【導(dǎo)讀】的作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人?，F(xiàn)本人同意將本作品收錄于“北京石油化。內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽上的損失由本人自負(fù)。公開級學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)。中作了明確的說明并表示了謝意。閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。究能適應(yīng)油田現(xiàn)場需要的油水界面檢測技術(shù)。通過油水界面測控軟件的設(shè)計，了解油水界面測量的方法和工作原理，密，工作量適中。迪陽公司型號為DYUSB20xx多功能采集卡。據(jù)等），學(xué)院根據(jù)管理系統(tǒng)強化管理并抽查部分學(xué)生。過后，方可參加第一次答辯。實時監(jiān)測功能的實現(xiàn)過程，實驗過程中測量數(shù)據(jù)的記錄。

　　

【正文】 .mcg。 建立新工程，并對其窗口屬性進行設(shè)置。 在 MCGS工作平臺上，點擊 “用戶窗口”，在“用戶窗口”界面單擊“新建窗口”，再單擊“窗口屬性” ，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”對話框，如圖 42所示，將窗口名稱改為“油水分離界面”，同時將窗口標(biāo)題也改為“油水分離界面”，將窗口設(shè)置選為最大化顯示，其他不變，點擊“確認(rèn)”。 圖 42用戶窗口屬性設(shè)置 油水界面測量軟件設(shè)計 22 實時數(shù)據(jù)庫設(shè)置 實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS 工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變 量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象 ，數(shù)據(jù)對象是實時數(shù)據(jù)庫的基本單元。在 MCGS 生成應(yīng)用系統(tǒng)時，應(yīng)對實際工程問題進行簡化和抽象化處理，將代表工程特征的所有物理量，作為系統(tǒng)參數(shù)加以定義，定義中不僅包含了數(shù)值類型，還包括參數(shù)的屬性及其操作方法，這種把數(shù)值、屬性和方法定義成一體的數(shù)據(jù)就稱為數(shù)據(jù)對象。構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫的過程，就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。 在“實時數(shù)據(jù)庫 ‖界面中，單擊“新增對象” 來增加一個新的數(shù)據(jù)對象，單擊“對象屬性”來對數(shù)據(jù)對象進行屬性設(shè)置， 如圖 43 所示： 圖 43 實時數(shù)據(jù)庫設(shè)置 油水界面測量軟件設(shè)計 23 油水分離界面 編 制 根據(jù)設(shè)計要求，在 MCGS 工作 臺面 上新建 四個窗口，分別是“油水分離界面”，“數(shù)據(jù)報表”，“實時曲線” ，如圖 44 所示 ： 圖 44 MCGS 工作臺 面 MCGS 組態(tài)軟件提供了強大的繪圖工具，可以使界面更加生動形象的展現(xiàn)出來， 這也是選擇 MCGS 組態(tài)軟件的一個優(yōu)勢。 在用戶窗口中選中上面建立的“油水分離界面”，單擊“動畫組態(tài)”進入 編 制界面，通過 MCGS 自帶的繪圖工具箱完成界面的 編 制，如圖 45 所示 。，然后分別編 制 其余兩 個窗口，如圖 46，圖 47 所示 ： 油水界面測量軟件設(shè)計 24 圖 45 油水分離界面繪制 圖 46 數(shù)據(jù)報表設(shè)計 油水界面測量軟件設(shè)計 25 圖 47 液位高度實時曲線顯示 在“油水分離界面”中 ，為了可以實時顯示油，水，乳化液的高度，將實時數(shù)據(jù)庫中的 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電容傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行處理后的最終值，直接表征液位高度。如圖 48 所示 ： 圖 48 建立數(shù)據(jù)連接 同理設(shè)置其余兩個輸入框分別連接 Data 水和 Data 乳化液，設(shè)置右側(cè)藍(lán)黃綠三個圖符的動畫效果，顯示液位的實時高度。 如圖 49 所示： 油水界面測量軟件設(shè)計 26 圖 49 液位高度動態(tài)顯示 設(shè)備窗口設(shè)置 設(shè)備窗口是 MCGS 系統(tǒng)與作為測控對象的外部設(shè)備建立聯(lián)系的后臺作業(yè)環(huán)境，負(fù)責(zé)驅(qū)動外部設(shè)備，控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過設(shè)備與數(shù)據(jù)之間的通道，把外部設(shè)備的運行數(shù)據(jù)采集進來，送入實時數(shù)據(jù)庫，供系統(tǒng)其它部分調(diào)用，并且把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備，實現(xiàn)對外部設(shè)備的 操作與控制。 MCGS 為用戶提供了多種類型的“設(shè)備構(gòu)件”，作為系統(tǒng)與外部設(shè)備進行聯(lián)系的媒介。進入設(shè)備窗口，從設(shè)備構(gòu)件工具箱里選擇相應(yīng)的構(gòu)件，配置到窗口內(nèi)，建立接口與通道的連接關(guān)系，設(shè)置相關(guān)的屬性，即完成了設(shè)備窗口的組態(tài)工作。 在 MCGS 工作臺上單擊“設(shè)備窗口”選項，在這里使用“設(shè)備工具箱”進行設(shè)備組態(tài)， 設(shè)備窗口設(shè)置 如圖 410 所示 ，通用串口父設(shè)備 0 設(shè)置如圖 411 所示，設(shè)備 0 設(shè)置如圖 412 所示 ，設(shè)備 0 內(nèi)部屬性設(shè)置如圖 413 所示 ，設(shè)備調(diào)試結(jié)果如圖 414 所示。 油水界面測量軟件設(shè)計 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 油水界面測量軟件設(shè)計 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 運行策略設(shè)置 所謂“運行策略”，是用戶為實現(xiàn)對系統(tǒng)運行流程自由控制所組態(tài)生成的一系列功能塊的總稱。運行策略的建立 （ if? then 語句） ，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，控制用戶窗口的打開、關(guān)閉以及設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)，油水界面測量軟件設(shè)計 29 從而實現(xiàn)對系統(tǒng)工作過 程精確控制及有序調(diào)度管理的目的。 一個系統(tǒng)有三個固定的策略構(gòu)件：啟動策略、循環(huán)策略和退出策略， 本系統(tǒng) 循環(huán)策略 用于區(qū)分油，水及其乳化液界面位置，下面這段程序為確定水液位高度的腳本程序，由于純水的測量值都在 3000 以上，所以腳本程序里以 3000 為基準(zhǔn)，將傳感器的測量值與 3000 進行比較，以確定水液位的高度。 IF 傳感器 203000 THEN0 變量水 =變量水 +1 ENDIF IF 傳感器 213000 THEN 變量水 =變量水 +1 ENDIF IF 傳感器 223000 THEN 變量水 =變量水 +1 ENDIF 循環(huán)策略中還包括確定油液位高度，乳化液液位高度的腳本程序，見附錄所示 通訊協(xié)議介紹 標(biāo)準(zhǔn) Modbus 端口是使用一個 RS232 兼容的串行接口，定義了連接器，接線電纜，信號等級，傳輸波特率，和奇偶校驗，控制器可直接或通過調(diào)制解調(diào)器 (以后簡稱 Modems)接入總線 (網(wǎng)絡(luò) )。控制器通訊使用主從技術(shù)，即主機能起動數(shù)據(jù)傳輸，稱查詢。而其它設(shè)備 (從機 )應(yīng)返回對查詢作出的響應(yīng)， 或處理查詢所要求的動作。相應(yīng) 的主機設(shè)備應(yīng)包括主處理器和編程器。 相 應(yīng)的從機包括可編程控制器。主機可對各從機尋址，發(fā)出廣播信 息，從機返回信息作為對查詢的響應(yīng)。從機對于主機的廣播查詢，無響應(yīng)返回 Modbus 協(xié)議報據(jù)設(shè)備地址，請求功能代碼，發(fā)送數(shù)據(jù)，錯誤校驗碼，建立了主機查詢格式，從機的響應(yīng)信息也用 Modbus 協(xié)議組織，它包括確認(rèn)動作的代碼，返回數(shù)據(jù)和錯誤校驗碼?？刂破鏖g采用對等的技術(shù)進行通訊，即任意一個控制器可向其它控制器啟動數(shù)據(jù)傳送。因此，一臺控制器既可作為從機，也可作為主機，常提供多重的內(nèi)部通道，允許并列處理主機和從機傳輸數(shù)據(jù) 通信協(xié)議詳細(xì)地描述了 ZGL 數(shù)據(jù)的輸入和輸出命令、信息和數(shù)據(jù)，以便第三方使用和開發(fā)。使信息和數(shù)據(jù)在上 位機（主站）和 ZGL 之間有效地傳遞， 允許訪問 ZGL 的油水界面測量軟件設(shè)計 30 所有測量數(shù)據(jù)。 ZGL 可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的值 ,具備一個 RS485 通訊口，能滿足罐群監(jiān)控系統(tǒng)的要求 。 總結(jié) MODBURTU 通信協(xié)議基本規(guī)則確定在回路控制器和其他串行通信回路中設(shè)備的通信規(guī)則。 （ 1） 所有回路通信應(yīng)遵照主 /從方式。在這種方式下，信息和數(shù)據(jù)在單個主站和從站（監(jiān)控設(shè)備）之間傳遞。 （ 2） 主站將初始化和控制所有在通信回路上傳遞的信息。 （ 3） 無論如何都不能從一個從站開始通信。 （ 4） 所有環(huán)路上的通信都以“打包”方式發(fā)生。一個包裹就是一個簡單 的字符串（每個字符串 8 位），一個包裹中最多可含 255 個字節(jié)。組成這個包裹的字節(jié)構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)異步串行數(shù)據(jù)，并按 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位，無校驗位的方式傳遞。串行數(shù)據(jù)流由類似于 RS232C 中使用的設(shè)備產(chǎn)生。 （ 5） 所有回路上的傳送均分為兩種打包方式： A) 主 /從傳送 B) 從 /主傳送 （ 6） 若主站或任何從站接收到含有未知命令的包裹，則該包裹將被忽略，且接收站不予響應(yīng)。 油水界面分離算法研究 A36W 系列的油水界面測量儀采用電容 傳感器來檢測儲油罐內(nèi)水面的高度，三相分離器內(nèi)油和水的導(dǎo)電性能差別較大，可以認(rèn) 為油是不導(dǎo)電的絕緣體 。 如圖 415所示： 圖 415 傳感器示意圖 油水界面測量軟件設(shè)計 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。 在水中部分的長度為 h。 絕緣層的厚度為 d。 介電常數(shù)為ε 。 電極與水之間的電容 C =ε Dh / d。當(dāng)電極確定之后 , ε , D, d 均為固定常數(shù)。由上式可以看出 , 電容傳感器的電容 C與傳感器電極在水中的長度 h 為線性正比關(guān)系 , 測出電容 C 的值即可求出 h。為了提高測量精度 , 需要傳感器有足夠的靈敏度 , 根據(jù)電容靈敏度 K =ε D / d, 可以從減小絕緣層的厚度上來提高傳感器的 靈敏度 , 從而提高測量精度。 當(dāng)某段電極開始進入油水混合層 ,其模型可以分為上下兩層 ,下層為水層 ,上層為油水混合層 ,所形成的電容為上下兩層所形成電容的并聯(lián)。 圖 416 油水界面模擬示意圖 在實際處理中 ,首先做兩種假設(shè) : ① 假定油水混合比例按線性規(guī)律變化 ② 假定共有 n 級電極涉及了油水混合層 ,而油水混合層又恰好與 n 級電極同高同步。 于是可以得到一個約束條件 ,a1+a2=1,a1 在這個區(qū)間上起始值為 1,終止值為 0。a2的規(guī)律與 a1 相反。在每一段的終點 a2=m247。 n(m=1,2,? ,n),在最后的一 段起點和終點a2 分別等于（ n1）247。 n 和 1，中點值為（ 2n1）247。 2n，于是 a1=1247。 2n，類似的可得起始段的 a a2 值。將各條件代入方程組： 油水界面測量軟件設(shè)計 32 ???????????????????????LXXLXXaaaaCCo i lwmKXXinKXXimo i lmw43212121ln22ln22112121???????????0 解得： nLKCXwoi lwil2ln22 ?? ?????? ?? ???? nLKCXo i lwo i lin2ln23 ?? ?????? ?? ???? （ 41） 此時求得油水混合層的厚度 H 為 : ? ? ? ? ? ?? ? ? ?o i lwinil KCCnLnXXLnH ?? ?????????? ln232 21 （ 42） 求得 H 后進行迭代處理 ,將此厚度重新 n 等分 ,得到 L′ ,再將 L′代回上式（ 41） ,求得新的 X X3 代回上式（ 42） ,依次循環(huán)直到 X X3 趨于穩(wěn)定 ,便可實現(xiàn)對油水混合層的測量。 通過 A36W 油水界面檢測儀測得純水產(chǎn)生的輸出值為 3996 左右，同樣方法測得純油產(chǎn)生的輸出值為 310 左右，乳化液產(chǎn)生的輸出值為 400 左右， 為了確定界面的位置，需要判定傳感器所測值的范圍，來確定該傳感器的位置，以此來確定 油，水，乳化液的 位置 ， 這樣對應(yīng)的每個電容傳感器的輸出值就 可以判斷出該傳感器是處于油，水，還是乳化液中，由于 A36W 型油水界面檢測儀是由 22 段電容傳感器組成的， 傳感器制作工藝要求 每個傳感器長度都是 55mm， 所以確定 每段電容傳感器所處的液位的測量值便可以分辨出各相界面的位置 ， 從而可以計算出油水界面 位置 。 油水界面測量軟件設(shè)計 33 綜上可以看出，這種分段式電容傳感器 可以解決前面提出的技術(shù)難題，實現(xiàn)油水界面的檢測，而且在精度方面也要優(yōu)于傳統(tǒng)的電容式傳感器。 本章 小結(jié) 本章主要介紹了軟件部分，也是本次設(shè)計的重點，其中 包括 MCGS 組態(tài)軟件的概述，以及 在實驗過程中對設(shè)備窗口，用戶窗口，和實時數(shù)據(jù) 窗口的參數(shù)及變量的設(shè)定，另外還包括運行策略的設(shè)定和腳本程序的編制， 油水界面分離算法的研究 ，通訊協(xié)議的概述和 MODBUS RTU 通信協(xié)議簡單介紹 。 油水界面測量軟件設(shè)計 34 第