【正文】 聯(lián)合站工藝流程分析 聯(lián)合站原油生產(chǎn)工藝 聯(lián)合站是集油水分離、污水處理、原油含水分析、外輸計量等多個系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程。完 畢后，一部 分進入氣液分離器進行進一 步油氣分離，將其中分離出的天然氣輸送至鍋爐房作燃料用，分離出的油進入污油箱 ； 一部分進入分離緩沖罐，可以供給氣液分離器，也可直接輸入污油箱，由污油泵輸送至溢流沉降罐進行原油沉降，然后進入凈化罐將原油凈化，生產(chǎn)出合格的穩(wěn)定原油，經(jīng)計量后進行裝車或密閉輸送至東仁溝輸油首站。 聯(lián)合站原油外輸計量系統(tǒng)通常由儲油、加熱、外輸及計量監(jiān)控四部分組成。工藝過程需要監(jiān)測儲油 罐的液位 、 加熱爐的溫度和壓力、原油外輸溫度和壓力、含水率、流量及站內(nèi)可燃性氣體濃度 ， 并分別對他們進行報警。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 (2) 所有自動化儀表（如壓力計、溫度計、液位檢測儀等），外輸流量計及可燃?xì)怏w濃度檢測必須滿足安全等級，達(dá)到防爆的要求。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 3 聯(lián)合站原油計量 監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計 聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求 計算機監(jiān)控系統(tǒng)對于不同的應(yīng)用對象有不同的具體要求，但對大多數(shù)監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計來說，運行上可靠、技術(shù)上先進、使用上方便、應(yīng)用上靈活、時間上節(jié)省、經(jīng)濟上合理是共同的基本要求。特別是對一些影響面大的重要應(yīng)用系統(tǒng)，如連續(xù)生產(chǎn)過程的控制、電力系統(tǒng)的監(jiān)控等，均不允許故障率高的系統(tǒng)存在。 (4) 通用性好 一個優(yōu)良的計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)應(yīng)具有很好的通用性，能靈活地擴充、修改和升 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 級。模塊要易于連接、組織。 監(jiān)控系統(tǒng)功能 聯(lián)合站外輸計量系統(tǒng)實現(xiàn)的功能可以概括為以下幾個方面 [9]： (1) 數(shù)據(jù)的實時采集 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集就是利用智能模塊進行流量、溫度、液位等數(shù)據(jù)的采集。 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計 方案 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案 聯(lián)合站原油外輸計量監(jiān)控系統(tǒng)要求對外輸油管線的溫度、壓力、流量、含水率、加熱爐的溫度和壓力、儲油罐的液位等參數(shù)實時監(jiān)測，對 輸油管線的流量精確測量，同時完成對站內(nèi)可燃性氣體的濃度檢測和生產(chǎn)的狀況及時給出報警信號，自動生成并 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 定時打印報表等。 現(xiàn)場各個監(jiān)控點的物理參數(shù)，由對應(yīng)的現(xiàn)場儀表傳感器或變器檢測出來并轉(zhuǎn)變?yōu)?20mA 電流信號，經(jīng)屏蔽電纜，安全柵送到各個數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)后，工控機通過各種模塊接口采樣電信號；控制信號由工控機輸出后以 420mA電流形式送到執(zhí)行結(jié)構(gòu) ,控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。上位機還可以根據(jù)操作人員的選擇切換同步監(jiān)視各個部分的運行情況 [10]。 原油 20℃ 時的體積總流量 20Q (m3 /d)： ? ?? ?20 ???? tantNQ m （ 32） 式中 :α —— 原油溫度膨脹系數(shù) (1/℃ 410? )。 DCS 的主要特點是 ： 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 ① 可實現(xiàn)分級控制（現(xiàn)場采集儀表層、控制層與監(jiān)控層）； ② 可靠性高、組網(wǎng)方便； ③ 編程方便、開發(fā)周期短、維護方便； ④ 可靈活方便地實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)配置和調(diào)整； ⑤ 控制層采用 FCS 能與現(xiàn)場信號直接相連，易于實現(xiàn)機電一體化； ⑥ 易于 實現(xiàn) “ 集中管理、分散控制 ” 功能。 RS232 與 RS485 都是標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)接口，用 RS485 總線 ，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍。組態(tài)王把每一臺下位機看作是外部設(shè)備，在開發(fā)過程中可以根據(jù) “ 設(shè)備配置向?qū)?” 完成連接過程。 (3) 采用組態(tài)王應(yīng)用軟件。 ③ 具有完備的記錄與報警功能 ， 便于管理人員進行生產(chǎn)管理。 儀表計量與計算機管理使商品原油綜合計量誤差率大大降低 ， 真正實現(xiàn)了原油的動態(tài)計量與管理，提高工作效率，避免人為誤差。 因此， 自動化 控制與管理 信息系統(tǒng)為實現(xiàn)計量站生產(chǎn)全面自動化提供了可能 [13]。所以，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)必須首先熟悉各種檢測儀表的工作原理、技術(shù)性能，根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的實際需要正確地選擇儀表。同時 ,為達(dá)到信 號的穩(wěn)定輸入，需要將通信協(xié)議統(tǒng)一（即 RS485）。以 CRT屏幕顯示和打印制表的形式輸出，為生產(chǎn)人員提供詳實的數(shù)據(jù)，以便他們分析、了解生產(chǎn)情況， 監(jiān)督生產(chǎn)過程的進行。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 41 原油計 量監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置 首先，聯(lián)合站生產(chǎn)工藝過程由于機泵及配套供電設(shè)備較多，電磁干擾和電源 干擾較多、較強，工作環(huán)境較為惡劣，這就要求監(jiān)控級的主機和現(xiàn)場控制級的下位機具有良好的可靠性和抗干擾能力。配以相應(yīng)的監(jiān)控組態(tài)軟件，通過帶有 RS232標(biāo)準(zhǔn)通訊接口及打印機并行口，并為程序員和操作員提供良好的人機界面服務(wù)。它接受毫伏輸入 (177。5V和 177。 主要特點 ： 通道： 8路差分 有效分辨率： 16位 輸入類型： mV， V， mA 隔離電壓： 3000 VDC 采樣速率： 10采樣點 /秒（總共） 精確度： 177。500 mV， 177。20 mA (2) ADAM5080 模塊實現(xiàn)脈沖 信號的輸入 借助 ADAM5080這個 4通道計數(shù)器 /頻率輸入模塊，用戶可以選擇計數(shù)器或頻率模式輸入數(shù) 據(jù)（如圖 43所示）。如圖 44所示。 主要特點 ： 通道： 16 操作電壓： 30 Vmax 數(shù)字量輸出：集電極開路 30V(100 mA最大負(fù)載 ) 功耗： W (典型 )； W (最大 ) 功耗：每個通道 450 mW 圖 45 ADAM5056模塊 (5) ADAM4520隔離 RS232 到 RS422/485轉(zhuǎn)換器 大 多數(shù)工業(yè)計算機系統(tǒng)都帶有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232的端口。它能夠?qū)?RS232信號透明轉(zhuǎn)換為 RS422和 RS485信號。 模塊如圖 46所示?？紤]到溫度參數(shù)在本工藝系統(tǒng)中只是用于一般性的生產(chǎn)監(jiān)測，我們選用德國 E+H 公司的一體化溫度變送器。我們選用德國 E + H 公司的一體化 壓力 變送器。我們采用上海一諾 有限公 司雙轉(zhuǎn) 子流量計LSZ— 100J，如圖 47 所示 ， 輸出信號為24VDC 脈沖信號 ， 通過 ADAM5080 計數(shù)通道采集。 含水率檢測采用西安思坦電子科技有限公 司 YS200 在線原油含水分析儀 ， 經(jīng) RS485 直 接通信采集含水率信號。 圖 48 氣體濃度檢測變送器 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 當(dāng)空氣中有被測氣體或液體揮發(fā)時，變送器即產(chǎn)生與空氣中被測氣體濃度成正比的電信號。聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)硬件原理如圖 49 所示 。當(dāng)前流行的組態(tài)軟件很多，如INTOUCH， FIX 組態(tài)王、虎翼、開物 2021 等，其中組態(tài)王 性價比高，網(wǎng)絡(luò)通訊功能比較完善，能滿足本系統(tǒng)要求，故采用之。它集控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人機界面技術(shù)、網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)、圖形技術(shù)于一身 ， 包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、及網(wǎng)絡(luò)通信等組件 ， 提供一個友好的用戶界面。它還負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)變化用動畫方式形象地表示出來 ， 同時完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能 ， 并生成歷史數(shù)據(jù)文件 [17]。工程人員在這個 環(huán)境中完成界面的設(shè)計、動畫連接的定義等。它通過實時數(shù)據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對象采集到的各 種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。 組態(tài)王 軟件的主要功能 (1) 基本人機界面功能 組態(tài)王作為一 種應(yīng)用軟件，有很好的人機界面，為用戶提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計的工具，便利的集成開發(fā)環(huán)境。 組態(tài)王與 I/O 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用以下五種方式 ： 串行通訊方式、 DDE 方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點方式、人機接口卡方式。 (4) 故障診斷與恢復(fù) 在工業(yè)現(xiàn)場中，由于通訊故障而引起的損失可能是非常巨 大的，為了將這種損失降為最小，組態(tài)王精心優(yōu)化了通訊故障的診斷機制，可以在極短的時間 (12 個 采集周期 )內(nèi)報告故障的發(fā)生，并診斷出出現(xiàn)故障的下位機，非常有助于現(xiàn)場工程師及時排除險情。 (5) 先進的報警和事件管理 完善的“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”應(yīng)當(dāng)能檢測到非正常狀態(tài)的發(fā)生，并將報警信息、按照正確的順序登錄到數(shù)據(jù)庫，并且不能丟失任何數(shù)據(jù)，以便事后對它進行分析。組態(tài)王報警系統(tǒng)具有方便、靈活、可靠、易于擴展的特點，提供多種報警管理功能，包括：基于事件的報警、報警分組管理、報警優(yōu)先級、報警過濾和延時概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的過程報警管理。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 (7) 強大的網(wǎng)絡(luò)和冗余功能 組態(tài)王基于網(wǎng)絡(luò)的概念，可運行在基于 TCP / IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議的網(wǎng)上，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機以及更高層次的廠級連網(wǎng)，另外，隨著網(wǎng)絡(luò)的無限蔓延，組態(tài)王每一臺數(shù)據(jù)采集站從工業(yè)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，可以被網(wǎng)絡(luò)上的所有其他站點直接訪問，使數(shù)據(jù)在任何時間、任何地點暢通無阻。 在單主機、單網(wǎng)絡(luò)或單設(shè)備系統(tǒng)中，機器或設(shè)備出現(xiàn)檢修或故障時，整個系統(tǒng)都將停止運行，給生產(chǎn)造成損失，組態(tài)王充分考慮到現(xiàn)場的各種需要，提供多重冗余手段，用戶可自己選擇多重冗余方式來構(gòu)造自己的可靠系統(tǒng)。 組態(tài)王軟件可將過程或生產(chǎn)中發(fā)生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數(shù)設(shè)定、操作控制和動態(tài)畫面監(jiān)視的功能。 用組態(tài)王建立應(yīng)用程序項目的一般過程 (1) 制作圖形畫面 用戶可以為每個應(yīng)用程序建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。 (2) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為 “ 數(shù)據(jù)詞典 ” ， 數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息?；绢愋偷淖兞坑址譃?“ 內(nèi)存變量 ” 和 “ I/O 變量 ”兩類。那些不需要和其它應(yīng)用程序交換、只在 “ 組態(tài)王 ”內(nèi)需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設(shè)置成 “ 內(nèi)存變量 ” 。 內(nèi)存整數(shù)變量、 I/O 整數(shù)變量 ： 類似一般程序設(shè)計語言中的有符號長整數(shù)型變量，用于表示帶符號的整型數(shù)據(jù)，取值范圍 21474836482147483647。 (3) 定義動畫連接 動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來：或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。 聯(lián) 合 站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成 組態(tài)王 軟件是一套運行于 Windows 平臺上，能夠快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。原油計量 監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成圖 如 圖 52 所示。 新建工程 在進行應(yīng)用軟件組態(tài)之前，必須先建立一個新工程。 圖 53 組態(tài)王工程瀏覽器 主監(jiān)控畫面設(shè)計 在工程瀏覽器中左側(cè)的樹型結(jié)構(gòu)中選擇“畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”，工程瀏覽器將彈出“新畫面”對話框，如圖 54 所 示 。 單擊工具箱的 “ 圖庫 ” 圖標(biāo)，選擇 “ 反應(yīng)器 ” ，然后雙擊所要的圖形，此圖形就自動顯示在畫面中，可以對它進行編輯（如放縮、移動、拆分、組合），具體操作為 ： (1) 放縮 將鼠標(biāo)移到圖形邊緣，出現(xiàn)雙向箭頭，按住左鍵拖動進行放縮 ； (2) 移動 單擊此圖形，按住左鍵移動 ； (3) 拆分 將此圖形選中，點擊工具欄的 “ 圖庫 ” ，將 其轉(zhuǎn)換成普通圖素，然后點右鍵，選擇 “ 合成分裂圖素 ” ； (4) 組合 選中所要組合的對象，點擊右鍵，選擇 “ 合成組合圖素 ” ； (5) 添加文字 單擊工具箱的 “ 文本 ” 圖標(biāo)，然后將鼠標(biāo)移到所需位置單擊左鍵，進行文字編輯 ； (6) 調(diào)色 單擊工具箱的 “ 調(diào)色板 ” 圖標(biāo)，對字體，填充色，背景色設(shè)置 ； (7) 立體管道 單擊 “ 立體管道 ” 圖標(biāo)，回到畫面，按住左鍵拖動，在轉(zhuǎn)向處單擊左鍵，然后繼續(xù)移動，完成后放開左鍵 ； (8) 按鈕 點擊工具箱的 “按鈕” 圖標(biāo)，在畫面中繪制一個按鈕，點擊右鍵選擇“ 字符串替換 ” ，將其設(shè)置為所 要的文字。利用工具箱中“報表窗口”、“報警窗口”、“實時曲線”建立相應(yīng)的畫面。 定義外部設(shè)備 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。 在工程瀏覽器中分別對“ 501 505 505 5080”進行配置。在彈出的對話框中將“ I/O 新設(shè)備”，然后定義設(shè)備為“ ADAM5017A”后，點擊“下一步”，選擇 COM1 通道，最后，分配地址，在這里我們分其地址為 0010， 點擊“下一步”，在此處設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)（此處要根據(jù) 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 現(xiàn)場實際要求設(shè)置），點擊“下一步”，如圖 57