【文章內(nèi)容簡介】 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。計算機(jī)要將檢測的實(shí)時數(shù)據(jù)、人工輸入的數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行分析、歸納、整理、計算，并制成實(shí)時和歷史數(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、聲等多種形式及時做出報告，以進(jìn)行操作指導(dǎo)、事故報警。系統(tǒng)組成如圖41所示。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)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(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算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能有決定性影響?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場的條件，工控計算機(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16位8頻的類似差別的輸入設(shè)備，是可以提供可設(shè)計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),電壓輸入(177。1 V，177。5V和177。10 V)和現(xiàn)在的輸入(177。20個mA，需要125個歐姆電阻)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）。ADAM5080為用戶提供了靈活多樣的解決方案，比如計數(shù)器、頻率、警報設(shè)置、開關(guān)設(shè)定或雙向功能設(shè)定。主要特點(diǎn)： 模式：計數(shù)（加/減，雙向）頻率 圖43 ADAM5080模塊輸入頻率：頻率模式：~1000 Hz 計數(shù)器模式：5000 Hz（最大） 最小脈沖帶寬：500m sec（頻率模式） 100m sec（計數(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、故障報警等的輸出控制ADAM5056具有16個數(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(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)S232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 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)換計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以識別和處理的電信號，選擇時主要根據(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表的類型和型號[15]。(1) 溫度的檢測溫度檢測儀表用來測量各轉(zhuǎn)站來液溫度和各工藝設(shè)備的進(jìn)出口溫度，測量范圍均為0100 ℃，允許誤差177。1℃?？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。(2) 壓力的檢測壓力、差壓變送器用來測量各種工藝設(shè)備的工作壓力和單一介質(zhì)容器的液位。根據(jù)工藝重要程度，對壓力控制和外輸儲油罐的液位檢測等重要壓力檢測點(diǎn)位。在選用壓力變送器時，盡量滿足以下條件：精度高、全天候結(jié)構(gòu)、安裝過程簡單、抗浪涌電壓、穩(wěn)定性高、溫度補(bǔ)償、過程腐蝕保護(hù)、過范圍保護(hù)、反極性保護(hù)、抗射頻十?dāng)_、現(xiàn)場指示、零點(diǎn)正負(fù)遷移。我們選用德國E + H公司的一體化壓力變送器。(3) 液位的檢測在選用液位變送器時，盡量滿足以下條件：①穩(wěn)定性好、精度高；②直接投入被測介質(zhì)中，安裝使用方便；③固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，高可靠性，使用壽命長；④從水、油到粘度較大的糊狀物都可進(jìn)行高精度的測量，不受被測介質(zhì)起泡、沉積、電氣特性的影響；⑤無材料疲勞磨損、對振動、沖擊不敏感；⑥寬范圍的溫度補(bǔ)償；⑦具有電源反相極性保護(hù)及過載限流保護(hù)。在測量液位時，液位計選用德國E + H 公司插入式單法蘭智能液位計。(4) 流量的檢測聯(lián)合站外輸流量是油田外輸?shù)闹饕嬃坎糠?，因此它需要精度較高的測量儀表，再者外輸管線較粗，達(dá)到200 mm，因此一般流量計很難在此長期可靠的測量。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。 圖47 雙轉(zhuǎn)子流量計流量計的計量室由內(nèi)殼體和一對螺旋轉(zhuǎn)子及上下蓋板等組成，它們之間形成若干個已知體積的空腔作為流量計的計量單元。流量計的轉(zhuǎn)子靠其進(jìn)、出口處的微小壓差推動旋轉(zhuǎn)，并不斷地將進(jìn)口的液體經(jīng)空腔計量后送到出口，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動次數(shù)經(jīng)密封聯(lián)軸器及傳動系統(tǒng)傳遞給計數(shù)機(jī)構(gòu)，直接指示出流經(jīng)流量計的液體總量。(5) 含水率檢測在油氣集輸儲運(yùn)工程中，原油要經(jīng)過分離、沉降、電脫水、穩(wěn)定等初步加工處理后，才能進(jìn)行外輸或存儲，原油的密度及含水率是原油處理、輸送過程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測的主要指標(biāo)，也是作為油品貿(mào)易、外輸過程中凈油量結(jié)算的依據(jù)。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。(6) 氣體濃度檢測可燃?xì)怏w濃度檢測選用深圳特安公司的ES2000T可燃?xì)怏w變送器，如圖48所示。該變送器是工業(yè)用可燃?xì)怏w及有毒氣體安全檢測儀器。它可以固定安裝在有被測氣體泄漏的室內(nèi)、外危險場所。 圖48 氣體濃度檢測變送器當(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。ES2000T是一種無顯示、420mA輸出的可燃、有毒氣體隔爆型變送器。 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)根據(jù)項目的要求，本系統(tǒng)的計算機(jī)采用臺灣研華工控機(jī)，具有很高的可靠性，與其相配實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊采用了亞當(dāng)5000系列智能模塊：模擬量輸入ADAM501數(shù)字量輸入ADAM505數(shù)字量輸出ADAM505脈沖計數(shù)ADAM5080?，F(xiàn)場檢測儀表包括壓力、溫度、液位等控制參數(shù)檢測儀表，還有原油流量計、可燃?xì)怏w濃度檢測儀裝置等計量儀表。聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)硬件原理如圖49所示。圖49 原油計量監(jiān)控系統(tǒng)硬件原理圖 系統(tǒng)檢測與控制參數(shù)地址分配表根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的檢測與控制要求，為了下一章的軟件系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計，編制了如表41所示的地址分配表。表41 參數(shù)地址分配表參數(shù)名稱連接設(shè)備I/O地址寄存器儲油罐1液位ADAM5017AADAM5017A00100010ADATDIN0儲油罐2液位ADATDIN1儲油罐3液位ADATDIN2加熱爐1溫度ADATDIN3加熱爐2溫度ADATDIN4原油外輸溫度1ADATDIN5原油外輸溫度2ADATDIN6加熱爐1壓力ADATDIN7加熱爐2壓力ADAM5017B0011ADATDIN0原油外輸壓力1ADATDIN1原油外輸壓力2ADATDIN2可燃性氣體濃度1ADATDIN3可燃性氣體濃度2ADATDIN4可燃性氣體濃度3ADATDIN5可燃性氣體濃度4ADATDIN6外輸流量1ADAM50800012RACD0外輸流量2RACD1加熱爐溫度報警ADAM50560013DATDOUT0原油外輸溫度報警DATDOUT1儲油罐液位報警DATDOUT2氣體濃度檢測報警DATDOUT3加熱爐壓力報警DATDOUT4原油外輸壓力報警DATDOUT5泵組1啟停DATDOUT6泵組2啟停DATDOUT7閥1開關(guān)ADAM50510014DATDIN0閥2開關(guān)DATDIN15 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的選擇在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，開發(fā)上位機(jī)的監(jiān)控程序方法有多種，如VB，VC等可視化編程工具制作控制界面，調(diào)用MSCOMM控件或利用Windows API函數(shù)進(jìn)行上下位機(jī)串口通訊；或直接利用工業(yè)組態(tài)軟件來制作上位機(jī)程序。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)。當(dāng)前流行的組態(tài)軟件很多，如INTOUCH，F(xiàn)IX組態(tài)王、虎翼、開物2000等，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。組態(tài)軟件是近年來在工控自動化領(lǐng)域興起的一種新型軟件開發(fā)技術(shù)，通常只需要編制少量的指令和代碼，利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖象組態(tài)等工作即可完成所需應(yīng)用軟件的開發(fā)，在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)：項目開發(fā)周期短，開發(fā)費(fèi)用較低，開發(fā)成功率高；系統(tǒng)可靠性高，易于操作，實(shí)時性好；通用性好，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級[16]。 組態(tài)王軟件簡介組態(tài)王軟件由北京亞控公司開發(fā)，是目前國內(nèi)做得較好的工業(yè)組態(tài)軟件之一，可運(yùn)行在WIN2000/NT/XP平臺上，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機(jī)。它集控制技術(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。它采用了多線程、COM組件等新技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時多任務(wù)完成，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。畫面的開發(fā)和運(yùn)行是由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng)TOUCHMAKE和畫面運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVIEW來完成的。TOUCHVIEW從工業(yè)控制對象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。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]。 (1) 工程管理器 工程管理器主要用于組態(tài)王工程的管理，如新建工程、搜索工程、工程的備份、工程的恢復(fù)、變量的導(dǎo)入導(dǎo)出、定義工程的屬性等。(2) 工程瀏覽