【文章內容簡介】 到廣泛的應用，很容易與PC網(wǎng)絡相連，具有較大的內存空間，很強的通信能力，是能夠執(zhí)行現(xiàn)場關鍵控制策略的多任務操作系統(tǒng)。由現(xiàn)場執(zhí)行機構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)一轉換后，傳入計算機。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。計算機要將檢測的實時數(shù)據(jù)、人工輸入的數(shù)據(jù)等信息進行分析、歸納、整理、計算，并制成實時和歷史數(shù)據(jù)庫加以儲存。根據(jù)實際生產(chǎn)過程的需求及生產(chǎn)進程的情況，進行工況分析、故障診斷、并圖、文、聲等多種形式及時做出報告，以進行操作指導、事故報警。系統(tǒng)組成如圖41所示。主控機IPC采集模塊采集模塊現(xiàn) 場 模 擬 量 檢 測現(xiàn) 場 開 關 量 檢 測 與 控 制采集模塊現(xiàn) 場 脈 沖 量 檢 測 RS484/RS232 打印機圖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。其次，由于油田生產(chǎn)地域范圍很大，聯(lián)合站、轉油站相距較遠，現(xiàn)場維護力量相對薄弱，專業(yè)維護工作難度較大，因此對系統(tǒng)的可靠性和維護性提出了更高的要求。 系統(tǒng)監(jiān)控主機選擇 監(jiān)控主機負責對現(xiàn)場檢測儀表的控制（下位機）通信和管理，并為操作和管理人員提供人機界面服務，其實現(xiàn)的功能和自身的可靠性對分布式計算機監(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，工控計算機選擇臺灣ADVANTECH公司IPC610，配置奔騰PIV2G的CPU，內存256M 以適應操作系統(tǒng)Windows NT或WindowsXP，80G硬盤，以滿足建立工控實時數(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。配以相應的監(jiān)控組態(tài)軟件，通過帶有RS232標準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。 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，只負責采集控制任務，不需完成復雜的管理工作和人機界面服務，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備，是可以提供可設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。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： 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。%或更高 圖42 ADAM5017模塊故障與過壓保護：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、警報設置、開關設定或雙向功能設定。主要特點： 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 模塊實現(xiàn)開關量的輸入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，也可以接受遠端數(shù)字量信號。如圖44所示。主要特點： 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，你可以通過ADAM5000主單元來控制。你也可以使用這些開關來控制固態(tài)繼電器。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轉換器大多數(shù)工業(yè)計算機系統(tǒng)都帶有標準的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)絡容量還是有一定的限制。RS422和RS485標準通過將數(shù)據(jù)及控制信號使用差分信號進行傳送，克服了RS232的不足。 ADAM4520/4522隔離轉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。它能夠將RS232信號透明轉換為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)級遠程通訊系統(tǒng)。它能夠將通訊距離再延長1200米（4000英尺），或再增加32個連接節(jié)點。模塊如圖46所示。主要特點： 自動內部RS485總線監(jiān)督 自動數(shù)據(jù)流控制 kbps 3000 Vdc隔離保護(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，負責把現(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換計算機監(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站來液溫度和各工藝設備的進出口溫度，測量范圍均為0100 ℃，允許誤差177。1℃。考慮到溫度參數(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備的工作壓力和單一介質容器的液位。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、全天候結構、安裝過程簡單、抗浪涌電壓、穩(wěn)定性高、溫度補償、過程腐蝕保護、過范圍保護、反極性保護、抗射頻十擾、現(xiàn)場指示、零點正負遷移。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直接投入被測介質中，安裝使用方便；③固態(tài)結構，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行高精度的測量，不受被測介質起泡、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寬范圍的溫度補償；⑦具有電源反相極性保護及過載限流保護。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 雙轉子流量計流量計的計量室由內殼體和一對螺旋轉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。流量計的轉子靠其進、出口處的微小壓差推動旋轉，并不斷地將進口的液體經(jīng)空腔計量后送到出口，轉子將轉動次數(shù)經(jīng)密封聯(lián)軸器及傳動系統(tǒng)傳遞給計數(shù)機構，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、輸送過程中進行質量監(jiān)測的主要指標，也是作為油品貿易、外輸過程中凈油量結算的依據(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) 氣體濃度檢測可燃氣體濃度檢測選用深圳特安公司的ES2000T可燃氣體變送器，如圖48所示。該變送器是工業(yè)用可燃氣體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、外危險場所。 圖48 氣體濃度檢測變送器當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)硬件實現(xiàn)根據(jù)項目的要求，本系統(tǒng)的計算機采用臺灣研華工控機，具有很高的可靠性，與其相配實時數(shù)據(jù)采集模塊采用了亞當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、可燃氣體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ADAM50510014DATDIN0閥2開關DATDIN15 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的選擇在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，開發(fā)上位機的監(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，調用MSCOMM控件或利用Windows API函數(shù)進行上下位機串口通訊；或直接利用工業(yè)組態(tài)軟件來制作上位機程序。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域興起的一種新型軟件開發(fā)技術，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)中得到廣泛應用。其優(yōu)點：項目開發(fā)周期短，開發(fā)費用較低，開發(fā)成功率高；系統(tǒng)可靠性高，易于操作，實時性好；通用性好，便于系統(tǒng)的擴展和升級[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)，是目前國內做得較好的工業(yè)組態(tài)軟件之一，可運行在WIN2000/NT/XP平臺上，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機。它集控制技術、數(shù)據(jù)庫技術、人機界面技術、網(wǎng)絡技術、圖形技術于一身，包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、及網(wǎng)絡通信等組件，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, 實現(xiàn)了實時多任務完成，軟件運行穩(wěn)定可靠。畫面的開發(fā)和運行是由工程瀏覽器調用畫面制作系統(tǒng)TOUCHMAKE和畫面運行系統(tǒng)TOUCHVIEW來完成的。TOUCHVIEW從工業(yè)控制對象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實時數(shù)據(jù)庫中。它還負責將數(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、變量的導入導出、定義工程的屬性等。(2) 工程瀏覽