油田联合站设计毕业论文
目录
1 绪论 .............................................................. 1
1.1 课题研究的目的、意义以及课题的来源 .................................................................. 1 1.1.1 课题研究的目的 .................................................................................................... 1 1.1.2 课题研究的意义 .................................................................................................... 2 1.1.3 课题的来源 ............................................................................................................ 2 1.2 油田联合站监控技术研究现状和发展趋势 .............................................................. 3 1.2.1 国外研究现状及趋势 ............................................................................................ 3 1.2.2 国内研究现状及趋势 ............................................................................................ 3 1.3 计算机监控在油田联合站中的应用 .......................................................................... 4 1.3.1 油田联合站计算机监控系统的特点 .................................................................... 4 1.3.2 油田联合站计算机监控系统存在的问题以及发展方向 .................................... 5 1.4 本课题研究的主要内容和论文的结构 ...................................................................... 5
2 联合站工艺分析 .......................................... 7
2.1 十一号联合站概况 ...................................................................................................... 7 2.1.1 十一号联合站原油生产工艺流程分析 ................................................................ 7 2.1.2 十一号联合站水流工艺分析 ................................................................................ 7 2.2 十一号联合站综合控制系统的控制要求 .................................................................. 7
3 十一号联合站综合监控系统方案设计 ...... 9
3.1 计算机监控系统简介 .................................................................................................. 9 3.1.1 计算机控制系统的组成原理 ................................................................................ 9 3.1.2 计算机控制系统的设计原则 ................................................................................ 9 3.1.3 计算机控制系统的功能 ...................................................................................... 10 3.2 联合站计算机综合监控系统的方案设计 ................................................................ 11
4 十一号联合站综合监控系统硬件实现 .... 13
4.1 监控系统硬件概述 .................................................................................................... 13 4.2 十一号联合站监控系统的硬件配置与I/O点数统计 ............................................. 13 4.2.1 监控系统硬件原理图 .......................................................................................... 13 4.2.2 监控系统I/O点数统计 ...................................................................................... 14
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4.2.3 监控系统中选用的硬件设备清单 ...................................................................... 14 4.3 十一号联合站监控系统的硬件实现 ........................................................................ 15 4.3.1 本次设计对硬件的要求 ...................................................................................... 15 4.3.2 系统硬件介绍 ...................................................................................................... 15
5 十一号联合站综合监控系统软件设计 .... 18
5.1 计算机监控系统软件的选择 .................................................................................... 18 5.2 组态王软件简介 ........................................................................................................ 18 5.2.1 组态王6.53软件的构成 ..................................................................................... 19 5.2.2 组态王6.53软件的主要功能 ............................................................................. 19 5.2.3 用组态王建立应用工程的一般过程 .................................................................. 21 5.3 计算机监控系统软件组成原理图 ............................................................................ 21 5.4 十一号联合站监控系统工程的建立与动画连接 .................................................... 22 5.4.1 十一号联合站监控系统工程的建立 .................................................................. 22 5.4.2 主监控画面的的设计 .......................................................................................... 24 5.4.3 定义外部设备和数据变量 .................................................................................. 28 5.4.4 动画连接 .............................................................................................................. 34 5.5 监控系统的报警和事件 ............................................................................................ 36 5.5.1 建立报警和事件窗口 .......................................................................................... 36 5.5.2 报警画面 .............................................................................................................. 41 5.6 监控系统的实时参数和参数设置 ............................................................................ 42 5.6.1 实时参数 .............................................................................................................. 42 5.6.2 参数设置 .............................................................................................................. 44 5.7 监控系统的趋势曲线 ................................................................................................ 46 5.8 监控系统的报表系统 ................................................................................................ 49 5.8.1 创建实时数据报表 .............................................................................................. 49 5.8.2 创建历史数据报表 .............................................................................................. 50 5.9 用户登录、画面切换以及退出功能 ........................................................................ 51 5.9.1 用户登陆 .............................................................................................................. 51 5.9.2 画面切换和退出功能 .......................................................................................... 51
6 系统的调试与运行 .................................... 53
6.1 概述 ............................................................................................................................ 53 6.2 系统调试前应注意的问题 ........................................................................................ 53 6.3 系统的运行与调试 .................................................................................................... 53
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6.3.1 硬件运行和调试 .................................................................................................. 53 6.3.2 软件运行和调试 .................................................................................................. 54
总结 .................................................................. 59 参考文献 .......................................................... 60 致谢 .................................................................. 62 附录 .................................................................. 63
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1 绪论
随着科学技术的不断进步,特别是工业控制技术的飞速发展,我们已经开始步入一个崭新的自动化控制新时代。计算机自动监控系统已经广泛的应用于离散过程、连续过程等各种工业自动化领域以及电力、化工、食品、水处理等各个行业。现在国内外都将计算机监控系统对油田联合站的各个生产工艺过程进行实时监控、与数据采集等,计算机监控系统的发展为油田联合站的自动化监测注入了新的活力。因为油田联合站是油气田集输过程中的一个重要环节,它直接关系到外输原油的质量,其工艺特点是系统关联紧密、操作规程严格、系统运行状况复杂多变且系统过程中流程多变。所以采用计算机监控系统对其工艺过程进行实时监控可以有效的提高生产率、减少事故发生率、降低工人的劳动强度。本文主要针对联合站原油集输、油气分离、原油脱水等工艺过程介绍了其计算机监控系统硬件以及软件的设计。
1.1 课题研究的目的、意义以及课题的来源
1.1.1 课题研究的目的
本课题研究目的是针对联合站原油集输、油气分离、原油计量、原油脱水等工艺过程的分析,进行监控系统的硬件与软件设计,同时对系统的适应性进行研究,建立一套具有实际应用能力的监控系统。本次设计的计算机监控系统应达到以下目的:
(1)能及时地,正确地对运行设备的运行参数和运行状况做出全面监测,预防和消除事故隐患。
(2)对设备和运行状况进行必要的指导,提高设备运行的安全性、可靠性和有效性,把运行设备发生事故的概率降低到最低水平,将事故造成的损失减低到最低程度。
(3)通过对运行设备进行监测、隐患分析和性能评估等,为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信息。
总的来说,进行计算机监测的目的就是确保设备的安全运行,预防和消除事故隐患,避免事故发生。因此,自动化控制与管理信息系统为实现加油站全面自动化监控提供了可能。
应用基于《组态王6.53》的计算机监控技术,实现11号联合站计算机监控系统的上位机监控,达到如下目的:
① 实现对站内工艺流程实时监测,当设备运行出现故障、参数越限时,系统及时产生报警。
② 实现对站内的设备运行状况、压力、流量、温度、液位,以及站区内的可燃
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气体浓度的监测。 1.1.2 课题研究的意义
监控系统的软件正向先进控制方向发展,自动化监控软件主要包括:人机界面软件(HMI)如Intouch、iFix、组态王等;基于PC的控制软件,统称软PLC或软逻辑,如亚控的KingAct以及即将推出的组态王嵌入版、西门子的WinAC等;还包括生产执行管理软件,如Intellution公司的iBatch、Wonderware公司的InTrack等。今天的HMI软件将传统的操作员界面、过程的可视性、数据的采集和报警以及基于实时生产数据的企业解决方案结合在一起,同时将数据从控制器读出并送往厂级管理系统,然后将管理信息送回到过程硬件。这些软件产品不只是作为人机界面,也成为实时信息自动化系统和任何需要实时信息系统之间的纽带。可以为HMI、SCADA、Batch、Softlogic、WindowsCE、MES、Internet乃至企业历史数据库应用提供一个完整的解决方案。它集成了COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先进的现代软件技术,使所有的应用组件都可以无缝集成到一个系统中去,并且可以很方便地在网络上共享数据。用户无论是在 UNIX 系统上,还是在Windows系统上,都可通过组态界面十分方便地完成数据库测点定义、对象定义、现地控制单元的各种模件定义、处理算法定义、通信端口和通信协议的定义、顺序控制流程生成、检测、加载等各种功能的应用定义以及维护,真正体现了主系统服务的面向对象、可靠、开放、友好、可扩展和透明化。
为适应开放化、标准化、网络化、高速化和易用化的发展技术,计算机监控系统中的软件支持平台和应用软件包趋向于通用化、开放化、规范化。从油田生产高可靠性的要求出发,在油田自动化监控系统中的后台操作系统采用UNIX操作系统,数据库系统采用ORACLE数据库得到了广泛的应用,前台监控工作站因较多采用PC构架的计算机。因此,较多地采用Windows操作系统。
因此研制开发联合站综合监控系统软件设计具有以下意义:
(1)Windows强大的图形编辑功能,以动画方式显示监控设备的运行状态,方便地构成监控画面和实现控制功能,并可以生成报表、历史数据库等,为工业监控软件开发提供了便利的软件开发平台,从整体上提高了工控软件的质量。
(2)对生产过程进行实时监控与动态跟踪,将过程中的主要参数、数据通过GPRS传输到计算机中进行处理、监控,将生产与管理联系起来,使得生产过程中的实时信息能够及时的传递到管理者手中,从而为管理者作出及时、正确的决定提供依据,具有很大的实际意义以及经济利益。 1.1.3 课题的来源
本课题来源于延长油田股份有限公司靖边采油厂11号联合站综合监控系统的开发科研项目,目的是通过开发研制一套综合监控系统,实现油田联合站的自动化控制与实时监测,保证原油集输等重要工艺的安全与效益,有效的控制各种工艺参数,提
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高生产率和安全水平。
1.2 油田联合站监控技术研究现状和发展趋势
1.2.1 国外研究现状及趋势
国外油田自动化监控工作已有几十年的历史了。一些先进的监控系统如监控与数据采集系统(SCADA)以及GPRS网络传输方式在国外各个油田早就开始应用了。50年代,美国海湾公司就建成了第一套自动化监控输送系统(LACT)装置,解决了原油的自动收集、处理、计量和输送问题。60年代,Arco油气公司的Iatan East Howard油田PLC用于注水控制,并很快发展到报警、泵控等其他领域。80年代分布式监控系统就已经应用于石油行业。随着DCS系统采用一些先进的控制策略,使部分生产过程的控制得到了进一步优化。HONEYWELL公司的非线性液位控制可以适合进液的波动。美国通用公司的无模型控制器可以适合太滞后、时变温度控制等将检测与控制技术集一体,为油田集输控制提供了一体化解决方案。
英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据监测的地质情况自动控制油井的产量,保证地层原油达到最大采收率。美国LUFKIN公司推出PRC油井自动控制系统功能齐全,完全能够满足对油田抽油机进行全方位测控的需要。
目前国外已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。比如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的控制油井的产量,确保底层原油达到最大采收率。美国油田甚至将销售过程中温度影响体积的销售差额,也考虑设置到自动化管理系统中。 1.2.2 国内研究现状及趋势
国内油气集输、油气采集等技术较国外处于落后阶段,大多数数据采集仍然依靠人工完成,虽然在一定程度上已建立了石油管理局一级的管理信息系统,但油井现场的数据还不能实现无缝实时上传,无法实现高效的采油调度管理.为满足各油田数据采集的需要。从90年代开始,一些自动化设备与技术才慢慢的被引进油气生产中,在经过几十年的发展应用后,油田联合站监控系统已经逐渐向国际化靠拢。目前,油田远程监控系统已经应用于石油行业,实时采集设备工作状态信息,实现对现场数据的采集分析以及设备监控,从而以达到采油的自动化和可视化并及时了解设备的运行情况来提高安全水平与经济效益的目的。
宝力格油田为实现生产管理的全面自动化,提高油田管理水平,利用一级计量站RTU(远程控制终端)、现场仪表的下位机系统和二级中心控制室SCADA(数据采集技术)的上位机系统,通过远程无线传输,在7座计配站及其所辖单井应用了自动化数据采集和监控技术,对计量站内和站外油水井的生产过程和工艺参数(如温度、压力、流量、含水、单井井口温度、运行电流等)进行数据自动采集、传输和监控。实现了油气水三相计量控制,可对单井定时计量、定次计量和任意井数的计量,含水率实时在线测试。
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该技术的成功应用,有效地提高了油气水的数据录取精度,监控系统单个计量站自成体系,实现了计配站无人值守,提高了该油田的管理水平。
大庆油田在2004年间对油田生产的监控过程中,针对控制对象以及控制要求,采用PC机作为上位机,主监控站与操作站之间采用MODEM进行网络通讯,现场数据采集系统采用PLC控制器连接仪表。数据采集单元采用的是OMRON C200HX PLC,通过RS232与上位机软件进行通讯,同时PLC可脱离上位机,独立实现对监控点的监测。这样的整套监控系统,实现了生产现场的实时动态监控;良好的人机界面是操作员对现场情况一目了然,在监控画面上可随时调节PID控制参数,进行实时和历史报警、调阅历史报表并可以自动或手动打印报表;
自动化程度高,可靠性好、减轻了工人的劳动强度、提高了工作效率。
虽然全国各地各采油厂、联合站已不同程度地进行了油气生产自动化监控系统的试点工作,但水平参差不齐,也暴露出很多的问题,主要表现在现场设备可靠性差,可维护性差,不能承受现场恶劣的工作环境(包括高温、低温、潮湿和沙尘),目前在全国范围内安装此类自动化设备的油田联合站还不到5%。就现在的监控系统来看,由于参与的厂商较多,产品的水平存在差异,各个厂家都是在做试点工作,也有个别厂家开始规模推广。数据开放性不够,往往是各个厂家互不兼容,软件数据不能共享,呈现一个个的自动化孤岛。因此在很多情况下,不能对数据进行局部细微的分析,难以让工程技术人员掌握第一手的资料。
从国内油田监控系统的发展过程和今后的发展趋势来看,自动化监控技术将越来越多的应用到油田联合站、油井的监控系统中,而且必将数字化和网络化。
1.3 计算机监控在油田联合站中的应用
1.3.1 油田联合站计算机监控系统的特点
油田联合站计算机监控系统一般具有一下特点:
1.监测、控制、管理一体化。监测功能即生产现场的数据采集和设备运行情况的监视及报警。控制功能,即PLC或计算机根据工艺要求及设备运行参数的变化自动或提示操作人员控制设备的运行。管理功能,即生产数据处理、故障诊断与事故处理、各种报表统计打印等。将监测、控制、管理功能融合起来,形成监、控、管一体化系统,是油田生产过程自动化的必然要求和发展趋势。这样将有助于资源共享,实现全局自动化,增强控制系统的功能,降低系统成本。
2.分布式系统。油田生产过程是一个复杂的连续批量生产过程,从原油集输、原油分离到原油储运等是一个典型而复杂的多点监控系统。同时各功能单元地理位置分散,相互间相互影响,相互之间的通信要保证数据和控制信号的及时正确的传输。
现阶段应用于生产监控系统的控制系统主要有3种形式,PC总线工控机系统、集散控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)系统。
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本次设计采用第三种控制系统即可编程逻辑控制器(PLC)系统,该系统最早是应用在数字逻辑处理的领域中,但随着应用范围和应用领域的扩大以及生产工艺的不断完善和日益复杂,现在PLC系统在模拟量处理上取得了很大的进展。PLC控制系统的系统结构为PLC十上位机。整个生产工艺过程的数据采集和过程控制都由PLC来完成,而上位机只是完成数据显示、人机界面操作和对整个工艺、控制系统的管理,以及报表打印等。因过程的数据采集和过程控制都是PLC来完成,而PLC受到人为因素和环境因素的影响很小,稳定性很好,这种结构的可靠性比较高。 1.3.2 油田联合站计算机监控系统存在的问题以及发展方向
目前油田联合站的计算机监控系统还存在着以下三个问题:
1.生产厂家的问题。目前在变电站自动化系统选型当中存在着所选系统功能不够全面,产品质量不过关,系统性能指标达不到要求等情况。
2.不同产品的接口问题。接口是自动化监控系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一,不同厂家的产品要在数据接口方面沟通,需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通讯规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时,问题会很严重。
3.传输规约和传输网络选择的问题。要实现联合站监控系统标准化,就要实现传输规约的标准化和传输网络的标准化,做到传输规约和网络的统一,才能实现联合站监控系统内设备的互换性,这一点对于制造厂商和用户都是非常有利的,对于联合站监控系统的发展也是非常重要的。
油田联合站计算机监控系统的发展方向:
现场总线技术、Ethernet技术的出现和应用,以及计算机技术的发展,使目前的生产监控系统逐渐向分布式系统和远程监控系统方向发展。其发展方向主要是分布式控制系统和统一的现场总线控制系统,开放式的综合集成与网络化控制系统。以分布式控制系统为基础,结合现场总线技术、Internet技术和先进的软件开发技术。使得开发分布式监控系统得到了迅速的发展。
1.4 本课题研究的主要内容和论文的结构
本文主要针对11号联合站的工艺流程进行系统综合设计与研究。将站内的主要流程划分程工艺流程图雨水路图两大部分进行设计与研究,并根据联合站的实际要求,对计算机监控系统的组成进行设备的选型。在软件设计中,为了更好地描述系统硬件组成,建立了人机画面(如实时、历史趋势曲线,报警窗口与报警记录,实时、历史数据报表画面),实现了人机监控。最后通过对监控系统的调试,达到对站内各个区域参数的监控。
论文的主要结构与内容:
第一章:绪论简单介绍了课题的来源、背景和意义、油田站监控系统在国内外的
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发展现状以及发展趋势。
第二章:对11号联合站的工艺流程做了简单的介绍,介绍了11号联合站综合控制的控制要求。
第三章:根据11号联合站的实际情况和系统的控制要求,设计了计算机综合监控系统控制方案。
第四章:对11号联合站的计算机监控系统硬件设计做了简单的介绍。根据系统控制要求与监控系统的方案,设计了监控硬件系统,包括控制主机,现场采集模块,无线传输模块等,并介绍了它们的功能。
第五章:介绍了11号联合站计算机监控系统软件设计。首先介绍了系统软件设计要求及组态王6.53系统软件,对组态王的组成,工作原理作了介绍,接着在硬件设计的基础上,采用组态王软件与外部设备连接。从信号采集,曲线分析,智能报警,报表分析都做了具体的动画连接,实现了画面切换,人机互动,达到了自动监控的功能。根据联合站控制要求选择控制方案,包括选择合适的PLC,上位监控软件以及系统的硬件配置;制定合适的控制方案,应用组太王6.53开发出控制要求的全部画面;对整个上位监控系统进行模拟的调试并试运行,观察是否达到了用户的控制要求。
第六章:系统的调试与运行。首先分别从组态王的软件仿真调试、硬件调试、软硬件联动调试三个步骤介绍了系统的调试,并对系统的运行状况和液位、压力等控制量的控制效果进行了分析。
第七章:结论。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和不足。
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2 联合站工艺分析
2.1 十一号联合站概况
11号联合站不仅担负原油一次沉降放水和外输任务,同时还担负着原油脱水、原油稳定、污水处理、高压注水等项工作,是靖边采油厂的一个重要的原油处理与外输基地。
11号联合站的主要工艺流程包括有来车卸油、管输进站、油气分离、原油沉降脱水、存储和汽车拉油外销等。联合站内设有卸油鹤位和两个装车鹤位,同时配备有2400m3/d注水能力和2800m3/d的污水处理能力。现在油站正在逐步发展,各方面逐渐趋于成熟。
2.1.1 十一号联合站原油生产工艺流程分析
计量站来油首先经过换热器进行加热,经过加热以后进入油气分离器,油气分离器可以将原油进行油、气、水三相分离。分离出来的天然气经过天然气分离器与天然气分水器进入锅炉房或供生活用气,或者经过放空管被排放出去。从油气分离器出来的原油进入到沉降罐,再一次进行油水分离。经过这次沉降,进入到净化罐进行原油净化,便可以进行原油外销。另外还有汽车拉油到卸油池,在经过卸油罐进入到进站管线。图2.1是11号联合站的工艺流程简图。
汽车拉油卸油罐卸油泵计量站来油换热器油气分离器天然气天然气分离器调压计量燃料气放空沉降罐净化油罐装车泵装车鹤管图2.1 联合站工艺流程简图
2.1.2 十一号联合站水流工艺分析
污水回收泵污水池缓冲水罐注水罐注水泵注水井厂水源来水循环回水软化水箱锅炉加热图2.2 联合站水路简图
从图2.2中可以了解到水路图中包括有注水泵房、锅炉间、水处理间。污水池中
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的污水经过污水回收泵进入到污水缓冲罐,经过提升泵提升后进入注水罐,最后进入到注水泵房中通过注水泵注入注水井中。在水处理间中将水进行软化处理后进入锅炉进行加热。锅炉中经过加热以后的水是用来加热原油的,即要进入换热器。消防水罐中的水是在出现火灾时用来灭火的。
2.2 十一号联合站综合控制系统的控制要求
根据11联合站工艺流程,整个监控系统的主要设计内容包括: ·3台卸油罐液位显示及高低液位报警;
·1座原油加高拱顶沉降罐显示油水界面及高低界面报警;
·1座原油加高拱顶沉降罐兼净化罐显示油水界面及高低界面报警; ·1座原油加高拱顶沉降罐兼净化罐显示液位及液位高低报警; ·1座拱顶净化罐显示液位及高低液位报警; ·2台400m3水罐液位显示及高低液位报警; ·1个污水回收池显示液位及液位高低报警; ·2个污水缓冲罐显示液位及高低液位报警; ·1个清水缓冲罐显示液位及高低液位报警; ·2座一次除油罐显示界面及高报警; ·2台消防水罐液位显示及高液位报警; ·2台油气分离器液位显示及高低液位报警; ·2台天然气分离器的天然气进口管线压力显示; ·进站阀组处管线上压力显示; ·进站阀组处温度显示; ·原油加高拱顶沉降罐温度;
·原油加高拱顶沉降罐兼净化罐温度显示; ·净化罐温度显示;
·3台注水泵进口压力显示以及压力低或低低报警; ·3台注水泵出口压力显示以及压力高或高高报警; ·2台锅炉供水温度显示及温度高报警; ·2台供水压力显示; ·2台锅炉供水流量显示;
·2台锅炉排烟温度显示及温度高报警; ·锅炉回水压力显示及压力低报警; ·锅炉回水温度显示; ·软化水箱高低液位报警;
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3 十一号联合站综合监控系统方案设计
3.1 计算机监控系统简介
3.1.1 计算机控制系统的组成原理
计算机监控系统是一门综合性的技术。它是计算机技术(包括软件技术、接口技术、通讯技术、网络技术、显示技术)、自动控制技术、自动检测和传感技术的综合应用。所谓计算机监控,就是利用传感装置将监控对象中的物理参数(如温度、压力、流量、液位等)转换为电量,再将这些代表实际物理参数的电量送入输入装置中转换为计算机可以识别的数字信号,并且在计算机的显示装置中以数字、图形、曲线的方式显示出来,从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。
计算机监控系统的组成可以有多种划分方法。最简单的可以分为硬件和软件两个部分。一般地,一个计算机监控系统可以由以下及部分组成:计算机(含可视化的人机界面)、输入输出装置(模块)、检测、变送机构、执行机构。如图3.1所示。
图3.1 计算机监控系统的组成原理图
应用程序 组态软件/数据库 输出 操作系统 硬件 输出 功放执行 输入 检测变送 计算机 I/O接口 检测/变送 被 监控对象 检测变送 3.1.2 计算机控制系统的设计原则
控制系统按照功能齐备、工作可靠、检测准确、操作简便、自动化程度较高,具有良好的开放性、节省资金、留有继续开发余地的原则设计。
·先进性。系统需在了解国内外发展动态,吸收其经验和成果的基础上进行方案的设计,使系统的技术性能和水平具有明显的先进性。
·可靠性。系统运行安全可靠,性能稳定,可以在恶劣环境长期连续工作。计算机监测控制系统往往负担着重要的任务,一旦出现故障,将造成整个被监控过程的混乱,引起严重的后果,由此造成的经济损失往往远非计算机监测控制系统本身的造价所能比拟。所以,能否确保长期可靠地运行成为计算机监测控制系统中首要考虑的问
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题。特别是对一些影响面大的重要应用系统,如连续生产过程的控制等,均不允许故障率高的系统存在。
·通用性。一个优良的计算机监控系统应具有良好的通用性,能灵活地扩充、修改和升级。当应用对象不同时,只需在基本系统中作适当的改动,增减某些硬件模块,便可满足对象的要求。因此,在系统的总线结构、通信规约上要标准化,采用国际国内的统一标准和规范;设计指标要有一定余地,如输入输出通道数不应用满。软件的设计也应规范化、模块化。模块要易于连接、组织。程序应可读性强,清除多余语句,并有适量的说明注释,以便于修改。
·相容性。系统应能携挂不同类型的传感器,能够测量多种参数。 ·扩展性。系统的设计容量要足够大,满足系统今后的扩充需要。 ·经济性。系统的造价经济合理,性能价格比高。 ·操作维护方便性。
① 操作方便:系统应尽可能降低对操作人员的专业技术知识的要求,操作的内容尽可能简单明了,操作的顺序清晰简明,便于记忆。
② 排错方便:系统中硬件的排列和安装合理,配有明显的指示或信号,并有查错、诊断、故障报警程序,在故障出现时能及时对它定位排除。
③ 维护方便:系统应尽量采用标准零件部位,便于硬件的更换。 3.1.3 计算机控制系统的功能
1. 数据采集与存储
·系统能检测模拟和数字两种信号并存储数据;
·能将温度、压力、以及液位等等参数的实时状况记录下来,对设备进行实时数据记录;
·数字输入信号每秒扫描一次; ·对过程变量的历史数据建立数据库。 2. 控制和报警
·系统有连续控制和顺序控制的功能:执行信号的逻辑运算和判断。可自动完成过程或设备的安全,停止保护。
·系统有以下报警功能:模拟输入信号超出信号范围;模拟输入信号超出高、低限;模拟输入信号变化率超出限定范围,数字输入信号为报警状态及系统本身故障等。
3. 记录功能
·计算机监控系统具有生产运行记录的功能。
·报警记录功能。发生任何一种报警时。应自动启动打印机打印报警数据,也可以手动打印报警记录。
·事件记录功能。操作人员的任何操作均为事件记录,事件记录的内容包括:事件名称、事件内容、发生的日期和时间。
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4. 显示画面
·菜单显示画面,实现画面切换的菜单画面,列出可显示的全部画面的一个目录,可以在此画面上直接调用所需画面。
·动态流程显示画面,用图形、颜色、数据等组合显示装置的运行状态和变量实时值。
·报警画面显示。 ·趋势显示画面。 5. 操作
·系统提供工程师键盘、操作键盘、鼠标等操作。
·操作安全:操作输入采用密码或键锁方式,规定各操作站和操作员所管辖的范围,对操作员、工程师、维修人员、经理所处理的数据范围加以限制。
3.2 联合站计算机综合监控系统的方案设计
联合站监控最重要的是对工艺过程中的各项参数如温度、压力、液位、流量等进行实时监控。在原油分离过程中液位和压力、锅炉间的锅炉温度、以及各个重要工艺过程中的参数是联合站安全、高效生产的决定性因素,所以必须在各种干扰的情况下,将液位、温度、压力等稳定控制在工艺允许的误差范围内,所以对这些参量监控就是生产过程中的关键。设计号联合站计算机综合监控系统,不仅节省了人力物力,而且在准确性、灵活性以及生产效率上都有明显提高,保证了油田的安全稳定生产
针对联合站计算机监控系统的要求,我们设计了以一台研华工控机通过通信转换器组成的分布式监控系统。由PLC控制系统负责采集现场数据并且传输到上位机。上位机作为管理机构,负责文件管理、数据库维护、报表自动生成并定时打印。下位机PLC要对现场进行测量、采集信息,并通过线路送到主机,由上位机完成数据处理的任务,根据下位机传送来的信息,上位机自动生成各种报表,并在指定的时间打印输出,从而将繁重的数据处理任务交给上位机完成,大大减轻了下位机的负担,以便更好地进行各个子系统的数据采集和控制功能,保证系统的可靠性和精度。图3.1为计算机监控的系统配置图。
PLC控制系统主要完成对现场数据的采集、现场仪表和执行机构的控制。来自生产现场的生产过程参数经过传感器测量变送后变为4一20mA的标准仪表信号,经信号电缆传送至PLC。模拟信号经模数转换后变为数字信号,同时对需要控制的过程参数在PLC中进行PID运算,将运算结果经数模转换后输出4一20mA的控制信号,经放大整形后驱动执行机构,实现对过程参数的PID控制。 11号联合站计算机综合监控系统的初步方案:
本次设计采用PLC控制器来采集与控制现场数据。通过PLC控制器,将现场的模拟或数字信号传输到工控机中,通过显示器显示出现场采集的数据。在控制系统中
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应配有冗余工控机、打印机以及UPS电源装置,以提高监控系统的可靠性。
软件平台是基于Windows NT,采用北京亚控公司的组态王6.53。软件是开放式结构、模块化结构、填表方式、组态方式。其中实时过程控制软件包括组太模块、显示模块、控制模块、图形模块、历史数据模块、报警模块、报表生成模块。操作员软件在操作站上提供操作窗口、显示、趋势和手工操作。
本监控系统充分利用组态王提供的功能齐全、使用灵活的人机界面编辑功能,设计组态软件监控模块,他是岗位工人和技术工人实现对工艺过程实时监控的操作平台。图3.2是组态王的软件架构。
图3.1 计算机监控系统配置图
组态王 计算机
其他线程 历史记录线程 动画显示画面 数据采集线程 COM组件 设备驱动1 模块 PLC 设备驱动2 设备驱动3 智能仪表 设备驱动4 其他工控设外部设备
图3.2 组态王软件架构图
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4 十一号联合站综合监控系统硬件实现
4.1 监控系统硬件概述
在上一章内容中我们确定了监控系统的控制方案,并且选择了相应的控制策略,本章我们进行系统的硬件设计。综合考虑控制要求的指标,系统可靠性、安全性、扩展性,以及系统的性能价格比,还有系统应具有一定的先进性,进行系统硬件的选择与配置。根据11号联合站的工艺特点和工艺设备的技术要求,系统的整体设计分为显示器、工控机、PLC、模拟量与数字量输入输出模块。系统的通讯连接采用PROFIBUS总线与MPI通讯协议将系统有机地结合在一起,使系统具有充分的开放性、准确性,同时保障了系统具有较先进的监测、控制水平。
4.2 十一号联合站监控系统的硬件配置与I/O点数统计
4.2.1 监控系统硬件原理图
图4.1 11号联合站计算机监控系统硬件原理图
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4.2.2 监控系统I/O点数统计
本次监控系统的I/O点数统计如表4.1所示:
表4.1 11号联合站监控系统I/O变量表 信号 输入信号 输出信号 CIO DO 继电器触点 220V AC/10A RS185(MODBUS) 15 15 类别 4—20mA两线制 无源触点 4—20mA 监测 控制 自动 手动 顺控安全 机泵运行 总计 AI 44 44 DI AO 2 2 2 2 4.2.3 监控系统中选用的硬件设备清单
监控系统的硬件设备如表4.2所示:
表4.2联合站监控系统设备清单 序号 名称 工控机主机 三星显示器 彩色打印机 CPU 模拟量输入模块 模拟量输入输出模块 数字量输入模块 型号 研华IPC610 22寸CRT HP-5100SE 技术要求 IPC-610H/PCA-60006LV/P4、2.4G512M/80G/1.44M/52X 22寸三星显示器 彩色喷墨打印机 16个数字量输入(均可用于报警处理)和16个数字量输出 16路模拟量输入 输入分辨率:8 位 (6ES7334-0CE01-0AA0) 12 位 (6ES7 334-0KE00-0AB0);输出分辨率:8 位 ;4 输入, 2 输出 16点输入,24V DC 台 2台 1台 1块 数量 21 2 3 4 CPU 313C-2 DP 西门子SM331 5 5块 6 西门子SM334 1块 7 西门子SM321 1块 14
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数字量输出模块 可编程逻辑控制器 UPS电源 网卡 8 西门子SM322 16点输出,24V DC,0.5A 模块化中小型PLC系统,能满足中等性能要求的应用,易于实现分布,易于用户掌握 具有较高的灵活性和可用性 PCI总线软卡,支持MPI,PPI,PROFIBUS-DP 1块 9 10 11 PLC S7-300 UPS电源-山特 CP5611网卡 1块 1台 2块 4.3 十一号联合站监控系统的硬件实现
4.3.1 本次设计对硬件的要求
在本次设计当中对系统硬件的要求如下:
(1)系统硬件要有很高的安全可靠性。现场仪器仪表要有隔离与防爆功能,控制器要有稳定的性能等;
(2)系统硬件要有较高的实时性。转换模块的转换速率要快,执行器执行速度快; (3)系统硬件要有较高的扩展性。控制器与模块能够使用相应的扩展模块进行功能扩展。
4.3.2 系统硬件介绍
1.研华工控机IPC-610H
IPC-610-H是4U高14槽机架安装工业整机,带PFC(功率因数补偿)电源的高效300WATX和易于维护的双冷却风扇。机箱前面板上的系统状态LED指示灯可显示电源、硬盘和系
统电压的运行情况。所有这些特点使 IPC-610-H 成为性价比最佳和总价最优的选择。
研华工控机IPC-610H的CPU是INTEL P4 1.8-P43.06;它的驱动器可以支持3个5.25英寸驱动器、一个3.5英寸软驱、硬盘容量可选;接口分别有2个串口、1个并口、2个前置USB接口、标准键盘鼠标接口;并且带有两个高 CFM 风扇的先进冷却系统能够提供充足的气流来冷却系统的主要部件。
2.CPU 313C-2 DP
CPU 313C-2 DP 是一个用于分布式结构的紧凑型CPU。内置数字量I/O可以连接到过程信号,PROFIBUS DP 主站/从站接口可以连接到单独的I/O单元。因此,314C-2 DP CPU 可以用作局部单元进行快速预处理,也可以用作带从属现场总线系统的一个高级控制。此外,可以使用于过程处理相关的功能:计数、率测量、ID控制。
CPU 313C-2 DP的性能指标如下:
·微处理器:处理器处理每个二进制指令的时间达到 100 - 200 ns。
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·扩展存储器:64 KB 高速 RAM (相当于大约 21 K 的指令) 用于执行相关的程序部分,为用户程序提供充分的空间;微存储卡(最大8 MB)作为程序的装载存储器,也允许在 CPU 中保存项目(包括完整符号和注解)。
·灵活的扩展能力:多达 31 个模块,(4排结构)。
·多点接口 MPI:内置 MPI 接口可以最多同时建立8个与S7-300/400或与PG、PC、OP的连接。在这些连接中,始终分别为PG和OP各保留一个连接。通过“全局数据通讯”,MPI可以用来建立最多16个CPU组成的简单网络。
·PROFIBUS DP 接口:带有 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 313C-2 DP 可以用来建立高速、易用的分布式自动化系统。对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程)。
·内置输入/输出:16个数字量输入(均可用于报警处理)和16个数字量输出。 3.模拟量输入模块SM331
SM331:模拟量输入模板,用来实现PLC与模拟量过程信号的连接于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻,模拟量输入模块将从过程发送来的模拟信号转换成供PLC内部处理用的数字信号。
该模块具有如下特点:
·分辨率为9到15位+符号位(用于不同的转换时间),可设置不同的测量范围;
·通过量程模块可以机械调整电流/电压的基本测量范围。用PG上的STEP7硬件组态工具可进行微调。
·中断能力:模块把诊断和超限中断发送到可编程控制器的CPU中。 ·诊断:模块向CPU发送详细的诊断信息。 4.模拟量输入输出模块SM334
SM334:模拟量输入/输出 ,用于连接模拟量传感器和执行器,4输入,2输出。
功能模拟量输入/输出模块转换:将过程的模拟量信号转换为PLC所需的数字值;将PLC的数字信号转换为过程所需的模拟量信号。 功能如下:
·输入分辨率:8 位 (6ES7 334-0CE01-0AA0) ;12 位(6ES7334-0KE00-0AB0) ·输出分辨率:8 位
·量程:0-10 V, 0-20 mA;通过模板上的相应连接可以进行量程选择 5.数字量输入模块SM321
SM321:数字量输入模板用来实现PLC与数字量过程信号的连接。使用于连接标准开关和两线制接近开关(BERO)。 数字量输入模块具有以下机械特性:
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·设计紧凑:坚固的塑料机壳里包括:绿色 LED 指示输入端的信号状态;通过前盖保护的前连接器的插槽;前盖上的标签区。
·安装方便:没有插槽规则;输入地址由插槽决定。当在ET200M中与总线模块一起使用时,可以热插拔。
·用户友好的接线。
功能数字量输入模块把从过程发送来的外部数字信号电平转换成PLC内部信号电平。
6.数字量输出模块SM322
SM322:数字量输出模块用于从控制器向过程变量输出数字量信号。数字量输出模块把 S7-300 的内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平。用于连接电磁阀、接触器、小功率电机、灯和电机启动器。
数字量输出模块具有以下特性:
·设计紧凑:绿色LED,用于指示输出的信号状态;通过前盖保护的前连接器的插槽;前盖上的标签区。
·安装方便:没有插槽规则;输入地址由插槽决定。当在ET200M中与总线模块一起使用时,可以热插拔。 ·用户友好的接线。
·RC滤波器(用于继电器模块 6ES7 322-1HF20):继电器模块
6ES7322-1HF20-0AA0的特点是有一个可切换的RC衰减网络(300 Ω/0.1 μF),在切换大感应负荷(功率因子 = 0.4)时可降低触点电弧。 功能:
·数字量输出模块把 PLC 的内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平。 ·在与低漏电流的电路(例如,IEC I 型输入电路)一道使用时,网络可以断开,不会发出假的 ON 状态信号。 7.PLC S7—300可编程逻辑控制器
S7-300/300C系列CPU单元S7-300模块化微型PLC系统,满足中、小规模的性能要求,各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务,简单实用的分布式结构和多界面网络能力,使得应用十分灵活,方便用户和简易的无风扇设计。当控制任务增加时,可
自由扩展大量的集成功能,使它功能非常强劲。SIPLUS S7-300用于恶劣环境条件下的PLC扩展温度范围从-25°C到+70°C,适用于特殊的环境(污染空气中使用),允许短时冷凝以及短时机械负载的增加。S7-300采用经过认证的PLC技术易于操作、编程、维护和服务,特别适用于汽车工业、环境技术、采矿、化工厂、生产技术以及食品加工等领域 低成本的解决方案。
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5 十一号联合站综合监控系统软件设计
5.1 计算机监控系统软件的选择
组态软件按照使用对象可以分为两类:一类是专用的组态软件,另一类是通用的组态软件。专用的组态软件主要是由一些集散控制系统厂商和PLC厂商专门为自己系统开发的,例如Honeywell的组态软件、Foxboro的组态软件等。通用的组态软件并不是针对某一类特定的系统,开发者可一个根据需要选择合适的软件和硬件来构成自己的计算机监控系统。通用的组态软件目前发展很快,也是市场潜力很大的产业。国外开发的组态软件有:Intellution公司开发的Fix/iFix、Wonderware的Intouch等。国产的组态软件有:北京亚控自动化软件科技有限公司的组态王、太力信息产业有限公司的Synall2000、华富计算机有限公司的开物2000等。
本次设计中选用北京亚控公司的组态王6.53,它是一种通用的工业监控软件,它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体,将一个企业内部的各个生产系统和应用以及信息交流汇集在一起,实现最优化管理。组态王6.53基于Microsoft Windows XP/NT/2000操作系统,用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
另外采用组态王软件开发工业监控工程,可以极大的增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和生产效率、提高产品质量、减少成本和原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断,到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
5.2 组态王软件简介
组态王由Touchview和Touchmake模块构成。前者为用户提供开发环境,后者为系统提供运行环境,用户可在开发环境中进行系统设计与软件开发,如制作动画画面,进行相关变量的定义等工作。在画面制作时可充分利用Windows的图形功能,或利用专门的画图软件,甚至可直接采用现场拍摄的数码相片来完成逼真的画面制作,这比用高级语言,如VC来编写界面要快而简便。画面制作完成后,需进行必要的动画连接,使画面中的图形对象与工业生产过程中的实时变量之间建立关联,实现动画的关键是构造数据库,数据库是组态王的核心。
通过各自的驱动程序与监控软件中实时数据库中的对应变量建立联系,由于组态王遵循Windows下标准动态数据交换(DDE)协议,因而可借助于DDE和外设驱动程序,组态王可自动将外设的状态及时传递给数据库中的数据变量,用户无须考虑以往程序设计中繁杂的通信问题。
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数据库中存放着全部数据变量和当前值数据变量的集合称为数据词典,变量定义就是在数据词典中完成的。组态王还为用户配备了丰富的命令语言,如应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言和变量改变命令语言等,用户可以使用这些语言,非常方便地对画面进行控制。
组态王具有集成的内嵌式报表系统,内部提供了丰富的报表函数,用户可创建实时报表和历史报表,提供报表工具条和报表模板,能反复使用,避免重复工作。此外,组态王完全基于网络的概念,是一种真正的客户服务器模式,支持分布式历史数据库和分布式报警系统,可运行在基于TCP/IP的网络中,使用户能够实现与上,下位以及更高层次的厂级联网。
5.2.1 组态王6.53软件的构成
组态王6.53的软件结构由工程管理器、工程浏览器、运行系统三部分构成。 工程浏览器:工程浏览器用于新工程的创建和已有工程的管理,对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。
工程浏览器:工程浏览器是一个工程开发设计工具,用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。
运行系统:工程运行界面,从采集设备中获得通讯数据,并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面,实现人与控制设备的交互操作。 5.2.2 组态王6.53软件的主要功能
(1) 基本人机界面功能
组态王作为一种应用软件,有很好的人机界而,为用户提供了丰富的快速应用工具,便利的集成开发环境。
(2) 强大通讯功能
“组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备,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。
组态王的大部分驱动程序采用组件(COM)技术,这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统,即保证了运行系统的高效率,也使系统有很强的扩展性。
组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式:串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。
(3) 高效的数据采集
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。优化措施包括:
① 需求驱动的通讯方式
组态王对全部通讯过程采取动态管理的方法,只有在数据被上位机需要时进行采集。对于那些暂时不需要更新的数据则尽可能减少通讯。大大缓解速率慢的矛盾。
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② 需求合并
组态王把对一个设备的多种请求(动画显示、历史数据记录、报表生成等)尽可能的合并,一次采集将满足多个功能模块的需求。
③ 打包处理
大多数的下位机都支持多个数据一次采集完成。组态王充分利用了这个特性,对于提供这种通讯功能的下位机,组态王将尽可能地把需要采集的变量进行优化组合,在一次采集过程中得到大量有效数据,有效减少了通讯的次数。
(4) 故障诊断与恢复
在工业现场中,由于通讯故障而引起的损失可能是非常巨大的,为了将这种损失降为最小,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:当上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。自动恢复功能对于保障系统可靠运行是非常必要的。当一台下位机发生故障时,组态王会自动优化通讯链,使与其下位机之间的通讯几乎不受影响,保证了通讯的高效率。
(5) 先进的报警和事件管理
完善的“监控和数据采集系统”应当能检测到非正常状态的发生,并将报警信息、按照正确的顺序登录到数据库,并且不能丢失任何数据,以便事后对它进行分析。组态王是通过报警和事件这两种情形通知操作人员过程的活动情况。组态王的事件驱动报警方式和紧凑高效的结构使得报警信息可以被完整地记录,即使突然发生大量的报警也不会遗漏。
报警是过程状态出现问题时发生的警告,同时要求操作人员快速做出响应。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。
(6) 广泛的数据获取和处理
一般地,工业现场的设备构成的控制网络负责完成自动控制的功能,保证工厂的运行,但它难于让工厂操作和管理人员看到生产过程的实际运行状况。组态王能够将数据从不同的数据源取过来,并直观、形象地显示出来,供操作和管理人员操作和分析。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。
(7) 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
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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。
组态王的网络是一种基于分布式处理的柔性结构。在一个分布的系统上,可以将整个应用程序分配给多个服务器,可以提高项口的整体容量并改善系统的性能。
在单主机、单网络或单设备系统中,机器或设备出现检修或故障时,整个系统都将停止运行,给生产造成损失。组态王充分考虑到现场的各种需要,提供多重冗余手段,用户可自由选择多重冗余方式来构造自己的可靠系统。
组态王提供五种冗余方式:通讯冗余、I/O设备冗余、计算机冗余、系统冗余和网络冗余。
5.2.3 用组态王建立应用工程的一般过程
通常情况下,建立一个应用工程大致可以分为以下几个步骤: 第一步:创建新工程
为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。 第二步:定义硬件设备并添加工程变量
添加工程需要的硬件设备和工程中使用的变量,包括内存变量和I/O变量。 第三步:制作图形画面并定义动画连接
按照实际与工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步:编写命令语言
通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。 第五步:进行运行系统的配置
对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置,是系统完成用于现场前的必要准备工作。
第六步:保存工程并运行
完成以上步骤后,一个可以拿到现场运行的工程就制作完毕了。
5.3 计算机监控系统软件组成原理图
监控系统软件由上位机系统软件、组态王6.53应用软件、实时采集。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Windows2000NT,作为组态王6.53组态软件开发运行环境。监控系统的人机界面有以下画面组成:工艺流程图、水路图、实时报警、实时报表、实时曲线、实时报表查询、历史报警、历史报表、历史曲线、控件、开关机等画面,完成工况现场显示,实时参数显示,历史数据查询,报警,实时曲线与历史曲线显示,记录与打印。实时采集与控制接口软件与
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接口软件完成实时数据的采集与实时控制。如图5.1所示:
实时采集与控制接口软件工艺流程图水路图Windows 2000NT组态应用软件6.53实时应用控制软件 应用组态编程软件 实时参数实时曲线历史数据历史曲线参数设置报警画面与报警参数登录与退出记录与打印通讯软件现场数据采集及实时控制控制人机界面工艺参数图5.1 监控系统软件原理图
5.4 十一号联合站监控系统工程的建立与动画连接
5.4.1 十一号联合站监控系统工程的建立
组态王的工程管理器是用来建立新工程,对添加到工程管理器重的工程作统一管理。工程管理器的主要功能包括:新建、删除工程,搜索组态王工程,修改工程属性,工程备份、恢复,数据词典的导入导出,切换到组态王开发或运行环境等,在确定正确安装了“组态王6.53”之后,双击桌面上的组态王的快捷方式,启动工程管理器窗口如图5.2所示:
图5.2工程管理器窗口
工程管理器运行后,当前选中的工程是你上次进行开发的工程,称为当前工程。
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组态王的示例工程作为默认的当前工程。
建立新工程:启动“组态王”工程管理器(Proj Manager),选择菜单“文件\\新建工程”或单击“新建”按钮,弹出“新建工程向导之一”如图5.3所示。
图5.3 新建工程向导之一
点击“下一步”弹出“新建工程向导之二”画面,在此需要选择工程所在的路径,点击“浏览”,选择新建工程所要存放的路径如图5.4:
图5.4 新建工程向导之二
单击“下一步”继续,进入“新建工程向导之三”,如图5.5,在“工程名称”处写上工程名称,如“11号联合站综合监控系统软件设计”,“工程描述”是对工程进行详细说明的。
工程名称长度应小于32个字符,工程描述长度应小于40个字符。单击“完成”
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完成工程的建立。
图5.5 新建工程向导之三
单击“完成”完成工程的建立。 5.4.2 主监控画面的的设计
(1) 新画面的建立
使用工程管理器新建一个组态王工程后,进入组态王工程浏览器,单击工程浏览器左边“工程目录显示区”中“画面”项,右面“目录内容显示区”中显示“新建”图标,鼠标双击该图标,弹出“新画面”对话框,如图5.6所示
图5.6 新画面的建立
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新画面的属性设置如下:
画面名称:11号联合站工艺流程图
对应文件:pic0001.pic(自动生成的或者可以根据自己需要来定义) 注释:11号联合站监控中心——主画面 画面风格:覆盖式 画面位置:左边:0 顶边:0 显示宽度:1024 显示高度:666 画面宽度:1024 画面高度:666 标题杆:无效 大小可变:有效
在对话框中打击“确定” TouchExploer按照指定的风格产生一幅名为“11号联合站工艺流程图”的画面。
(2)使用工具箱
接下来要在此画面中绘制各种图素。绘制图素的主要工具放置在图形编辑工具箱内。当画面打开时,工具箱自动显示。如图5.7所示:
在工具箱中单击文本工具单击
图5.7 工具箱 图5.8 调色板
,在上面输入:11号联合站工艺流程图。字体工具
可以改变文本的字体、颜色、字号。
,弹出调色板画面。调色板是用来改变对象颜色的工具兰。
(3)使用图库管理器
图库是指组态王中提供的已制作成型的图素组合。图库中的每个成员称为“图库精灵”。
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使用图库开发工程界面至少有三方面的好处:一是降低了工程人员设计界面的难度,使他们能更加集中精力于维护数据库和增强软件内部的逻辑控制,缩短开发周期;二是用图库开发的软件将具有统一的外观,方便工程人员学习和掌握;最后利用图库的开放性,工程人员可以生成自己的图库元素,“一次构造,随处使用”,节省了工程人员投资。
在工程浏览器中单击“图库\\打开图库”菜单或者单击工具箱中的理器”窗口,如图5.9所示。
图5.9 图库管理器示意图
,弹出“图库管
图库中有大量现成可以使用的设备仪器,根据自己工程的需要从图库管理器中选择所需的图库精灵。图库精灵的大小可以直接利用鼠标改变。另外可以将图库精灵转换成普通元素,将不同的图库精灵组合成自己工程所需的元素,转换成普通元素后的图素可以改变其某种属性,比如,颜色、大小、位置等。利用以上所介绍方法最后生成11号联合站工艺流程图如图5.10所示。
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图5.10 11号联合站工艺流程图
用同样的方法画出11号联合站水路图如图5.11所示:
图5.11 11号联合站水路图
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5.4.3 定义外部设备和数据变量
(1)定义外部设备
组态王把那些需要与之交换数据的硬件设备或软件程序都作为外部设备使用。外部硬件设备通常包括PLC、仪表、模块、变频器、板卡等;外部软件程序通常指包括DDE、OPC等服务程序。按照计算机与外部设备的通讯连接方式,则分为:串行通讯、以太网、专用通讯卡等。
只有在定义了外部设备之后,组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。选择工程浏览器左侧大纲项“设备\\COM1”,在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,运行“设备配置向导”,如图5.12所示。
在对话框中选择亚控提供的的“仿真PLC”的“串行”项后单击“下一步”弹出对话框,如图5.13所示。
图5.12 设备配置向导1
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图5.13 设备配置向导2
为仿真PLC设备取名“PLC1”,单击“下一步”弹出对话框,如图5.14所示。
图5.14 设备配置向导3
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为设备选择连接的串口为COM1,单击“下一步”弹出设备地址对话框,如图5.15所示。
图5.15 设备配置向导4
根据组态王帮助填写正确的设备地址。填写完以后单击“下一步”,进入通讯参数设定。如图5.16
图5.16 通讯参数设定对话框
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设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置),单击“下一步”:如图5.17所示。
图5.17 设备配置向导5
在确认无误后单击“完成”, 设置定义完成后,可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC1”。即“PLC1”可以和组态王交换数据了。用同样的方法定义其他的PLC2、PLC3、PLC4等仿真PLC。
(2)定义外部变量 数据词典中变量类型:
数据库是“组态王”软件的核心部分,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在TouchVew运行时,它含有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义,定义时要指定变量名和变量类型,某些类型的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。
变量的基本类型共有两类:内存变量、I/O变量。I/O变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量,如下位机数据采集设备(如PLC、仪表等)或其它应用程序(如DDE、OPC服务器等)。这种数据交换是双向的、动态的,就是说:在“组态王”系统运行过程中,每当I/O变量的值改变时,该值就会自动写入下位机或其它应用程序;每当下位机或应用程序中的值改变时,“组态王”系统中的变量值也会自动更新。所以那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令,比如“反应罐液位”、
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“电源开关”等变量,都需要设置成“I/O变量”。
内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王”内需要的变量,比如计算过程的中间变量,就可以设置成“内存变量”。
基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、实型、整型和字符型。 ·内存离散变量、I/O离散变量:类似一般程序设计语言中的布尔变量,只有0、1两种取值,用于表示一些开关量。
·内存实型变量、I/O实型变量:类似一般程序设计语言中的浮点型变量,取值范围10E-38—10E+38,有效值7为。
·内存整数变量、I/O整数变量:类似一般程序设计语言中的有符号长整型变量,用于表示带符号的整型数据,取值范围2147483648—2147483647.
·内存字符串型变量、I/O字符串变量:类似一般程序设计语言中的字符串变量,可以用于记录一些有特定含义的字符串,如名称、密码等,该类型变量可以进行比较运算和复制运算。
当组态王工程中定义了结构变量时,在变量类型的下拉列表框中会自动列出已定义的结构变量,一个结构变量作为一种变量类型,结构变量下可包含多个成员,每一个成员就是一个基本变量,成员类型可以为:内存离散、内存整型、内存实型、内存字符串、I/O离散、I/O整型、I/O实型、I/O字符串。
定义变量的方法:
对于我们将要建立的系统,需要从下位机采集到诸如温度、压力、液位、流量等信息,所以需要在数据库中针对这些信息定义相关的变量。因为这些信息是通过驱动程序采集到的,所以需要建立的变量都是I/O变量。具体定义变量的方法如下:
在工程浏览器的左侧选择“数据词典”,在右侧双击“新建”,弹出“变量属性”对话框如图5.18所示。
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图5.18 定义变量对话框
在对话框中添加变量如下: 变量名:原油加高拱顶沉降罐液位 变量名:I/O实数 变化灵敏度:0 初始值:0.3 最小值:0.3 最大值:12.5 最小原始值:0 最大原始值:100 转换方式:线性 连接设备:PLC1 寄存器:DECREA100 数据类型:SHORT 采集频率:1000毫秒 读写属性:只读
设置完成后单击“确定”。该变量就定义完毕。 用相同的方法定义所有的变量。
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5.4.4 动画连接
(1)填充的动画连接
所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样,站内的现场数据,比如温度、液面高度、压力等,当它们发生变化时,通过I/O接口,将引起实时数据库中变量的变化。
打开“11号联合站工艺流程图”画面,在需要显示液位示值的罐体上添加一个矩形框,双击该矩形框,弹出该图库的动画连接对话框,如图:
图5.19 “动画连接”对话框
点击“填充”,则出现如图5.20所示: 对话框设置如下:
变量名:\\\\本站点\\卸油罐液位2# 填充颜色:蓝色
最小值:0 占据百分比:10 最大值:2.2 占据百分比:90
单击“确定”按钮,完成2#卸油罐液位的动画连接。这样建立以后2#卸油罐液位的高度就随着变量“卸油罐液位2#”的值变化而变化。用同样的办法设置需要显示液位变化的所有变量。
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图3.20 “填充连接”对话框
(2)文本的动画连接
在实际操作中,操作者需要知道液位、温度、压力等变量的准确值,这个功能要通过“模拟动画连接”来实现。
首先在原油加高拱顶沉降罐上添加一个矩形框,再从工具箱中选择被需要输出的模拟值代替。
双击“####”,弹出动画连接对话框,在此对话框中选择“模拟量输出”选项弹出模拟量输出动画连接对话框,如图5.21所示:
图5.21“模拟量输出连接”对话框
工具,在
矩形框中输入字符串“####”,这个字符串是任意的,当工程运行时,字符串的内容将
对话框的设置如图所示。单击“确定”按钮,完成动画连接的设置,当系统运行时,在“####”中将会显示沉降罐的实际液位。按照同样的方法设置所有需要显示实际值的变量。 (3)泵的动画连接
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在主监控画面上双击“1#装车兼倒罐泵”,弹出对话框如图5.22所示:
图5.22 “泵的动画连接”对话框
对话框设置如下:
变量名(离散量):\\\\本站点\\装车兼倒罐泵的启停1# 开启时颜色:绿色 关闭时颜色:红色
单击“确定”完成对泵的启停控制的动画连接。当系统进入运行阶段时,便可以通过鼠标来控制泵的启停,当出现红色,则说明泵处于关闭状态,反之则处于开启状态。用同样的方法设置其他的泵。
对画面的动画连接完成以后,点击保存后就可以切入运行状态。
5.5 监控系统的报警和事件
运用报警和事件记录是监控软件必不可少的功能,“组态王”提供了强有力的支持简单的控制运行报警和事件记录方法。
组态王的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这此报警和事件,用户可以方便地登录和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。当报警和事件发生时,在报警窗口中会按照设置的过滤条件实时地显示出来。
5.5.1 建立报警和事件窗口 (1)定义报警组
在工程浏览器窗口左侧“工程目录显示区”中选择“数据库”中的“报警组”选项,在右侧“目录内容显示区”中双击“进入报警组”图标弹出“报警组定义”对话框,如图5.23所示:
单击“修改”按钮,将报警组名称改为“联合站”。
选中“联合站”报警组,打击“增加”按钮增加子报警组,命名为“工艺流程”。在增加一个“水路”子报警组。单击“确认”按钮关闭对话框,结束对报警组的设置。
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图5.23“报警组定义”对话框
(2)设置变量的报警属性
在数据词典中选择“原油加高拱顶沉降罐液位”变量,双击此变量,在弹出的“定义变量”对话框中单击“报警定义”,如图5.24所示:
图5.24 报警属性定义窗口
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对话框设置如下: 报警组名:工艺流程
低:1 原油加高拱顶沉降罐液位过低 高:11 原油加高拱顶沉降罐液位过高 优先级别:1
设置完成后单击“确定”按钮,系统进入运行状态时,当“原油加高拱顶沉降罐液位”的高度低于1或者高于11时,系统将会产生报警,报警信息将显示在“工艺流程”报警组中。
(3)建立报警窗口
报警窗口是用来显示“组态王”系统中发生的报警事件和报警信息,报警窗口分实时报警窗口和历史报警窗口。实时报警窗口主要显示当前系统中实时报警信息和报警确认信息,一旦报警回复后将从报警窗口中消失。历史报警窗口中显示系统发生的所有报警和事件信息,主要用于对报警和事件信息进行查询的。
报警窗口的建立过程如下:
新建一个画面,命名为“报警记录”。在画面上输入“报警和事件”,选择工具箱中的
图5.25 报警窗口
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工具,在画面中绘制两个报警窗口,一个作为实时报警窗口,一个作为历史报
警窗口,如图5.25所示:
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双击“报警窗口”对象,弹出报警窗口配置对话框,如图5.26所示:
图5.26 报警窗口配置属性
报警窗口分为五个属性页:通用属性、列属性、操作属性、条件属性、颜色和字体属性。
在通用属性中可以设置窗口名称、窗口的类型(实时报警窗口和历史报警窗口)、窗口显示属性以及日期和时间显示格式等;
列属性页:报警窗口中的“列属性页”对话框,如图5.27所示:
图5.27 列属性对话框
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在此属性页中设置报警窗中显示的内容:事件日期、事件时间、报警日期、变量名、界限值以及报警组名等。
操作属性页:在此页中可以对操作者的操作权限进行设置。单击“安全区”按钮,在弹出的“选择安全区”对话框中选择报警窗口所在的安全区,只有登陆用户的安全区包含报警窗口的操作安全时,才可执行如下操作:双击左键操作、工具条的操作和报警确认的操作;
图5.28 报警窗口操作属性配置
条件属性页:报警窗口中的“条件属性页”对话框如图5.29所示:
在此属性页中设置如下图所示的报警或事件发生时才在报警窗口中显示并设置优先级为999;
图5.29 条件属性页窗口
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颜色和字体属性:报警窗口中“颜色和字体属性页”中可以设置报警窗口中的各种颜色以及信息的显示颜色。
完成设置以后,单击“确定”按钮,报警窗口就设置完毕。 单击“文件”菜单中的“全部存”命令,保存设置。 5.5.2 报警画面
新建一个新的画面,命名“报警画面”,在此画面中将所有需要报警的参数列出来,并且从图库中找出
图5.30 静态报警画面
跟各个变量对应起来。如图5.30所示:
做好报警画面后,通过命令语言将报警指示灯与变量的报警信息连接起来。这样用户便可以从图中直观的看出报警点。
在“报警画面”中双击“报警指示灯”则出现对话框”“动画连接”,点击“闪烁”,则出现对话框如图5..31所示:
图5.31 “闪烁连接”对话框
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对话框设置如下:
闪烁条件:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位>=\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位.HiLimit
闪烁速度:1000毫秒/隔 设置完成后的点击“确定”按钮。
接着再在“动画连接”画面上点击“隐含”按钮,则出现如图5.32对话框:
图5.32 “隐含连接”对话框
对话框设置如下:
条件表达式:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位<=\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位.HiLimit
显示:无效 隐含:有效
设置完成以后单击“确定”。这是设置“原油加高拱顶沉降罐液位”高报警。设置“原油加高拱顶沉降罐液位”低报警的对话框同上面相同,不同的只是命令语言。设置“原油加高拱顶沉降罐液位”低报警的命令语言如下:
闪烁条件:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液<=\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位.LoLimit;
条件表达式:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位>=\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位LoLimit;
其他设置同上面设置相同。用相同的方法设置“报警画面”中的所有“报警指示灯”。设置完成以后单击“文件”中的“全部存”,将画面切换到运行状态,便可以直观的看出报警信息。
5.6 监控系统的实时参数和参数设置
5.6.1 实时参数
“实时参数”画面可以将所有被监控的参量都实时显示出来。首先,新建一个画面,命名“实时参数”画面,将需要监控的所有变量都以文本的形式输写到该画面上,如图5.33所示:
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图5.33 实时参数画面
首先在画面用画上两个方框,在方框中书写“沉降罐液位”,并且在另外一个上面
书写“#######”,同样将所有需要监控的变量都写入图中。
在书写完所有需要监控的变量以后,双击“#######”则弹出“动画连接”对话框,单击“模拟值输出”按钮,则出现“模拟值输出连接”对话框如图5.34所示:
图5.34 “模拟值输出连接”对话框
对话框设置如下:
表达式:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位 输出格式: 整数:3位 小数:3位
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对齐:居左 显示格式:十进制
设置完成后,单击“确定”按钮。
用同样的方法设置余下的变量,完成后保存。 5.6.2 参数设置
“参数设置”可以显示出所有变量的报警上下限。在参数设置中还可以对变量的值进行调整。新建一个画面,命名为“参数设置”。
在画面中用工具箱中的
按钮,画三个方框,分别写上“原油加高拱顶沉降罐液
位”、“上限:#####”、“下限:#####”。
同样将所有的变量都设置完,如图5.35所示:
图5.35 参数设置图
在“参数设置”图中双击“上限:######”,弹出“动画连接”对话框,单击“模拟值输入”按钮,弹出对话框“模拟值输出连接”对话框,如图5.36所示:
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图5.36 “模拟值输出连接”对话框
对话框设置如下:
表达式:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位.HiLimit 输出格式:整数:2位 小数:2位 对齐:居中 显示格式:十进制 完成后单击“确定”按钮。
再单击“模拟值输入”按钮,弹出“模拟值速输入连接”对话框,如图5.37所示:
图5.37 “模拟值输入连接”对话框
对话框设置如下:
变量名:\\\\本站点\\原油加高拱顶沉降罐液位.HiLimit 最大值:12.5 最小值:0.3
设置完成后单击“确定”按钮。
用同样的方法将所有的变量进行设置后,点击“全部存”,保存所有设置。
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5.7 监控系统的趋势曲线
在组态监控软件中,实时数据和历史数据除了在模块界面中以值输出的方式和以报表形式显示外,还可以以曲线形式显示,而组态王的曲线包括有趋势曲线、温控曲线和X-Y曲线。趋势分析是监控软件必不可少的功能,“组态王”对该功能提供了强有力的支持和简单的控制方法。趋势曲线有实时趋势曲线和历史趋势曲线两种,其外形类似于坐标纸,X轴代表时间,Y轴代表变量值。对于实时趋势曲线最多可显示四条曲线;而历史趋势曲线最多可显示十六条曲线,而一个画面中可定义数量不限的趋势曲线(实时趋势曲线或历史趋势曲线)。
在趋势曲线中工程人员可以规定时间间距,数据的数值范围,网格分辨率,时间坐标数目,数值坐标数目以及绘制曲线的“笔”的颜色属性(以此区分不同的曲线)。画面程序运行时,实时趋势曲线可以自动卷动,以快速反应变量随时间的变化;历史趋势曲线不能自动卷动,它一般与功能按钮一起工作,共同完成历史数据的查看工作。这些按钮可以完成翻页、设定时间参数、启动/停止记录、打印曲线图等复杂功能。温控曲线反映出实际测量值按设定曲线变化的情况,在温控曲线中,纵轴代表温度值,横轴对应时间的变化,同时将每一个温度采样点显示在曲线中,它主要适用于温度控制,流量控制等。X-Y曲线主要是用曲线来显示两个变量之间的运行关系。在本组态监控软件中的曲线图模块界面分为实时曲线界面和历史曲线界面两种,前者包含的曲线图有:电流、电压等参数的实时趋势曲线图,后者包含的曲线图有:电流、电压等参数的历史趋势曲线图。
我们通过点击工具箱中的“画实时趋势曲线”按钮来直接绘制实时趋势曲线,在经过其对话框的适当设置后,可以达到监控联合站温度、压力、液位等数据以及参量的变化趋势的目的。而对于“历史趋势曲线图”的绘制,则有三种方法。
第一种是从图库中调用已经定义好各功能按钮的历史趋势曲线,对于这种历史趋势曲线,用户只需要定义几个相关变量,适当调整曲线外观即可完成历史趋势曲线的复杂功能,这种形式使用简单方便;该曲线控件最多可以绘制8条曲线,但该曲线无法实现曲线打印功能。
第二种是调用历史趋势曲线控件,对于这种历史趋势曲线,功能很强大,使用比较简单。通过该控件,不但可以实现组态王历史数据的曲线绘制,还可以实现ODBC数据库中数据记录的曲线绘制,而且在运行状态下,可以实现在线动态增加/删除曲线、曲线图表的无级缩放、曲线的动态比较、曲线打印等功能。
第三种是从工具箱中调用历史趋势曲线,对于这种历史趋势曲线,用户需要对曲线的各个操作按钮进行定义,即建立命令语言连接才能操作历史曲线,对于这种形式,用户使用时自主性较强,能做出个性化的历史趋势曲线;该曲线控件最多可以绘制8条曲线,该曲线无法实现曲线打印功能。
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在绘制历史趋势曲线前,必须设置记录属性。在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项,在“数据词典”中选择变量“净化罐液位”,双击此变量,在弹出的“定义变量”属性页中单击“记录和安全”属性页,选择数据变化记录,如图5.38所示。
图5.38 “记录和安全”属性页
在此监控系统中将实时趋势曲线和历史趋势曲线放在一个画面中。新建一个画面,命名为“趋势曲线”。在此画面中点击“工具箱”中的时趋势曲线”图。双击此画面,则弹出图5.39对话框:
按钮,在画面上绘制一个“实
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图5.39 “实时趋势曲线”设置对话框
在“工具箱”上选择
,添加“历史趋势曲线”,单击右键,选择控件属性,则可
以对“历史趋势曲线”进行设置。如图5.40所示:
图5.40 控件属性设置
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设置完成后“趋势曲线”画面如图5.41所示:
图5.41 “趋势曲线”画面
5.8 监控系统的报表系统
数据报表是反应生产过程中的过程数据、运行状态等,并对数据进行记录、统计的一种重要工具,是生产过程必不可少的一个重要环节。它既能反应系统实时的生产情况又能对长期的生产过程数据进行统计分析,使管理人员能够掌握和分析生产过程情况。
组态王提供内嵌式报表系统,工程人员可以任意设置报表格式,对报表进行进行组态。组态王为工程人员提供了丰富的报表函数,实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表又可以制作历史数据报表。另外,工程人员还可以制作各种报表模板,实现多次使用,以免重复工作。 5.8.1 创建实时数据报表
实时数据报表的创建过程如下: 1.新建一个画面,命名为“数据报表”。
2.选择工具箱中的文本输入工具,在画面上输入文字“实时数据报表”。 3.选择工具箱中的数据报表工具,在画面上绘制一个实时数据报表窗口。 4.“报表工具箱”会自动显示出来,双击窗口灰色的部分,弹出“报表设计”窗口。(报表控件名:Reprot0 行数:10 列数:10)
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5.输入静态文字:在报表中合并B1到F1的单元格,输入“实时数据报表演示”。再用同样的方法在单元格中输入图5.41所示的文字。
6.插入动态变量:如图5.42所示中在单元格中插入=\\\\本站点\\$日期,(变量的输入可以利用“报表工具箱”中的“插入变量”按钮实现)利用同样方法输入其他动态变量。设置完成后保存所用的设置。
图5.42 “实时数据报表”画面
在“实时数据报表”的右上方添加一个“打印报表”的按钮,在按钮的弹起事件中输入如下命令语言:ReportPrint2(\"数据报表\");
确认后关闭命令语言编辑框。当系统处于运行状态是,单击次按钮数据报表将会被自动打印出来。
在此还可以通过命令语言“ReportPageSetup(“实时数据报表”)”来对数据报表的页面进行设置。
5.8.2 创建历史数据报表
在“数据报表”画面上选择工具箱中创建“历史数据报表工具”,并且从工具箱中选择文本输入工具,报表窗口的上方输入“历史数据报表”。控件名称为“Report1”,并且设计表格。如图5.43所示:
图5.43 “历史数据报表窗口”
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在画面上添加一个如图5.43中的“历史数据报表查询”按钮,在按钮的弹起事件中输入如下命令语言:ReportSetHistData2(2,1);
设置完毕后单击“文件”菜单中的“全部存”命令,保存所有设置。
5.9 用户登录、画面切换以及退出功能
5.9.1 用户登陆
1.新建一个画面,命名为“用户登陆”画面。如图5.44所示:
图5.44 “用户登陆”画面
2.在此画面上添加如图所示的五个按钮及文字输入,双击按钮,在出现的“动画连接”中单击“按下时”输入如下命令语言:
ShowPicture(\"画面切换\");
ShowPicture(\"11号联合站工艺流程图\"); ClosePicture(\"用户登陆\"); ChangePassword()等。 5.9.2 画面切换和退出功能
1.新建一个画面,命名为“画面切换”。
2.在“画面切换”画面上添加如图5.45所示10个按钮,分别输入所要切换的画面名称。
3.双击这些按钮,在弹出“动画连接”对画框中单击“弹起时”输入下列命令语言: ShowPicture(\"11号联合站工艺流程图\"); ShowPicture(\"11号联合站水路图\"); ShowPicture(\"报警画面\"); ShowPicture(\"报警记录\"); ShowPicture(\"实时参数\"); ShowPicture(\"参数设置\"); ShowPicture(\"数据报表\"); ShowPicture(\"趋势曲线\"); Exit( 0 );
其中Exit( 0 );是用来实现退出运行系统功能的。
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图5.45“画面切换”画面
完成这些设置后,选择“文件”菜单“全部存”命令。当画面进入到运行状态是便可以进行画面切换了。
当需要退出运行系统时,单击“退出系统”按钮。
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6 系统的调试与运行
6.1 概述
11号联合站的计算机监控系统是延长油田股份有限公司靖边采油厂重要的科研项目,利用计算机综合监控系统,实现油田联合站的自动化控制与实时监测,保证原油集输等重要工艺的安全与效益,有效的控制各种工艺参数,提高生产率和安全水平。
在系统设计完毕后,我们就要对其进行安装调试。我们先要进行系统外围的检查,再进行硬件和软件的检测,对系统监控画面进行模拟调试和运行。
6.2 系统调试前应注意的问题
(1) 系统联机前要进行组态,即确定系统管理的I/O点数,输入寄存器、保持寄存器数、通信端口数及其参数、I/O站的匹配及其调度方法、用户占用的逻辑区大小,等等。组态一经确认,系统便按照一定的约束规则运行。重新组态时,按原组态的约定生成的程序将不能在新的组态下运行,否则会引起系统错乱。因此,第一次组态时一定要慎重,I/O站、I/O点数,寄存器数、通道端口数、用户存储空间等均要留有余地,必须考虑到近期的发展。但是,I/O站、I/O点数、寄存器数、端口数等的设置,都要占用一定的内存,同时延长扫描时间,降低运行速度。因此,余量又不能留得太多。特别要引起注意的是运行中的系统一定不能重新组态。
(2) 对于大中型PLC机来说,由于CPU对程序的扫描是分段进行的,每段程序分段扫描完毕,即更新一次I/O点的状态,因而大大提高了系统的实时性。但是,若程序分段不当,也可能引起实时性降低或运行速度减慢的问题。分段不同将显著影响程序运行的时间,特别是对于个别程序段特长的情况尤其如此。一般地说,理想的程序分段是各段程序有大致相当的长度。
6.3 系统的运行与调试
系统调试采用了摸拟仿真的方法。这种方法是在系统投入生产过程以前完整、真实的模拟过程参数,进行系统逐台调试。 6.3.1 硬件运行和调试
使用自检系统对硬件全面检查。若出现故障则系统自动关闭,不能进行使用,如计算机系统。对智能模块的检测,先在无连接时用万用表对其进行检测,查看此模块有无断路或短路情况,确实性能良好则可连接使用。然后再连接状态下,查看所插端口与分配地址是否一致。经过层层审核,确实无误时是硬件可以使用。
1.打开工业控制计算机电源,启动工业控制计算机,使其进入Windows桌面,然
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后运行计算机监控程序。
2.在运行中如出现报警,先根据闪光报警器和计算机屏幕上的提示,确定故障位号,然后检测现场设备电源是否异常,如果现场设备电源正常,下来则测量变送器输出端电流是否为4~20mA,否则为现场设备损坏,需更换。如果现场设备也正常,则确定设备信号输出是否连接到仪表盘内端子上,有无断路,如果一切正常,可能是输入模块有故障,需通知专业技术人员进行更换维修。 6.3.2 软件运行和调试
使用计算机系统查看软件是否可以正常运行,按照组态王软件说明书一步一步进行操作,查看软件监控系统的是否出现故障。然后在其运行状态下,按照上一章的操作说明进行查看“报警画面”、“参数画面”、“数据报表”、“趋势曲线”等画面的是否正常显示。查看I/O接口配置是否正确,变量参数类型的定义、数据库的建立等操作是否完整以及监控系统是否得到用户认可。
监控系统软件运行结果如下图所示:
图6.1 运行后的工艺流程画面
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图6.2 运行后的联合站水路画面
图6.3 运行后的报警画面
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图6.4 实时报警和历史报警记录画面
图6.5 实时参数画面
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图6.6 参数设置画面
图6.7 实时和历史数据报表画面
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图6.8 实时和历史趋势曲线画面
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总结
本文首先介绍了联合站监控技术的国内外发展状况,课题研究的背景及目的意义等,主要讨论了联合站的工艺流程及根据系统要求进行所需设备的选择。特别是硬件和软件的选择,利用PLC(S7-200)、输入输出模块、CPU313C-2DP等与计算机组成计算机监控系统。
其次本次设计采用功能比较齐全的工业计算机监控领域组态软件主流产品—组态王6.53(Kingview6.53)进行系统组态软件的开发设计的全过程,包括新建工程,如何进行画面开发,怎样建立实时数据库并且进行画面的动画连接,怎样利用简单的命令语言来实现画面切换与用户登陆、退出等功能。本系统实现系统的状态采集、数据处理、报警、集中显示、报表打印及查询等功能。
最后通过对监控系统的调试,证明了控制系统的可靠性。监控系统作为一个结构简单、工作可靠的控制系统,通过系统的运行与调试取得了比较满意的效果。
通过本次毕业设计,我掌握了监控系统软件设计的一般步骤和方法,对计算机监控系统在油田中的作用有了一定的了解,并对11号联合站的工艺流程和计算机控制过程有了较深的理解,而且还学会了用组态软件来制作画面,对word的编辑操作也提高了很多,更重要的是从本次设计中培养了自己独立思考和动手的能力,让自己的综合能力有了进一步的提高。
同时,在做设计的过程中也让我看到了自己的不足,首先,对本专业知识的理解程度还不够深,缺乏实际应用能力;其次,由于是初次做工程项目科研,所以难免在考虑问题时有疏忽,而且有很多不细致的地方。在以后的工程设计中,我一定会克服以上的不足。
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致谢
本文是在导师张乃禄教授的悉心指导下完成的。毕业设计期间张教授在设计、学习等方面都给予我精心的指导与照顾。他渊博的知识与孜孜不倦的探索精神,严谨的治学态度,持之以恒、勇于创新的专研精神深深地影响着我,并为我在今后的工作与生活中树立了高大的形象。无论是在理论学习阶段,还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节,无不得到教授的悉心指导和帮助。谨向尊敬的导师张老师表示衷心的感谢和崇高的敬意!
同时,我要感谢赵晓姣老师对我的指导和帮助,还要感谢给予我帮助的各位师兄们。另外,我也要向为我提供参考文献和资料的作者表示感谢!最后,我还要向在我写作论文的过程中,为我提供帮助的所有朋友和同学表示衷心的感谢,感谢他们为我的论文提出宝贵的建议!
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西安石油大学本科毕业设计(论文)
附录
设计依据:
(1)《自动化仪表选型设计规定》HG/T 20507-2000 (2)《仪表供电设计规定》HG/T 20509-2000
(3)《自动化仪表工程施工及验收规范》 GB50093-2002
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