【正文】 s Oil and Gas Resource —。如果油水界面檢測技術(shù)成熟，對油田工作者來說，帶來的益處是非常巨大的，對于油田工作效率的提高有重大的推動作用，加速我國從資源大國躋身為資源國。（4）對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，通過實(shí)驗(yàn)還確定油，水和乳化液測量值的范圍，驗(yàn)證程序的正確性，并逐步完善。（2）對分段電容界面檢測儀的工作原理進(jìn)行了研究，及其使用485232轉(zhuǎn)換串口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。生產(chǎn)高性能的測量儀器，對油水界面測量技術(shù)的需求非常大，油田生產(chǎn)過程中對其要求也非常高。 本章小結(jié)本章主要是將實(shí)驗(yàn)所測得的數(shù)據(jù)用三線表列出來，主要包括純水的測量值，純油的測量值，以及油水混合物的測量值，表格根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案包括計(jì)算機(jī)所測得的數(shù)據(jù)和油水界面測量儀所測得的數(shù)據(jù)。第一組： 實(shí)測油高=10厘米 計(jì)算機(jī)測量油高=計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)：通道1～20都為0油水界面測量儀數(shù)據(jù)：通道1～20都為0表56 純油測量表格通道值計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)（純油）油水界面測量儀采集到的數(shù)據(jù)（油）21 274 22308第二組: 實(shí)測油高=20厘米 計(jì)算機(jī)測量油高=16厘米計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)：通道1～19都為0油水界面測量儀數(shù)據(jù)：通道1～19都為0表57 純油測量表格通道值計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)（純油）油水界面測量儀采集到的數(shù)據(jù)（油） 20247 21308 22312第三組: 實(shí)測油高=30厘米 計(jì)算機(jī)測量油高=32厘米計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)：通道1～16都為0油水界面測量儀數(shù)據(jù)：通道1～16都為0表58 純油測量表格通道值計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)（純油）油水界面測量儀采集到的數(shù)據(jù)（油） 17239 18312 19312 20312 21311 22312根據(jù)以上三組數(shù)據(jù)可知純油的測量值在250左右，這里我將純油的測量參數(shù)設(shè)定為大于200且小于450。本章主要介紹了軟件部分，也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其中包括MCGS組態(tài)軟件的概述，以及在實(shí)驗(yàn)過程中對設(shè)備窗口，用戶窗口，和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口的參數(shù)及變量的設(shè)定，另外還包括運(yùn)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。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(jì)算出油水界面位置。2n，類似的可得起始段的aa2值。n和1，中點(diǎn)值為（2n1）247。在每一段的終點(diǎn)a2=m247。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。當(dāng)某段電極開始進(jìn)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)。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。 電極與水之間的電容C =εDh / d。 絕緣層的厚度為d。如圖415所示：圖415傳感器示意圖設(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。（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)。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(yàn)位的方式傳遞。（4）所有環(huán)路上的通信都以“打包”方式發(fā)生。（2）主站將初始化和控制所有在通信回路上傳遞的信息。（1）所有回路通信應(yīng)遵照主/從方式。ZGL可以實(shí)時(shí)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。因此，一臺控制器既可作為從機(jī)，也可作為主機(jī)，常提供多重的內(nèi)部通道，允許并列處理主機(jī)和從機(jī)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)。從機(jī)對于主機(jī)的廣播查詢，無響應(yīng)返回Modbus 協(xié)議報(bào)據(jù)設(shè)備地址，請求功能代碼，發(fā)送數(shù)據(jù)，錯誤校驗(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)動作的代碼，返回?cái)?shù)據(jù)和錯誤校驗(yàn)碼。相應(yīng)的從機(jī)包括可編程控制器。而其它設(shè)備(從機(jī))應(yīng)返回對查詢作出的響應(yīng)， 或處理查詢所要求的動作。IF 傳感器203000 THEN0變量水=變量水+1ENDIFIF 傳感器213000 THEN變量水=變量水+1ENDIFIF 傳感器223000 THEN變量水=變量水+1ENDIF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(yàn)，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))。運(yùn)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(shí)時(shí)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)，從而實(shí)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。在MCGS工作臺上單擊“設(shè)備窗口”選項(xiàng)，在這里使用“設(shè)備工具箱”進(jìn)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。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(jìn)行聯(lián)系的媒介。如圖49所示：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)。然后分別編制其余兩個窗口，如圖46，圖47所示：圖45 油水分離界面繪制圖46 數(shù)據(jù)報(bào)表設(shè)計(jì)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(jìn)行處理后的最終值，直接表征液位高度。在“實(shí)時(shí)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(jìn)行屬性設(shè)置，如圖43所示：圖43 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)置 根據(jù)設(shè)計(jì)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(bào)表”，“實(shí)時(shí)曲線”，如圖44所示：圖44 MCGS工作臺面MCGS組態(tài)軟件提供了強(qiáng)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MCGS生成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對實(shí)際工程問題進(jìn)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。圖42用戶窗口屬性設(shè)置實(shí)時(shí)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(jī)的整體。建立新工程，并對其窗口屬性進(jìn)行設(shè)置。使用MCGS 工控組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需做很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；（2）封裝性（易學(xué)易用），MCGS 工控組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能；（3）通用性和可擴(kuò)充性，每個用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用MCGS 工控組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的設(shè)備驅(qū)動、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS 的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運(yùn)行策略通過策略構(gòu)件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。MCGS 用數(shù)據(jù)對象來表述系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用對象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義的值變量。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接關(guān)系，以動畫將與數(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）以及對數(shù)據(jù)的操作方法（如存盤處理、報(bào)警處理等）封裝在一起，作為一個整體，以對象的形式提供服務(wù)。MCGS全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS工控組態(tài)軟件或MCGS）是一套32位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運(yùn)行于Windows95/98/Me/NT/2000 等多種操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等多種工程領(lǐng)域。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。 MCGS組態(tài)軟件包括三個版本，分別是網(wǎng)絡(luò)版、通用版、嵌入版。組態(tài)軟件通過I/O驅(qū)動程序從縣城I/O設(shè)備獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對數(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，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。國際上比較著名的組態(tài)軟件有InTouch和iFIX等，國內(nèi)也涌現(xiàn)出了組態(tài)王，MCGS和力控等一批組態(tài)軟件，組態(tài)軟件一般由圖形界面系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第三方程序接口組件和控制功能組件組成。 本章小結(jié)本章主要介紹了本研究課題中用到的分段式電容式油水界面測量儀的性能，參數(shù)和工作原理，以及轉(zhuǎn)換串口的技術(shù)指標(biāo)。（9）電氣接口：DB9孔型到DB9針型及RJ45連接器。（7）工作方式：步半雙工（RS485）或異步全雙工(RS422)通用無跳線設(shè)置。（5）通訊距離: 1，200米（9，600BPS）。（3）通信速率：。 轉(zhuǎn)換串口性能參數(shù)（1）兼容RS23RS485 TIA/EIA標(biāo)準(zhǔn)。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，無校驗(yàn)；數(shù)據(jù)傳輸缺省速率為9600b/s。UT216接口轉(zhuǎn)換器可以為點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的通信提供可靠的連接，點(diǎn)到多點(diǎn)每臺轉(zhuǎn)換器可允許連接32個RS422或RS485接口設(shè)備，帶有電源指示燈及數(shù)據(jù)流量指示燈可指示故障情況、支持的通訊方式有RS232到RS42RS232到RS485轉(zhuǎn)換。求出了和，油水界面的計(jì)算問題也就迎刃而解了。和k。和k，由于和，進(jìn)而受一些因素影響而不是常數(shù)，相應(yīng)的C?？梢宰龅檬志_的，可見H的精度僅受精度的影響。由于L。很容易得到油水界面高度為:H= K L。下面圖33為例來介紹一下分段電容傳感器的檢測原理，這是一個10段式分段電容傳感器結(jié)構(gòu)簡圖及等效電容圖，只有最上部的電容傳感器沒有完全充滿介質(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。為了在安裝時(shí)可以檢查調(diào)整各層面的檢測值，變送器設(shè)置調(diào)零、放大兩只電位器，通過按鍵即可檢查從下至上第一至最末段檢測值，通過兩電位器可以進(jìn)行空氣段調(diào)零和油段、水段、混合段的調(diào)整，退出按鍵操作即可輸出油面、水面4～20mA信號。因此，判斷油水界面的ε閥值是一個相對值。 如圖32所示，由單片機(jī)構(gòu)成的變送器對各段電容從下至上逐段進(jìn)行掃描檢測，并由軟件對檢測結(jié)果進(jìn)行分析、判斷、比較、計(jì)算，并由標(biāo)準(zhǔn)485信號或雙D/AmA變換模塊以兩路各自4～20mA恒流信號輸出。（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：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（過大應(yīng)考慮加輔助電極）圖32 界面測量儀工作原理在一定的空間內(nèi)介質(zhì)的變化將會引起很多的物理量的變化，如：變化較敏感的電場、磁場；那么電場和磁場物理量的變化將會間接的反映介質(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、磁場物理量的變化信息，并對這些信息進(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。由多段檢測高度為55mm的微電容串組合而成的檢測探極（傳感器）與裝在探極頂部的在線自校正式雙界面液位變送器共同組成液位