【正文】 間傳遞。主機(jī)可對(duì)各從機(jī)尋址，發(fā)出廣播信 息，從機(jī)返回信息作為對(duì)查詢的響應(yīng)。 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 27 圖 410 設(shè) 備窗口設(shè)置 圖 411 通用串口父設(shè)備 0 設(shè)置 圖 412 設(shè)備 0 設(shè)置 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 28 圖 413 設(shè)備 0 內(nèi)部屬性設(shè)置 圖 414 設(shè)備 0 調(diào)試結(jié)果 運(yùn)行策略設(shè)置 所謂“運(yùn)行策略”，是用戶為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程自由控制所組態(tài)生成的一系列功能塊的總稱。 在用戶窗口中選中上面建立的“油水分離界面”，單擊“動(dòng)畫(huà)組態(tài)”進(jìn)入 編 制界面，通過(guò) MCGS 自帶的繪圖工具箱完成界面的 編 制，如圖 45 所示 。 界面設(shè)計(jì) 建立新工程 在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中生成的文件成為工程文件，后綴為 .mcg，存放于 MCGS 目錄下的 Work 子目錄中，例如， D： \MCGS\Work\油水界面監(jiān)測(cè) .mcg。 在 MCGS 中的數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)意義的數(shù)據(jù)或變量，它不只包含了變量的數(shù)值特征，還如下圖 41 所示，系統(tǒng)各個(gè)部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為 公用區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分協(xié)調(diào)動(dòng)作。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程圖形畫(huà)面；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與氣態(tài)應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需的控制策略。 （ 6） 電源及數(shù)據(jù)流量指示燈 ,可檢測(cè)故障點(diǎn)。 連接上位機(jī)的主通信口，采用標(biāo)準(zhǔn)串行 RS485 通訊口，使用接線端子。 再來(lái)看 XL 的測(cè)量過(guò)程， XL 通過(guò)上式來(lái)計(jì)算，但首先必須求得 C。變送器可以通過(guò)軟件判斷方式選擇合適的工作狀態(tài)，無(wú)須手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器。其檢測(cè)的水面與油面高度以兩組 420mA 信號(hào)分別輸出，可遠(yuǎn)傳至微機(jī)或二次顯示儀表進(jìn)行顯示和控制。計(jì)算相關(guān)算法，并利用 MCGS 實(shí)現(xiàn)油水界面的檢測(cè) 。 （ 4） 用 MCGS 軟件 編 制一個(gè)界面，可以顯示油，水，乳化液的高度。 ②用 485232 轉(zhuǎn)換串口直接將界面測(cè)量?jī)x輸出的數(shù)據(jù)采集到 PC 中。但它也屬于接觸式測(cè)量，受介質(zhì)粘附、溫度變化等因素的影響大。由于浮子內(nèi)裝有一組永久磁鐵，所以浮子會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。 但任何物料都不是完全導(dǎo)電的。它是在傳統(tǒng)電容式液位計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn) ,增加了探頭根部抗黏附、抗冷凝的功能，但是該方法僅通過(guò)電導(dǎo)率一個(gè)參數(shù)很難完全反映油水乳化液的狀態(tài)，這就使射頻導(dǎo)納界面儀無(wú)法跟隨乳化帶的變化，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中其 誤差通常為幾十厘米，最大誤差可達(dá) 1 米左右，這很難滿足生產(chǎn)要求。如圖 13 為乳化液層檢測(cè)系統(tǒng)地硬件設(shè)備，這一設(shè)備被插入立罐，在縱向位置上由兩個(gè)平行的不銹鋼組成的，并且相互之間分隔 5 厘米。因此儲(chǔ)油罐中經(jīng)常需要頻繁的維護(hù)。此外，頻率較高的超聲波信號(hào)用于乳化液層的檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是有效地克服了掛油問(wèn)題，但由于發(fā)送和接收距離限制使其精度下降，并且不能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油罐油量的準(zhǔn)確計(jì)量。所以說(shuō)差壓式界面檢測(cè)儀用在原油分離罐中是一種維護(hù)量大、精度不高的方法。但對(duì)粘度大的原油，浮子容易被粘結(jié)，尤其當(dāng)液面劇烈波動(dòng)時(shí)，鋼帶隨之劇烈晃動(dòng)，短期內(nèi)可導(dǎo)致鋼帶的疲勞斷裂。另外，乳化帶是一個(gè)隨機(jī)的、復(fù)雜的過(guò)渡帶，含水率、瀝青的濃度、礦物質(zhì)的含量、界面的彈性 、壓力等參數(shù)都會(huì)影響該過(guò)渡帶的穩(wěn)定性。雖然油水界面檢測(cè)技術(shù)發(fā)展了很多年。隨著對(duì)計(jì)量精度要求的不斷提高，出現(xiàn)了伺服式液位計(jì)，由于其使用了伺服馬達(dá)，消除了因機(jī)械摩擦而引起的誤差，提高了靈敏度，其液位的計(jì)量精度也 得到極大地提高。 油水界面的檢測(cè)是原油的開(kāi)采、脫水、集輸、計(jì)量、銷售、煉化等過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。 由于原油的生產(chǎn)過(guò)程中面臨著這樣的一個(gè)難題，特別是在原油的采收和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，油中的水分會(huì)沉降在儲(chǔ)油罐的底部，占據(jù)大量的容積。為了解決這一問(wèn)題，通常采用向油田內(nèi)注水，使枯竭油層的原 油漂浮起來(lái)同時(shí)增大壓力進(jìn)行開(kāi)采。 （ 4） 第 13 周完成 詳細(xì)設(shè)計(jì)、圖紙繪制、程序調(diào)試 和論文 等 ，檢查所 有畢業(yè)設(shè)計(jì)資料并修改 （ 5） 第 14 周周五之前 上交所有畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料，機(jī)械工程學(xué)院教學(xué)委員會(huì)對(duì)所有畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查，審查通過(guò)后，方可參加第一次答辯。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 院系名稱： 機(jī)械工程學(xué)院 作者簽名： 學(xué) 號(hào)： 070233 20xx 年 6 月 19 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo) 下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 070233 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題目： 油水界面測(cè)量 軟件設(shè)計(jì) 北京石油化工學(xué)院 學(xué)位論文電子版授權(quán)使用協(xié)議 論文《 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 》系本人在北京石油化工學(xué)院學(xué)習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過(guò)論文答辯。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 （ 6） 第 1516周，準(zhǔn)備 PPT，答辯。然而這種方法的缺點(diǎn)是開(kāi)采出的原油的含水率一般都很高，需要采取工藝處理除去其中的氣、水和泥沙等雜質(zhì)。因此，只有隨時(shí)將儲(chǔ)油罐中的 水排出去，才能夠充分利用儲(chǔ)油罐的容量，處理成低含水率的成品原油。因此，在油田原油的生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，都要求對(duì)儲(chǔ)油罐中的油水界面進(jìn)行檢測(cè)。這一時(shí)期的典型產(chǎn)品是美國(guó) VAREC 公司生產(chǎn)的2500 型鋼帶浮子液位計(jì)和 6500 型伺服式液位計(jì)，荷蘭 NRAF 公司的 SH 型伺服動(dòng)油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 3 力液位計(jì)等。但是，由于原油與水混合物成分的復(fù)雜性，到目前為止還沒(méi)有可以十分有效地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各油田的產(chǎn)品推出。由于上述原因，在原油生 產(chǎn)過(guò)程中，原油儲(chǔ)罐油水界面的準(zhǔn)確檢測(cè)一直油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 4 沒(méi)有很好的方法。一旦鋼帶斷裂，對(duì)大型油罐而言，其維修是極其困難的，因?yàn)椴粌H需要排空罐內(nèi)液體，進(jìn)罐維修人員還面臨有毒、缺氧、黑暗、易燃易爆等惡劣處境。利用內(nèi)含填充液 (如硅油 )的引壓管線，能防止引壓管線堵塞，但發(fā)蘭取壓面壓力膜片仍會(huì)受到高粘度、易結(jié)晶液體的粘結(jié)和沖擊等因素的不利影響而使其壽命和測(cè)量精度降低。 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 6 近年以微波為基礎(chǔ)的傳感器已被用于乳化液層的檢測(cè)。在高儲(chǔ)油罐中，超聲波傳感器的角度（通常多于 3 度）所引起的誤差可以忽略不計(jì)。在此提出了一種可以克服上述弊端的工業(yè)樣機(jī)超聲設(shè)備。這里包括了 28 個(gè)高頻超聲換能器，每個(gè)傳感油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 7 器包括感應(yīng)器和他的相應(yīng)的電子產(chǎn)品。圖 14 為億科儀器儀表有限公司生產(chǎn)的射頻導(dǎo)納連續(xù)液位計(jì)。從電學(xué)角度來(lái)看，掛料層相當(dāng)于一個(gè)電阻，傳感器被掛料覆蓋的部分相當(dāng)于一條由無(wú)數(shù)個(gè)無(wú)窮小的電容和電阻元件組成的傳輸線。當(dāng)電流磁場(chǎng)與此浮子磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲的脈沖，簡(jiǎn)稱 “ 回答 ” 脈沖。 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 10 本文的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文主要分為以下幾個(gè)部分： 第一章， 先提出了本設(shè)計(jì)課題的背景和研究的意義，然后介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)于油水分離研究的現(xiàn)狀和油田原油的生產(chǎn)工藝 ，界面測(cè)量?jī)x的種類，最后是論文的結(jié)構(gòu)。 （ 3） 選擇處理數(shù)據(jù)的軟件，考慮了三種方案： ①阿爾泰數(shù)據(jù)采集卡軟件，由于上面已經(jīng)提到本試 驗(yàn)用不到數(shù)據(jù)采集卡，所以不采用這種方案。 課題的研究方法及問(wèn)題處理 2.. 課題研究方法 （ 1） 首先確定設(shè)計(jì)課題，結(jié)合本專業(yè)知識(shí)選擇與專業(yè)相關(guān)的課題，并根據(jù)要求，采用 MCGS 實(shí)現(xiàn)油水界面的測(cè)量監(jiān)控。 研究中出現(xiàn)問(wèn)題的解決方案 （ 1） 在油水混合物中，由于密度不同，會(huì)形成上層為油層，下層為水層，在實(shí)際油田生產(chǎn)過(guò)程中，必須要確定油水界面的位置。 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 15 （ 1） 變送器工作電壓： DC12V（由專用安全柵供電） （ 2） 專用安全柵輸入電壓： DC24V （ 3） 有效檢測(cè)范圍（量程）： 0～ 10 米 (其它量程可另行定制） （ 4） 變送器 輸出：兩路 4～ 20mA （ 5） 防爆等級(jí)： ExibIIBT4 （ 6） 適用介質(zhì)：各種液體 （ 7） 工作溫度： 40～ +80℃ （ 8） 探極與罐壁距離：小于 1 米（過(guò)大應(yīng)考慮加輔助電極） 界面檢測(cè)儀的基本原理 圖 32 界面測(cè)量?jī)x工作原理 在一定的空間內(nèi)介質(zhì)的變化將會(huì)引起很多的物理量的變化，如：變化較敏感的電場(chǎng)、磁場(chǎng)；那么電場(chǎng)和磁場(chǎng)物理量的變化將會(huì)間接的反映介質(zhì)單位體積及介質(zhì)特性的變化；利用這一原理結(jié)合矩陣式分布的傳感探極結(jié)構(gòu)，在高速大規(guī)模集成電路單片機(jī)的有序控制下實(shí)時(shí)獲取電場(chǎng)、磁場(chǎng) 物理量的變化信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析、計(jì)算，按一定的規(guī)律進(jìn)行量化處理、轉(zhuǎn)化，就能準(zhǔn)確無(wú)誤的知道介質(zhì)單位體積及介質(zhì)特性的變化；然后將介質(zhì)液位、物位的變化量轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出并傳遞給 PLC、工業(yè)采集模塊、工控計(jì)算機(jī)等采集設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視控制。 分段電容傳感器 下面圖 33 為例來(lái)介紹一下分段電容傳感器的檢測(cè)原理，這是一個(gè) 10 段式分段電容傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及等效電容圖，只有最上部的電容傳感器沒(méi)有完全充滿介質(zhì)，其他傳感器全部都充滿了介質(zhì)，有的充滿了水，有的充滿了原油。和 k，由于 油r? 和 水r? ，進(jìn)而受一些因素影響而不是常數(shù)，相應(yīng)的 C。信息傳輸方式為異步方式，起始位 1 位，數(shù)據(jù)位 8 位， 停止位 1 位，無(wú)校驗(yàn)；數(shù)據(jù)傳輸缺省速率為 9600b/s。 （ 7） 工作方式 ： 步半雙工（ RS485）或異步全雙工 (RS422)通用無(wú)跳線設(shè)置。 組態(tài)軟件通過(guò) I/O 驅(qū)動(dòng)程序從縣城 I/O 設(shè)備獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形方式直觀的顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；另一方面按照組態(tài)軟件要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給 I/O 設(shè)備，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整 控制參數(shù)。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；由用戶窗口組成的圖形對(duì)象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立連接關(guān)系，以動(dòng)畫(huà) 將與數(shù)據(jù)相關(guān)的其它屬性（如數(shù)據(jù)的狀態(tài)、報(bào)警限值等）以及對(duì)數(shù)據(jù)的操作方法（如存盤(pán)處理、報(bào)警處理等）封裝在一起，作為一個(gè)整體，以對(duì)象的形式提供服務(wù)。 建立新工程，并對(duì)其窗口屬性進(jìn)行設(shè)置。然后分別編 制 其余兩 個(gè)窗口，如圖 46，圖 47 所示 ： 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 24 圖 45 油水分離界面繪制 圖 46 數(shù)據(jù)報(bào)表設(shè)計(jì) 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 25 圖 47 液位高度實(shí)時(shí)曲線顯示 在“油水分離界面”中 ，為了可以實(shí)時(shí)顯示油，水，乳化液的高度，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的 Data 油， Data 水， Data 乳化液與界面建立連接， Data 油， Data 水， Data乳化液是將油水界面分離儀中每個(gè)電容傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的最終值，直接表征液位高度。運(yùn)行策略的建立 （ if? then 語(yǔ)句） ，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制用戶窗口的打開(kāi)、關(guān)閉以及設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)，油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 29 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作過(guò) 程精確控制及有序調(diào)度管理的目的。從機(jī)對(duì)于主機(jī)的廣播查詢，無(wú)響應(yīng)返回 Modbus 協(xié)議報(bào)據(jù)設(shè)備地址，請(qǐng)求功能代碼，發(fā)送數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤校驗(yàn)碼，建立了主機(jī)查詢格式，從機(jī)的響應(yīng)信息也用 Modbus 協(xié)議組織，它包括確認(rèn)動(dòng)作的代碼，返回?cái)?shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。 （ 2） 主站將初始化和控制所有在通信回路上傳遞的信息。 如圖 415所示： 圖 415 傳感器示意圖 油水界面測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 31 設(shè)涂有絕緣層的金屬電極垂直放在油水之中 , 電極的直徑為 D。 當(dāng)某段電極開(kāi)始進(jìn)入油水混