【文章內(nèi)容簡介】 34） 含水量 WG (kg/d)： WntNG mW ?? （ 35） 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性論證 DCS 適合于生產(chǎn)對象密集、連續(xù)而又比較復(fù)雜的場合，如在油氣田生產(chǎn)過程中，聯(lián)合站或集中處理站、原油穩(wěn)定及天然氣處理過程。當(dāng)前 DCS 增加了邏輯順序控制功能，使它的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，過程控制層可以采用 FCS。 DCS 的主要特點(diǎn)是 ： 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ① 可實(shí)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(hù)方便； ④ 可靈活方便地實(shí)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(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； ⑥ 易于 實(shí)現(xiàn) “ 集中管理、分散控制 ” 功能。 由于 DCS 具有以上諸多特點(diǎn)，聯(lián)合站采用 DCS 監(jiān)控系統(tǒng)是最佳選擇。 本系統(tǒng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用臺灣研華工控機(jī)，具有很高的可靠性；監(jiān)控部分采用研華分布式監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集采用的是亞當(dāng)?shù)闹悄苣K 5000 系列，此模塊采集效果好，且便于傳輸。 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(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍。 由于本系統(tǒng)涉及變量較多，功能要求齊全，所以選用工業(yè)組 態(tài)軟件來開發(fā)。 本監(jiān)控系統(tǒng)選用 組態(tài)王 軟件，它集中控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形技術(shù)于一身，包括動態(tài)顯示、報(bào)警、控件、趨勢及網(wǎng)絡(luò)通信等組件，提供了直觀的人機(jī)界面，如 “ 趨勢曲線 ” 畫面、 “ 實(shí)時(shí)報(bào)表 ” 畫面、 “ 報(bào)表查詢 ” 畫面、“ 實(shí)時(shí) ” 、 “ 歷史 ” 報(bào)警畫面等。用組態(tài)王 組態(tài)軟件構(gòu)造 “ 監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ”能夠大大縮短開發(fā)時(shí)間，快速便捷的進(jìn)行圖形維護(hù)和數(shù)據(jù)采集，并且能夠保證系統(tǒng)的質(zhì)量。組態(tài)王把每一臺下位機(jī)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。在運(yùn)行期間，組態(tài)王通過驅(qū) 動程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 (1) 計(jì)量控制系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)選擇工業(yè)控制機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)，嚴(yán)禁選用一般商用計(jì)算機(jī)，以保證系統(tǒng)長期在線運(yùn)行。 (2) 應(yīng)嚴(yán)格要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與各計(jì)量儀表的信號匹配 ，確 保信號的準(zhǔn)確。 (3) 采用組態(tài)王應(yīng)用軟件。軟件編程方法簡單 ，容 易掌握 ，有 利于系統(tǒng)的改造與推廣?；诮M態(tài)王的計(jì)量系統(tǒng)它具有以下特點(diǎn) ： ① 能不間斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量與控制 ， 通過現(xiàn)場配置攝像頭連接到控制室 ， 使操作員遠(yuǎn)離噪音大、粉塵多的工作現(xiàn)場 ， 減少人力 ， 提高效率與計(jì) 量精度 。 ② 使用 DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ， 更好地體現(xiàn)了集散控制 ， 集中管理的思想 ， 一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題 ， 并不會影響其他的節(jié)點(diǎn) ， 上位機(jī)即使關(guān)機(jī) ， 也不會影響下位機(jī)的工作 ， 即不會影響到它的計(jì)量精度。 ③ 具有完備的記錄與報(bào)警功能 ， 便于管理人員進(jìn)行生產(chǎn)管理。 ④ 系統(tǒng)易于擴(kuò)展 ， 因?yàn)橄到y(tǒng)的開發(fā)平臺是組態(tài)軟件 ， 當(dāng)要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展非常容 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 易 ， 只需要在上位機(jī)中增加變量 ， 更改畫面 ， 添加程序段即可 ， 即系統(tǒng)有很好的繼承性。 (4) 在商品原油計(jì)量交接中 ， 使用高精度、高可靠性的計(jì)量儀表 ， 減少儀表誤差。 按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ， 外銷原油計(jì)量綜合誤差 %， 原油體積計(jì)量誤差 %，由此可見，原油外輸計(jì)量準(zhǔn)確度是確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)重要指標(biāo) 。 儀表計(jì)量與計(jì)算機(jī)管理使商品原油綜合計(jì)量誤差率大大降低 ， 真正實(shí)現(xiàn)了原油的動態(tài)計(jì)量與管理，提高工作效率，避免人為誤差。系統(tǒng)人機(jī)界面友好，具有開放的開發(fā)環(huán)境，便于維護(hù)與管理，適用于商品原油的高精度計(jì)量 [12]。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 4 聯(lián)合站原油計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 利用 自動化 技術(shù) 對油井、計(jì)量間、管匯閥組、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設(shè)施進(jìn)行自動監(jiān)測、 監(jiān)控 ，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化和管理自動化。油 田自動化系統(tǒng)可分為兩大部分，一是用來完成過程控制和數(shù)據(jù)采集的 DCS系統(tǒng)(集散控制系統(tǒng) )或 SCADA系統(tǒng) (監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) )；另一部分是用來保護(hù)工藝設(shè)備、保護(hù)人生安全、保護(hù)環(huán)境、減少和避免事故發(fā)生的 ESD系統(tǒng) (緊急關(guān)斷系統(tǒng) )。 因此， 自動化 控制與管理 信息系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)計(jì)量站生產(chǎn)全面自動化提供了可能 [13]。 聯(lián)合站原油計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)組成 聯(lián)合站原油計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場檢測儀表部分、分布式 I/O部分、人機(jī)控制部分構(gòu)成。 現(xiàn)場檢測儀表包括壓力、溫度、液位、氣體濃度等控制參數(shù)檢測儀表，還有原油流量計(jì)計(jì)量儀表?，F(xiàn)場 檢測儀表是生產(chǎn)自動化系統(tǒng)最基礎(chǔ)、最重要的組成部分之一，其可靠性和精度直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和技術(shù)性能。所以，控制系統(tǒng)的實(shí)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(shí)際需要正確地選擇儀表。外輸計(jì)量站是油田聯(lián)合站中非常重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對計(jì)量和自控儀表等級的要求比較高，儀表不僅要滿足檢測精度的要求，還要滿足易燃易爆危險(xiǎn)場所的安全防爆要求。 現(xiàn)場檢測的信號需要通過 I/O設(shè)備才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)。因此與儀表、流量計(jì)連接的I/O設(shè)備必須有良好的接口，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，較強(qiáng)的抗干擾能力。同時(shí) ,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）。研華 ADAM系列擁有各種 I/O模塊和通信模塊，能滿足不同環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用下的需求。而 ADAM5000系列分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)已在各種工業(yè)自動化得到廣泛的應(yīng)用，很容易與 PC網(wǎng)絡(luò)相連，具有較大的內(nèi)存空間，很強(qiáng)的通信能力，是能夠執(zhí)行現(xiàn)場關(guān)鍵控制策略的多任務(wù)操作系統(tǒng)。 由現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測到的信號通過裝在 ADAM5000E上的 I/O模塊，經(jīng)通信協(xié)議的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換后，傳入計(jì)算機(jī)。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(shí)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(jìn)行。 計(jì)算機(jī)要將檢測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、人工輸入的數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行分析、歸納、整理、計(jì)算，并制成實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫加以儲存。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程的需求及生產(chǎn)進(jìn)程的情況，進(jìn)行工況分析、故障診斷、并圖、文、聲等多種形式及時(shí)做出報(bào)告，以進(jìn)行操作指導(dǎo)、事故報(bào)警。系統(tǒng)組成如圖 41所示。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 41 原油計(jì) 量監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖 聯(lián)合站原油計(jì)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(jī)泵及配套供電設(shè)備較多，電磁干擾和電源 干擾較多、較強(qiáng)，工作環(huán)境較為惡劣，這就要求監(jiān)控級的主機(jī)和現(xiàn)場控制級的下位機(jī)具有良好的可靠性和抗干擾能力。其次，由于油田生產(chǎn)地域范圍很大，聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站相距較遠(yuǎn)，現(xiàn)場維護(hù)力量相對薄弱，專業(yè)維護(hù)工作難度較大，因此對系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性提出了更高的要求。 系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)選擇 監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)對現(xiàn)場檢測儀表的控制（下位機(jī)）通信和管理，并為操作和管理人員提供人機(jī)界面服務(wù)，其實(shí)現(xiàn)的功能和自身的可靠性對分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能有決定性影響。 考慮到工業(yè)現(xiàn)場的條件，工控計(jì)算機(jī)選擇臺灣 ADVANTECH公司 IPC610， 配置奔騰 PIV2G的 CPU， 內(nèi)存 256M 以適應(yīng)操作系統(tǒng) Windows NT或 WindowsXP， 80G硬盤 ，以滿足建立工控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的需要； 22寸 IBM 顯示器 ， 可提供更為清晰的圖形界面。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(jī)并行口，并為程序員和操作員提供良好的人機(jī)界面服務(wù)。 數(shù)據(jù)采集模塊的選擇 數(shù)據(jù)采集模塊作為分布式系統(tǒng)的下位機(jī)，只負(fù)責(zé)采集控制任務(wù)，不需完成復(fù)雜的管理工作和人機(jī)界面服務(wù)，但對可靠性有更高的要求。 分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)選用臺 灣 ADVANTECH公司 ADAM5000系列 [14]。 (1) ADAM5017 模塊實(shí)現(xiàn)模擬量的采集 ADAM5017是一個(gè) 16位 8頻的類似差別的輸入設(shè) 備，是可以提供可設(shè)計(jì)的輸入在所有的頻道上的范圍組件 （如圖 42所示） 。它接受毫伏輸入 (177。150 mV， 177。500 mV),主控 機(jī) IPC 采集模塊 采集模塊 現(xiàn) 場 模 擬 量 檢 測 現(xiàn) 場 開 關(guān) 量 檢 測 與 控 制 采集模塊 現(xiàn) 場 脈 沖 量 檢 測 RS484/RS232 打印機(jī) 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 電壓輸入 (177。1 V， 177。5V和 177。10 V)和現(xiàn)在的輸入 (177。20個(gè) mA， 需要 125個(gè)歐姆電阻 )組件提供數(shù)據(jù)給工程單位 (mV， V或 mA)的主機(jī)。這一個(gè)組件為工業(yè)的測量和監(jiān)聽申請的極端提供了有成本效益的解決方案。 主要特點(diǎn) ： 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(diǎn) /秒（總共） 精確度： 177。%或更高 圖 42 ADAM5017模塊 故障與過壓保護(hù)：最大承受電壓 177。35 V 輸入范圍： 177。150 mV， 177。500 mV， 177。1 V， 177。5 V， 177。10 V， 177。20 mA (2) ADAM5080 模塊實(shí)現(xiàn)脈沖 信號的輸入 借助 ADAM5080這個(gè) 4通道計(jì)數(shù)器 /頻率輸入模塊，用戶可以選擇計(jì)數(shù)器或頻率模式輸入數(shù) 據(jù)（如圖 43所示）。 ADAM5080為用戶提供了靈活多樣的解決方案，比如計(jì)數(shù)器、頻率、警報(bào)設(shè)置、開關(guān)設(shè)定或雙向功能設(shè)定。 主要特點(diǎn) ： 模式：計(jì)數(shù)（加 /減，雙向）頻率 圖 43 ADAM5080模塊 輸入頻率：頻率模式： ~1000 Hz 計(jì)數(shù)器模式 ： 5000 Hz（最大） 最小脈沖帶寬： 500m sec（頻率模式） 100m sec（計(jì)數(shù)器模式） 可編程數(shù)字躁聲濾波器： 865000微秒 隔離電壓： 1000 VRMS (3) ADAM5051 模塊 實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的 輸入 ADAM5051提供十六路數(shù)字量輸入通道。ADAM5000系統(tǒng)可以使用模塊的數(shù)字量輸入來判斷安全限位或者安全開關(guān)，也可以接受遠(yuǎn)端數(shù)字量信號。如圖 44所示。 主要特點(diǎn) ： 通道： 16 輸入電壓： 30 Vmax 電路類型：上拉電流： mA（源型） 圖 44 ADAM5051模塊 功耗： ADAM5051： W (典型 )； W (最大 ) (4) ADAM5056模塊實(shí)現(xiàn)對外輸泵、故障報(bào)警等的輸出控制 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 ADAM5056具有 16個(gè)數(shù) 字量輸出通道 （如圖 45所示） 。數(shù)字量輸出是集電極開路開關(guān)，你可以通過 ADAM5000主單元來控制。你也可以使用這些開關(guān)來控制固態(tài)繼電器。 主要特點(diǎn) ： 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(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)都帶有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232的端口。雖然 RS232得到了普遍的使用，但它的傳輸速率、傳輸距離及網(wǎng)絡(luò)容量還是有一定的限制。 RS422和 RS485標(biāo)準(zhǔn)通過將數(shù)據(jù)及控制信號使用差分信號進(jìn)行傳送，克服了 RS232的不足。 ADAM4520/4522隔離轉(zhuǎn)換器能夠讓您在早期的 RS232系統(tǒng)上充分利用 RS422和RS485的優(yōu)點(diǎn)。它能夠?qū)?RS232信號透明轉(zhuǎn)換為 RS422和 RS485信號。您無須改動PC上的任何硬件及軟件。 ADAM4520能夠幫您輕松地建立起一套基于 PC硬件的 、工業(yè)級遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)。它能夠?qū)⑼ㄓ嵕嚯x再延長 1200米（ 4000英尺），或再增加 32個(gè)連接節(jié)點(diǎn)。 模塊如圖 46所示。 主要特點(diǎn) ： 自動內(nèi)部 RS485總線監(jiān)督 自動數(shù)據(jù)流控制 最高采樣速率 kbps 3000 Vdc隔離保護(hù) (ADAM4520) 圖 46 ADAM4520模塊 檢測儀表選型 檢測儀表包括傳感器和變送器，負(fù)責(zé)把現(xiàn)場的溫度、壓力、流量、液位和界面信號等被測量的物理量轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以識別和處理的電信號，選擇時(shí)主要根據(jù)被測 參量參數(shù)的種類、量程、準(zhǔn)確度要求以及工藝上對其可靠性和穩(wěn)定性的要求來確定檢測儀