳定生产出合格的原油 含水 0 5 的稳定原油 经 过精确计量后密闭外输至油库或长输管道 经天然气处理生产出合格的干气并回收 轻烃 联合站内还具备一定的原油储存能力 有些联合站还包括注水系统或注蒸汽 系统 进行合理地油气田开发 1 1 项目概述项目概述 靖边采油厂八号联合站是靖边采油厂新建的重要项目 联合站集输系统与计算 机监控系统工程项目涉及锅炉供热 脱水 外输 注水 污水处理五个方面 靖边 采油厂八号联合站计算机监控系统 其主要任务是完成联合站内的主要生产过程监 控 对各运行参数 集输控制系统的温度 压力 液位 流量 可燃气体浓度等 有实时采集 动态显示 数据处理 报警等功能 目前国内多数油田都已进入高含水后期开发阶段 随着油田采出液含水的增加 油田联合站的来液量增大 负荷增加 部分设备已处于超负荷运行状态 同时由于联 合站外来进液量波动的影响 各环节的操作难度也有所增加 特别是油水分离过程 其特点是干扰因素多 作用频繁 影响较大 系统本身为多输入多输出 可控性及 可操作性较差 联合站原有的自动控制系统已不能满足实际生产的需要 还有 原 来联合站的计量工作是由人工来完成的 工作效率低 容易出错误 此监控系统将 会提高靖边采油厂八号联合站生产过程自动化生产管理水平 减小职工的劳动强度 消除生产安全隐患 还可以提高生产效率和经济效益 题目来源题目来源 西安石油大学与延长股份有限公司靖边采油厂科研合作项目 靖边采油厂八 号联合站监控系统研制 1 2 联合站计算机监控系统的发展现状联合站计算机监控系统的发展现状 1 2 1 国外现状国外现状 国外在联合站监控系统方面比我国发展的快速 早在上世纪的 50 年代 美国就 建成第一套自动化监控输送系统解决了原油的自动收集 处理 计量 输送问题 60 年代 Arco 油田公司就已经将 PLC 用于注水控制 并很快发展到报警 泵控等 其它领域 随着监控与数据采集系统越来越多的应用于油田生产控制与管理中 它 与油田开采中的处理设备上的检测仪表和控制设备直接连接 能够实时和不断的获 取检测仪表所检测到的运行信息 国外有些油田还实现了注气 注水的优化控制 自从美国 Honeywell 公司于 1975 年成功的推出世界上第一套 DCS 以来 经历 了 20 多年的时间 DCS 已走向成熟 目前的 DCS 发展成为基于计算机技术 Computer 控制技术 control 通信技术和图形技术即 4C 技术 通过通信网 络将分布在工业现场 附近 的现场控制站 检测站和操作控制中心的操作管理站 控制管理站及工程师站等联接起来 共同完成分散控制和集中操作 管理和综合控 制系统 目前国外已经将自动化技术提升到对原油的生产 储运 销售等环节进行全面 监控的现代化管理水平的高度 英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据地质 情况自动控制产量 美国油田甚至将销售差也考虑在自动化管理系统中 1 2 2 国内现状国内现状 目前的联合站监控系统主要分为人工监测控制 常规仪表自动监测控制 计算 机检测控制等三种方法 而我国很多地方依然停留在人工监测控制阶段而常规仪表 组成的控制系统在处理复杂控制系统 集中监控系统和控制精度等方面具有局限性 在我国 原油计量控制系统最先采用 DDZ 型仪表取得了一定经济效益 上世纪九十年代 计算机控制开始应用于联合站生产过程 尤其是西部塔里木 吐哈 准格儿三大盆地的开发和建设 油田生产过程中的自动控制和管理得到了迅 速的发展 1992 年 5 月 鄯善油田就使 308 口油水井 19 座计量站全部实现了由单 井 单个装置 单站自动化向全油田 全线自动化的转变 此外 中原油田设计院 研制的 SG 50 微机控制系统 承德石油学院研制的 GWC 80 型微机监控系统都将计 算机成功的应用于原油计量监控系统的控制 随着油田开采的深入 油田已经进入到高含水及日产量不稳定的阶段 因此对 油田的自动化水平要求亦越来越高 系统的控制策略已不适合当前中转站来液量大 且波动大的实际情况 监控软件中的先进控制方法以及软硬件交互的开放性应用也 不够 随着 DCS 向计算机网络控制发展 集输系统生产过程控制不仅限于联合站范 围内的操作和控制 还向过程控制系统和信息管理系统紧密结合方向发展 即控制 和管理一体化 因此 联合站采用 DCS 是最佳选择 目前绝大多数联合站采用的计 算机监控系统是 DCS 1 3 本文主要内容本文主要内容 靖边采油厂八号联合站计算机监控系统 采用DCS 集散控制系统 应用组 态王6 51进行软件开发 整个系统完成对站内生产过程的监督与控制 对各运行参 数 集输控制系统的温度 压力 液位 流量 可燃气体浓度等 实时采集 动态 显示 数据处理 报警 查询与打印等功能 本文的主要结构和内容 第一章 绪论 简单介绍了靖边采油厂八号联合站监 控系统的背景与意义 联合站监控系统的发展现状以及组态软件 第二章 靖边采 油厂八号联合站工艺分析 介绍了联合站监控系统的相关工艺 重点介绍了工艺流 程与项目的控制要求 第三章 靖边采油厂八号联合站监控系统的描述 首先从系 统的控制要求入手 结合联合站的实际情况以及联合站监控系统的现状及特点 通 过分析论证 确定了该项目的监控系统方案 第四章 靖边采油厂八号联合站监控 系统的硬件实现 根据系统控制要求与监控系统的方案 设计了计算机硬件系统 包括控制主机 控制器 现场采集模块等 并介绍了它们的功能 第五章 靖边采 油厂八号联合站监控系统软件设计 首先介绍了系统软件设计的设计思想 并根据 要求设计了监控软件系统 其次 对应用组态王6 51组态软件进行靖边采油厂八号 联合站监控系统软件设计的过程作了详细说明 最后结合自己设计过程中的收获与 碰到的问题进行了小结 第六章 靖边采油厂八号联合站监控系统调试 介绍了系 统的调试过程 并对出现的问题进行了简单的分析并给予相应的解决办法 第七章 对本系统的设计工作进行了总结 指出了本监控系统的优点与不足 2 靖边采油厂八号联合站工艺靖边采油厂八号联合站工艺分析分析 2 1 油田联合站概述油田联合站概述 油气田生产过程是一项复杂的系统过程 是多学科多技术的综合应用 包括地 质 物探 测井 钻井 采油 油气集输及处理 供配电系统及服务保障等多个环 节 多个系统 而油气田自动化技术贯穿于整个生产过程 本文主要涉及的是油气 的集输与处理环节联合站部分的工艺过程 联合站是油气集输及处理过程中的一个 必经的环节 在小一点的油气田也称之为集输站 处于以采油为中心的地面系统 下面就对该部分相关工艺作以介绍 2 1 1 以采油为中心的地面系统的工艺流程以采油为中心的地面系统的工艺流程 油气集输是把分散的油井所生产的石油 伴生天然气和其他产品集中起来 经 过必要的处理 初加工 合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户的工艺 全过程 主要包括油气分离 油气计量 原油脱水 天然气净化 原油稳定 轻烃 回收等工艺 以采油为中心的地面系统的工艺流程中包括井口 计量站 接转站 联合站 油库 长输管线等环节组成 油气集输及处理过程的流程框图如图2 1所示 联合站 接转站 接转站 配水 计量 计量 计量 计量 计量 气 天然气 液 轻油 液化汽 蒸汽 联合站 油库 稳定原油 输送 用户 装车 船 用户 装车 船 长输管道 注水井 1 2 3 4 5 6 7 蒸汽井 图图2 1 油气集输及处理工艺过程油气集输及处理工艺过程 1 生产井 将地下的油气水举升到地面 常见的井有自喷井和人工举升井两 种 自喷井是在油井开采初期 依靠油层自身具有的能量来开采 后者是依靠人工 方法向地下补充能量 提升原油到地面 2 计量站 油气计量站主要由集油阀组 俗称总机关 和单井油气计量分离器气 组成 在这里把数口油井生产的油气产品集中在一起 轮流对各生产井的油气水产 量的油藏分析参数进行实时计量 一般是8 12 口井设置一个计量站 3 计量接转站 有的油气计量站因油压较低 增加了缓冲罐和输油泵等外输 设备 这种油气小站叫计量接转站 既进行油气计量 还承担原油接转任务 初步 对气液两相进行分离 4 转油站 转油站是把数座计量 接转 站来油集中在一起 进行油气分离 油 气计量 加热沉降和油气转输等作业的中型油站 又叫集油站 有的转油站还包括 原油脱水作业 这种站叫脱水转油站 5 联合站 它是油气集中处理联合作业站的简称 主要包括油气集中处理 原 油脱水 天然气净化 原油稳定 轻烃回收等 油田注水 污水处理 供变电和辅 助生产设施等部分 汇集本块油田各接转站的油气水来量 并进行计量 进一步进 行油水分离 包括电脱水 天然气处理 同时具有一定的原油存储能力 2 1 2 联合站的重要工艺环节 1 原油脱水 从井中采出的原油一般都含有一定数量的水 而原油含水多了会给储运造成浪 费 需要增加设备 耗能多 原油中的水多数含有盐类 加速了设备 容器和管线 的腐蚀 在石油炼制过程中 水和原油一起被加热时 水会急速汽化膨胀 压力上 升 影响炼厂正常操作和产品质量 甚至会发生爆炸 因此外输原油前 需进行脱 水 使含水量要求不超过0 5 其中要用到破乳剂 破乳剂是一种表面活性物质 它能使乳化状的液体结构破坏 以达到乳化液中各相分离开来的目的 原油破乳是 指利用破乳剂的化学作用将乳化状的油水混合液中油和水分离开来 使之达到原油 脱水的目的 以保证原油外输含水标准 2 原油脱气 通过油气分离器和原油稳定装置把原油中的气体态轻烃组分脱离出去的工艺过 程叫原油脱气 合格原油主要标准 国家规定在净化后的原油中含水不能超过 0 5 含盐不大于50毫克 升 每吨原油含气不超过1立方米 涉及到油气分离器 油气分离器是把油井生产出的原油和伴生天然气分离开来的一种装置 有时候分离 器也作为油气水以及泥沙等多相的分离 缓冲 计量之用 从外形分大体有三种形 式 立式 卧式 球形 3 油气计量 油气计量是指对石油和天然气流量的测定 主要分为油井产量计量和外输流量 计量两种 油井产量计量是指对单井所生产的油量和生产气量的测定 它是进行油 井管理 掌握油层动态的关键资料数据 外输计量是对石油和天然气输送流量的测 定 它是输出方和接收方进行油气交接经营管理的基本依据 4 油气密闭集输 在油气集输过程中 原油所经过的整个系统 从井口经管线到油罐等 都是密闭 的 即不与大气接触 这种集输工艺称为油气密闭集输 2 2 靖边采油厂八号靖边采油厂八号联合站工艺流程描述联合站工艺流程描述 2 2 1 项目联合站内的具体工艺流程项目联合站内的具体工艺流程 靖边采油厂八号联合站的任务是对进站油气进行汇集 处理及外输计量 来自 计量站的油气要通过夹套管换热器加热使原油脱水 来自其它联合站的油气直接通 过热交换器进行加热脱水 来自其它管线的油气首先经过三相分离器进行油气水三 相的初步分离 然后将其送热交换器进行加热脱水 其中要加破乳剂 完毕后 下面是该项目联合站内的具体工艺流程 包括卸油流程 原油脱水流程 排污 流程 加药流程 站内扫线流程 共五个流程 1 卸油流程 自流 油罐车卸油槽 零位罐 卸车泵三相分离器 脱水沉降罐 2 原油脱水流程 11 口单井来油 计量分离器油水计量 1 2 3 接转站来油 汇管 z 7 计量站来油 z 加破乳剂 沉降罐 换热器 三相分离器 储油罐 装车泵 汽车外运 3 排污流程 a 三相 沉降罐污水 压力排污管 污水除油罐 b 大罐排污 油罐车放底水 零位罐排污 沉降罐排污 储油罐排污 污水池 4 加药流程 一桶一泵 破乳剂 三相分离器出口油汇管 加药装置 破乳剂 井口来油汇管 5 站内扫线流程 压缩风 阀组 三相分离器 换热器 储油罐 热水 压缩风 泵房 储油罐 热水 零位罐 装车管线 油罐车 2 2 2 靖边采油厂八号靖边采油厂八号联合站内的主要工艺设备联合站内的主要工艺设备 靖边采油厂八号联合站内的主要工艺设备见表 2 1 表表 2 1 设设备备配配置置表表 编号名称及规格 单位数量 1三相分离器 3000 9600 具1 2油泵 Q 12 5 m h H 60m N 7 5kw 3 台2 3装车泵 Q 50 m h H 60m N 18 5kw 3 台2 4原油沉降罐 700m 3 座1 5原油储罐 1000 m 3 座2 6零位罐 30 m 3 座1 7翻斗计量分离器 600 具1 8换热器 BUF600 1 6 70 4 5 25 2台2 9夹套管换热器 2 m 3 台 1 10卸油槽 800 台1 11收油器 DN150台1 12加油罐 1 m 3 具1 13计量泵 Q 0 36L h 弹出压力 1 5MPa台2 14沉降罐界面调节器台1 15放水看窗台2 16污油缸 380 台1 17地上电子衡 50t台1 18齿轮油泵 Q 1 0 m h H 145m 3 台1 19加药装置 WA 1 0 套1 2 3 靖边采油厂八号联合站监控系统的设计要求靖边采油厂八号联合站监控系统的设计要求 2 3 1 设计依据设计依据 延长股份有限责任公司靖边采油厂 靖边石油钻采公司郑石湾 高低南山区块9 万吨年产能建设油气集输和注水系统施工图委托书 2005年9月18日 2 3 2 设计原则设计原则 1 按照总体规划 分期实施原则 结合油田生产需要 合理确定建设规模 2 严格执行国家 行业现行的标准 规划和规范 3 优化工艺参数 在满足工艺要求的前提下 做到投资省 技术先进 安全 实用 4 做好油 气 水各系统平衡 合理利用能量 保护环境 2 3 3 遵循的主要设计规范遵循的主要设计规范 1 石油天然气工程设计防火规范 GB50183 2001 2 油气集输设计规范 GB50350 2005 3 现场设备 工业管道焊接工程施工及验收规范 GB50236 98 4 储罐区防火堤设计规范 GB50351 2005 5 石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范 SY0102 2000 6 油田油气处理用钢制压力容器施工及验收 SY0103 1998 7 阀门检查及安装规范 SY0107 2001 2 3 4 设计基础数据设计基础数据 1 原油物性 参照长庆局 2 固点12 19 3 蜡量8 6 12 5 4 质沥青1 2 8 6 5 初馏点18 76 2 3 5 设计规模 功能及能力设计规模 功能及能力 1 设计规模 根据延长油矿管理局靖边采油厂提供的郑石湾地区油田2005 2020年开发指 标预测 满足油田开发设计所确定的生产能力 确定本油田的设计规模为 2 原油处理能力6 0 10吨 年 综合含水75 10 3 原油储存及外输规模6 0 10吨 年 10 2 功能及能力 1 罐拉油卸车 设计卸油量 250 300t d 设2个卸车位 卸车加热 卸车位设DN25热水 头 对油温低的卸罐车加热 保证油自流进零位罐 零位罐内设加热盘管升温 至25 2 原油脱水 采用三相分离器及大罐热化学沉降脱水工艺 脱水温度50 加药量根据生产实际情况确定 脱水沉降时间24h 设一座 700m 沉降罐 在其检修时 可由一座1000 m 储油罐作沉降罐 脱水加热采 33 用70m 换热器两台 控制出口油温50 2 3 原油外输 油罐车拉油外输 设装车太一座 4 储存 储罐容量1000 m 两座 储存时间9天 3 5 罐区预留1000 m 油罐位置 以便扩容 3 2 3 6 控制规范控制规范 1 站内重要工艺参数检测采用计算机控制系统 主要有 1 三相分离器的压力指示 2 两座储油罐高低液位指示 报警 温度变送 指示 3 计量阀组间接转站来油管线压力变送器和温度变送器 4 原油外输 汽车拉油 电子衡计量读数指示 2 其余均为温度 压力 液位就地显示仪表 3 靖边采油厂八号联合站监控系统靖边采油厂八号联合站监控系统的设计的设计 3 1 概述概述 上一章我们分析了项目的工艺 设备的特点 拟定了联合站的工艺流程 并且 确定了系统的控制要求 本章我们进行联合站监控系统的方案讨论 根据监控系统 的体系结构 技术特点 控制要求和项目的实际情况 确定该油田联合站控制方案 为分布式智能模块控制与 PLC 相结合的控制系统的控制方案 控制方案的设计是 系统设计的核心 如果控制方案设计不合理 则无论选用何种先进的仪表都不能发 挥其作用 控制方案总体确定之后 选定一种合适的控制策略是达到最优控制的一 个重要环节 根据安全性 经济性和稳定性三相要求 应用过程控制理论对控制系 统进行分析和综合 最后采用适宜的技术手段加以实现 3 2 控制方案控制方案讨论讨论 3 2 1 联合站监控系统的体系结构联合站监控系统的体系结构 根据过程控制集中维护 统一管理的基本模式 监控系统在结构上是一个多级 的分布式计算机监控网络 一般可分为三级 即监控中心 SC Supervision Center 监控站 SS Supervision Station 监控单元 SU Supervision Unit 其中监控中心和监控站中监控主机为 PC 机或工控机 监控单元通常由现场仪 表构成 监控系统中的监控中心和监控站人员可以通过本地中心监控主机 监视其 监控范围内的所有被监控对象的工作状态 运行参数 同时监控系统还提供生成规 定的各种统计资料 图表等功能 系统各组成部分的主要功能如下 1 监控单元的功能 设备监控单元直接与被控设备相连 主要完成以下功能 1 周期性的实时采集被监控设备的运行参数与工作状态 并对其进行诸如 存储 显示等方面的处理 并实时主动的向监控站发送被监控对象的状态 2 随时接收和执行上一级计算机下达的对被控设备的控制命令 3 接受上一级下达的配置信息 刷新配置文件 4 具有一定的报表统计功能 并能定时或按要求上传给监控站 2 监控站的功能 监控站是监控系统中数据采集和数据处理的关键计算机 它向下与各设备监控 单元相连 通过串行通信接口接收各设备监控单元传送的数据 进行处理后向上一 级传送 其主要功能有 1 实时监视站内各监控单元的工作状态 同时与监控中心通信 实时的向 监控中心转发报警信息 并接收来自各监控单元的故障信息 2 设置各监控单元的参数如告警门限制 告警等级等等 4 实时显示监控单元采集的各种监测数据和告警信息 5 具有统计功能 能生成所需的各种统计报表及曲线 如告警统计报表 设备运行参数曲线等等 3 监控中心的功能 监控中心是监控系统中最高一级计算机 它除具有监控站的功能以外 还应具 有实时监视各监控站的工作状态并根据需要显示或打印监控站的数据和报警信息的 功能 随着工业自动化技术的迅速发展 综合自动化控制系统的水平在不断提高 从单机控制发展到分布式控制系统 DCS 随着可编程控制器 PLC 性能不断 完善 在 DCS 中得到了广泛的应用 近期又发展了新的全开放 全分散 可操作的 系统 现场总线控制系统 FCS 已开始应用于 DCS 的过程控制层 3 2 2 联合站监控系统的技术特点联合站监控系统的技术特点 联合站监控系统充分体现信息化和集成化 Information 20 mA 故障和过压保护 可抗 35V电压 采样速率 10次 秒 带宽 13 1Hz 50Hz 输入阻抗 2M欧姆 由它完成沉降罐 储油罐 三相分离器 热交换器的温度与液位模拟量的输入 以及可燃气体浓度模拟量的输入 3 ADAM 5017H 8路高速模拟量输入模块分辨率 12位 外加符号位 输 入类型 mV V mA 隔离电压 3000 VDC 高采样速率 ADAM 5000 485 5000E 100采样点 秒 ADAM 5510 ADAM 5511 最大8000采样点 秒 每个通道均可设置 不同的量程 输入范围 250 mV 500 mV 1 V 5 V 10 V 0 500 mV 0 1 V 0 5 V 0 10 V 0 20 mA 4 20 Ma 4 ADAM 4520 隔离 RS 232 到 RS 422 485 转换器 将 RS 232 信号转换成 隔离 RS 485 信号 如图4 5所示 主要特点 自动内部 RS 485 总线管理 RS 485 无需外部的流控制信号 3000 VDC 隔离保护 ADAM 4510S 4520 RS 485 数据线上的瞬态干扰抑制 传输速率可达 115 2 kbps 联网距离可达 4000 英尺 预留终端电阻位置 电源及数据流有指示灯指示 便于进行故障处理 电源要求 10 30 VDC 容易安装在 DIN 导轨或面板上 规格 输入 RS 232 4 线制 RS 232 接口 DB 9 接口 输出 RS 485 2 线制 或 RS 422 4 线制 速度 bps 1200 2400 4800 9600 19 2 k 38 4 k 57 6 k 115 2 k RTS 控制和 RS 422 模 式 可切换 RS 422 485 接口 插入式螺钉端子 隔离电压 3000 VDC 功耗 1 2 W 5 ADAM 5051 带LED显示的16路隔离型数字量输入模块 输入电压 30V最大 数字量输入电平 逻辑0 最大 1V 逻辑1 3 5V 30V 电路类型 上拉电流 0 5mA 10千欧电阻接 5V 功耗 0 4W 典型 0 53W 最大 图图4 5 ADAM4520 图图4 6 ADAM5056S 6 ADAM 5056S 16路隔离型数字量输入模块 如图4 6所示 通道数 16个 数字量出 集电极开路最大可达30V 负载电流100mA 最大负载功率 450mW 7 ADAM 5080 4通道计数器 频率输入模块 通道数 4个独立的32位计时器 最大计数值 4 294 967 285 32bit 输入频率 频率模式 1000Hz 最大 0 3Hz 最小 计数模式 5000Hz 最大 输入电平 隔离或TTL电平 最小脉宽 500S 频率模式 100S 计数模式 最小输入电流 2mA 隔离 隔离输入电平 逻辑0 最大 1V 逻辑1 3 5V 30V TTL输入电平 逻辑0 0V 0 8V 逻辑1 2 3V 5V 隔离电压 1000V 模式 计数 加 减 双向 频率 计数辅助功能 初始化预设置 高低报警设置 报警输出设置 循环 可编程数字噪声滤波 8微妙到65毫秒 功耗 1 3W 典型 1 5W 最大 4 4 本章小结本章小结 本系统采用了亚当智能模块 采集速率高 实时性好 使得系统的实时性高 采用了西门子PLC 具有很高的顺序控制和逻辑控制能力 还可以进行模拟控制 同时具有很高的性能 从而使得系统的运行安全可靠 现场仪表采用了隔离与防暴 手段 保证系统的安全性 通过本章硬件设计 使我对计算机的硬件组成有了进一 步的认识 同时了解如何用硬件来实现一个工程项目过程 了解了研华工控机 西 门子PLC 亚当智能模块的功能 5 八号联合站监控系统软件八号联合站监控系统软件实现实现 5 1 系统软件系统软件设计概述设计概述 上一章完成了监控系统的硬件实现部分 并且在最后对要求检测与控制的变量 配置了I O地址 以列表的形式表示出来 本章将进行监控系统的软件设计 首先选 择组态软件 接下来进行软件的简介 然后根据I O地址表完成系统软件的开发设计 5 2 系统软件设计思想及软件简介系统软件设计思想及软件简介 5 2 1 系统软件设计思想系统软件设计思想 1 联合站计算机监控系统对软件的要求 1 较高的安全可靠性 2 比较高的实时性 3 具有一定的扩展性 2 选用系统软件的原则 1 满足联合站监控系统对软件的要求 2 软件的开发过程尽量简单 开发尽量周期短 3 软件的性能价格比高 经济实惠 5 2 2 联合站监控系统常用的组态软件简介联合站监控系统常用的组态软件简介 组态软件是当今监控系统必不可少的组成部分 组态软件是指一些数据采集与 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 使用灵活的组态方式 为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的 通用层 次的软件工具 组态软件支持各种工控设备和常见的通信协议 并且通常应提供分 布式数据管理和网络功能 对应于原有的 HMI 人机接口软件 Human Machine Interface 的概念 组态软件是一个使用户能快速建立自己的 HMI 的软件工具 或开发环境 利用组态软件的功能 可以构建一套最适合自己的应用 系统 随着组态软件的快速发展 实时数据库 实时控制 SCADA 通讯及联网 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 随着技术的发展 监控组态软件将会不断被赋予新的内容 目前 在联合站监控系统的上位机采用的工业自动化组态软件很多 下面简单 介绍几种常用的组态软件 1 组态王是国内较有影响的组态软件 它是在流行 PC 机上建立的工业控制对象 人机接口的一种智能软件包 组态王提供了资源管理器式的操作主界面 并且提供 了以汉字作为关键字的脚本语言支持 它以 Windows 图形功能完备 界面一致性好 易学易用 2005 年推出的组态王 6 51 最新版本 提供多种硬件驱动程序 PLC 智 能仪表 智能模块 变频器 板卡 本系统的软件就采用了北京亚控自动化科技 有限公司的基于 Windows200NT 的组态软件组态王 6 51 1 组态王 6 51 软件包由工程管理器 ProjManager 工程浏览器 TouchExplorer 画面开发系统 TouchMak 内嵌于工程浏览器 和运行系统 TouchVew 四部分组成 工程管理器 ProjManager 用于新工程的创建和已有工程的管理 是计算机内所 有应用工程的统一管理环境 用于新工程的创建与删除 并能对已有工程进行搜索 备份及有效恢复 实现数据词典的导入与导出等功能 工程浏览器 TouchExplorer 是应用工程的设计管理配置环境 进行应用工程的 程序语言的设计 变量定义管理 连接设备的配置 开放式接口的配置 系统参数 的配置 WEB 发布等 画面开发系统 TouchMak 是应用工程的开发环境 用于完成画面设计 动画 连接 程序编写等工作 它具有先进完善的图形生成功能 数据词典提供多种数据 类型 能合理地提取控制对象的特性 对变量报警 趋势曲线 过程记录等功能简 捷操作 运行系统 TouchVew 是组态王 6 51 软件的实时运行环境 开发的画面只有在 此运行才能实时反映现场的运行情况 它负责从控制设备中采集数据 操作记录 趋势曲线等监视 存储功能 并按实际需要记录到历史数据库 2 组态王与下位机的通讯 组态王把每一台与之通讯的设备 硬件或软件 看作是外部设备 目前能连接 PLC 智能仪表 板卡 模块 变频器等几百种外部设备 为实现和外部设备的通 讯 组态王内置了大量设备的驱动作为组态王与外部设备的通讯接口 在开发过程 中只需根据工程浏览器提供的 设备配置向导 窗口完成连接工程 在运行期间 组 态王就可通过驱动接口和外部设备交换数据 包括采集数据和发送数据指令 每一 个驱动就是一个 COM 对象 这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统 既保 证了运行的高效率 又使系统有很强的扩展性 组态王和下位机的通讯如图 5 1 所 示 图图 5 1 组态王和下位机的通讯组态王和下位机的通讯 3 组态王 6 51 功能简介 基本人机界面功能 提供一个完全中文界面 为用户提供了丰富的快速应用 设备工具 便利的集成开发环境 强大的通讯功能 提供多种通讯方式 如串行 DDE 板卡 人机接口 网络节点等方式 此外 组态王还提供驱动程序开发软件包 用户可使用此软件包 编制自己系统所需的驱动程序 高效的数据采集功能 组态王对通讯程序做了多种优化处理 尽量使通讯瓶 颈对系统的影响最小 同时保证数据传递的及时和准确 故障诊断与恢复功能 组态王精心优化了通讯故障的诊断机制 可以在极短 的时间 1 2 个采集周期 内报告故障的发生 并诊断出出现故障的下位机 非常有助 于现场工程师及时排除险情 组态王的自动恢复功能是指 当下位机被更换或恢复运行后 不需要现场工程 师对软件系统作任何干预 组态王通过短时间的尝试后 可以自动恢复与下位机的 通讯 先进的报警和事件管理 报警是过程状态出现问题时发生的警告 同时要求 操作人员做出响应 组态王报警系统具有方便 灵活 可靠 易于扩展的特点 提 供多种报警管理功能 包括 基于事件的报警 报警分组管理 报警优先级 报警过 滤 新增死区和延时概念等功能 以及通过网络的过程报警管理 报警和事件管理功能 报警是过程状态出现问题时发生的警告 同时要求操 作人员做出响应 组态王报警系统具有方便 灵活 可靠 易于扩展的特点 提供 多种报警管理功能 包括 基于事件的报警 报警分组管理 报警优先级 报警过滤 新增死区和延时概念等功能 以及通过网络的过程报警管理 广泛的数据获取和处理 在组态王的开放结构中 系统可以与广泛的数据源 交换数据 如 I O 动程序 ODBC 数据库 OPC 服务器 动态数据交换 DDE ActiveX 控件等 同时可以将数据以趋势 报表等形式显示出来 强大的网络和冗余功能 组态王基于网络的概念 可运行在基于 TCP IP 网络协议的网上 使用户能够实现上 下位机以及更高层次的厂级连网 另外 随 着网络的无限蔓延 组态王每一台数据采集站从工业现场采集的数据 可以被网络 上的所有其他站点直接访问 使数据在任何时间 任何地点畅通无阻 同时支持分 布式网络报警 分布式历史数据库等 功能强大 稳定可靠 组态王提供五种冗余方式 I O 通讯冗余 I O 设备冗余 计算机冗余 系统冗 余和网络冗余 保证系统的安全可靠性 4 组态王 6 51 应用工程开发的一般过程 开发设计图形画面 定义外部设备驱动 创建数据库变量 进行动画连接 系统的运行和调试 2 InTouch Wonderware 的 InTouch 软件是最早进入我国的组态软件 在 80 年 代末 90 年代初 基于 Windows3 1 的 InTouch 软件曾让我们耳目一新 并且 InTouch 提供了丰富的图库 但是 早期的 InTouch 软件采用 DDE 方式与驱动程序 通信 性能较差 最新的 InTouch7 0 版已经完全基于 32 位的 Windows 平台 并且 提供了 OPC 支持 3 Fix Intellution 公司以 Fix 组态软件起家 1995 年被爱默生收购 现在是爱 默生集团的全资子公司 Fix6 X 系列软件提供了工控人员熟悉的概念和操作界面 并提供完备的驱动程序 需单独购买 Intellution 将自己最新的产品系列命名为 iFix 在 iFix 中 Intellution 提供了强大的组态功能 但新版本与以往的 6 X 版本并 不完全兼容 原有的 Script 语言改为 VBA Visual Basic for Application 并且在 内部集成了微软的 VBA 开发环境 遗憾的是 Intellution 并没有提供 6 1 版脚本语 言到 VBA 的转换工具 在 iFix 中 Intellution 的产品与 Microsoft 的操作系统 网络 进行了紧密的集成 Intellution 也是 OPC Ole for Process Control 组织的发起成员 之一 iFix 的 OPC 组件和驱动程序同样需要单独购买 4 Citech Cit 公司的 Citech 也是较早进入中国市场的产品 Citech 具有简洁的 操作方式 但其操作方式更多的是面向程序员 而不是工控用户 Citech 提供了类 似 C 语言的脚本语言进行二次开发 但与 iFix 不同的是 Citech 的脚本语言并非是 面向对象的 而是类似于 C 语言 这无疑为用户进行二次开发增加了难度 5 Wincc Simens 的 Wincc 也是一套完备的组态开发环境 Simens 提供类 C 语 言的脚本 包括一个调试环境 Wincc 内嵌 OPC 支持 并可对分布式系统进行组态 但 Wincc 的结构较复杂 用户最好经过 Simens 的培训以掌握 Wincc 的应用 6 Controx 开物 华富计算机公司的 Controx2000 是全 32 位的组态开发平台 为工控用户提供了强大的实时曲线 历史曲线 报警 数据报表及报告功能 作为 国内最早加入 OPC 组织的软件开发商 Controx 内建 OPC 支持 并提供数十种高性 能驱动程序 提供面向对象的脚本语言编译器 支持 ActiveX 组件和插件的即插即 用 并支持通过 ODBC 连接外部数据库 Controx 同时提供网络支持和 Wevserver 功能 7 forcecontrol 力控 大庆三维公司的 forcecontrol 力控 从时间概念上来 说 力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一 只是因为早期力控一直没有作 为正式商品广泛推广 所以并不为大多数人所知 大约在 93 年左右 力控就已形成 了第一个版本 只是那时还是一个基于 DOS 和 VMS 的版本 后来随着 Windows3 1 的流行 又开发出了 16 位 Windows 版的力控 但直至 Windows95 版本的力控诞生 之前 他主要用于公司内部的一些项目 32 位下的 1 0 版的力控 在体系结构上就 已经具备了较为明显的先进性 其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实 时数据库的三层结构 而且其实时数据库结构可为可组态的活结构 最新推出的 5 0 版在功能的丰富特性 易用性 开放性和 I O 驱动数量 都得到了很大的提高 其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity Rockwell的RSview NI的 Lookout Pcsoft的Wizcon以及国内一些组态软件通态软件公司的MCGS 也都各有 特色 5 3 系统软件系统软件设计设计 监控系统软件由上位机系统软件 组态王6 51应用软件 实时采集与控制接口 软件和STEP7控制接口软件组成 监控系统软件的上位机采用图形功能完备 界面 一致性好 易学易用的Windows 200NT 作为组态王6 51组态软件开发运行环境 监控系统的人机界面由四幅画面组成 监控画面 报警和事件画面 实时曲线 历 史曲线 完成工况现场显示 历史数据查询 报警 实时曲线与历史曲线显示 实 时采集与控制接口软件与STEP7控制接口软件完成实时数据的采集与实时控制 如 图5 2所示 使用工程出件 使用控制出件 报 表 及 打印 历 史 报 警 时 报 警 实 历 史 曲 线 实 时 曲 线 实 时 参 数 工 况 参 数 工 况 图 工况参数 通怯出件 控制人机界面 制 数据采集及控 秤重数据采集 采集与控制 接口出件 接口出件 地秤衡 组态王6 5用出件 图图5 2 靖边采油厂八号联合站监控软件原理图靖边采油厂八号联合站监控软件原理图 5 4 监控系统软件设计监控系统软件设计 5 4 1 建立靖边采油厂八号联合站新工程建立靖边采油厂八号联合站新工程 打开组态王 6 51 后 首先要建立一个新工程 自己要开发的工程 单击工具 栏的 新建 按照提示单击 浏览 选择工程存储路径 如 C Documents and Settings 呼明 然后为新工程命名 靖边采油厂八号联合站监控画面 在工程描述 栏键入 计算机监控系统 点击 完成 所建立的新工程就自动显示出来 并 将其设为当前工程 双击后进入画面的