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1、目录1 绪论11.1 课题研究的目的、意义以及课题的来源11.1.1 课题研究的目的11.1.2 课题研究的意义21.1.3 课题的来源21.2 油田联合站监控技术研究现状和发展趋势31.2.1 国外研究现状及趋势31.2.2 国内研究现状及趋势31.3 计算机监控在油田联合站中的应用41.3.1 油田联合站计算机监控系统的特点41.3.2 油田联合站计算机监控系统存在的问题以及发展方向51.4 本课题研究的主要内容和论文的结构52 联合站工艺分析72.1 十一号联合站概况72.1.1 十一号联合站原油生产工艺流程分析72.1.2 十一号联合站水流工艺分析72.2 十一号联合站综合控制系统的控
2、制要求83 十一号联合站综合监控系统方案设计103.1 计算机监控系统简介103.1.1 计算机控制系统的组成原理103.1.2 计算机控制系统的设计原则103.1.3 计算机控制系统的功能113.2 联合站计算机综合监控系统的方案设计124 十一号联合站综合监控系统硬件实现144.1 监控系统硬件概述144.2 十一号联合站监控系统的硬件配置与I/O点数统计144.2.1 监控系统硬件原理图144.2.2 监控系统I/O点数统计154.2.3 监控系统中选用的硬件设备清单154.3 十一号联合站监控系统的硬件实现164.3.1 本次设计对硬件的要求164.3.2 系统硬件介绍165 十一号联
3、合站综合监控系统软件设计195.1 计算机监控系统软件的选择195.2 组态王软件简介195.2.1 组态王6.53软件的构成205.2.2 组态王6.53软件的主要功能205.2.3 用组态王建立应用工程的一般过程225.3 计算机监控系统软件组成原理图225.4 十一号联合站监控系统工程的建立与动画连接235.4.1 十一号联合站监控系统工程的建立235.4.2 主监控画面的的设计255.4.3 定义外部设备和数据变量295.4.4 动画连接345.5 监控系统的报警和事件375.5.1 建立报警和事件窗口375.5.2 报警画面425.6 监控系统的实时参数和参数设置435.6.1 实时
4、参数435.6.2 参数设置455.7 监控系统的趋势曲线475.8 监控系统的报表系统505.8.1 创建实时数据报表505.8.2 创建历史数据报表515.9 用户登录、画面切换以及退出功能525.9.1 用户登陆525.9.2 画面切换和退出功能526 系统的调试与运行546.1 概述546.2 系统调试前应注意的问题546.3 系统的运行与调试546.3.1 硬件运行和调试546.3.2 软件运行和调试55总结60参考文献61致谢63附录641 绪论随着科学技术的不断进步，特别是工业控制技术的飞速发展，我们已经开始步入一个崭新的自动化控制新时代。计算机自动监控系统已经广泛的应用于离散过
5、程、连续过程等各种工业自动化领域以及电力、化工、食品、水处理等各个行业。现在国内外都将计算机监控系统对油田联合站的各个生产工艺过程进行实时监控、与数据采集等，计算机监控系统的发展为油田联合站的自动化监测注入了新的活力。因为油田联合站是油气田集输过程中的一个重要环节，它直接关系到外输原油的质量，其工艺特点是系统关联紧密、操作规程严格、系统运行状况复杂多变且系统过程中流程多变。所以采用计算机监控系统对其工艺过程进行实时监控可以有效的提高生产率、减少事故发生率、降低工人的劳动强度。本文主要针对联合站原油集输、油气分离、原油脱水等工艺过程介绍了其计算机监控系统硬件以及软件的设计。1.1 课题研究的目的
6、、意义以及课题的来源1.1.1 课题研究的目的本课题研究目的是针对联合站原油集输、油气分离、原油计量、原油脱水等工艺过程的分析，进行监控系统的硬件与软件设计，同时对系统的适应性进行研究，建立一套具有实际应用能力的监控系统。本次设计的计算机监控系统应达到以下目的：（1）能及时地，正确地对运行设备的运行参数和运行状况做出全面监测，预防和消除事故隐患。（2）对设备和运行状况进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。（3）通过对运行设备进行监测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信息。
7、总的来说，进行计算机监测的目的就是确保设备的安全运行，预防和消除事故隐患，避免事故发生。因此，自动化控制与管理信息系统为实现加油站全面自动化监控提供了可能。应用基于组态王6.53的计算机监控技术，实现11号联合站计算机监控系统的上位机监控，达到如下目的： 实现对站内工艺流程实时监测，当设备运行出现故障、参数越限时，系统及时产生报警。 实现对站内的设备运行状况、压力、流量、温度、液位，以及站区内的可燃气体浓度的监测。1.1.2 课题研究的意义监控系统的软件正向先进控制方向发展，自动化监控软件主要包括：人机界面软件（HMI）如Intouch、iFix、组态王等；基于PC的控制软件，统称软PLC或软
8、逻辑，如亚控的KingAct以及即将推出的组态王嵌入版、西门子的WinAC等；还包括生产执行管理软件，如Intellution公司的iBatch、Wonderware公司的InTrack等。今天的HMI软件将传统的操作员界面、过程的可视性、数据的采集和报警以及基于实时生产数据的企业解决方案结合在一起，同时将数据从控制器读出并送往厂级管理系统，然后将管理信息送回到过程硬件。这些软件产品不只是作为人机界面，也成为实时信息自动化系统和任何需要实时信息系统之间的纽带。可以为HMI、SCADA、Batch、Softlogic、WindowsCE、MES、Internet乃至企业历史数据库应用提供一个完整
9、的解决方案。它集成了COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先进的现代软件技术，使所有的应用组件都可以无缝集成到一个系统中去，并且可以很方便地在网络上共享数据。用户无论是在 UNIX 系统上，还是在Windows系统上，都可通过组态界面十分方便地完成数据库测点定义、对象定义、现地控制单元的各种模件定义、处理算法定义、通信端口和通信协议的定义、顺序控制流程生成、检测、加载等各种功能的应用定义以及维护，真正体现了主系统服务的面向对象、可靠、开放、友好、可扩展和透明化。为适应开放化、标准化、网络化、高速化和易用化的发展技术，计算机监控系统中的软件支持平台和应用软件包趋向于通用化、开放化、
10、规范化。从油田生产高可靠性的要求出发，在油田自动化监控系统中的后台操作系统采用UNIX操作系统，数据库系统采用ORACLE数据库得到了广泛的应用，前台监控工作站因较多采用PC构架的计算机。因此，较多地采用Windows操作系统。因此研制开发联合站综合监控系统软件设计具有以下意义：（1）Windows强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据库等，为工业监控软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。（2）对生产过程进行实时监控与动态跟踪，将过程中的主要参数、数据通过GPRS传输到计算机中进行处理、监控，将
11、生产与管理联系起来，使得生产过程中的实时信息能够及时的传递到管理者手中，从而为管理者作出及时、正确的决定提供依据，具有很大的实际意义以及经济利益。1.1.3 课题的来源本课题来源于延长油田股份有限公司靖边采油厂11号联合站综合监控系统的开发科研项目，目的是通过开发研制一套综合监控系统，实现油田联合站的自动化控制与实时监测，保证原油集输等重要工艺的安全与效益，有效的控制各种工艺参数，提高生产率和安全水平。1.2 油田联合站监控技术研究现状和发展趋势1.2.1 国外研究现状及趋势国外油田自动化监控工作已有几十年的历史了。一些先进的监控系统如监控与数据采集系统（SCADA）以及GPRS网络传输方式在
12、国外各个油田早就开始应用了。50年代，美国海湾公司就建成了第一套自动化监控输送系统（LACT）装置，解决了原油的自动收集、处理、计量和输送问题。60年代，Arco油气公司的Iatan East Howard油田PLC用于注水控制，并很快发展到报警、泵控等其他领域。80年代分布式监控系统就已经应用于石油行业。随着DCS系统采用一些先进的控制策略，使部分生产过程的控制得到了进一步优化。HONEYWELL公司的非线性液位控制可以适合进液的波动。美国通用公司的无模型控制器可以适合太滞后、时变温度控制等将检测与控制技术集一体，为油田集输控制提供了一体化解决方案。英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据监
13、测的地质情况自动控制油井的产量，保证地层原油达到最大采收率。美国LUFKIN公司推出PRC油井自动控制系统功能齐全，完全能够满足对油田抽油机进行全方位测控的需要。目前国外已将自动化技术提升到对原油的生产、储运、销售等环节进行全面监控的现代化管理水平的高度。比如英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据地质情况自动的控制油井的产量，确保底层原油达到最大采收率。美国油田甚至将销售过程中温度影响体积的销售差额，也考虑设置到自动化管理系统中。1.2.2 国内研究现状及趋势国内油气集输、油气采集等技术较国外处于落后阶段,大多数数据采集仍然依靠人工完成,虽然在一定程度上已建立了石油管理局一级的管理信息系统,
14、但油井现场的数据还不能实现无缝实时上传,无法实现高效的采油调度管理.为满足各油田数据采集的需要。从90年代开始，一些自动化设备与技术才慢慢的被引进油气生产中，在经过几十年的发展应用后，油田联合站监控系统已经逐渐向国际化靠拢。目前，油田远程监控系统已经应用于石油行业,实时采集设备工作状态信息,实现对现场数据的采集分析以及设备监控,从而以达到采油的自动化和可视化并及时了解设备的运行情况来提高安全水平与经济效益的目的。宝力格油田为实现生产管理的全面自动化,提高油田管理水平,利用一级计量站RTU(远程控制终端)、现场仪表的下位机系统和二级中心控制室SCADA(数据采集技术)的上位机系统,通过远程无线传
15、输,在7座计配站及其所辖单井应用了自动化数据采集和监控技术,对计量站内和站外油水井的生产过程和工艺参数(如温度、压力、流量、含水、单井井口温度、运行电流等)进行数据自动采集、传输和监控。实现了油气水三相计量控制,可对单井定时计量、定次计量和任意井数的计量,含水率实时在线测试。该技术的成功应用,有效地提高了油气水的数据录取精度,监控系统单个计量站自成体系,实现了计配站无人值守,提高了该油田的管理水平。大庆油田在2004年间对油田生产的监控过程中，针对控制对象以及控制要求，采用PC机作为上位机，主监控站与操作站之间采用MODEM进行网络通讯，现场数据采集系统采用PLC控制器连接仪表。数据采集单元采
16、用的是OMRON C200HX PLC，通过RS232与上位机软件进行通讯，同时PLC可脱离上位机，独立实现对监控点的监测。这样的整套监控系统，实现了生产现场的实时动态监控；良好的人机界面是操作员对现场情况一目了然，在监控画面上可随时调节PID控制参数，进行实时和历史报警、调阅历史报表并可以自动或手动打印报表；自动化程度高，可靠性好、减轻了工人的劳动强度、提高了工作效率。虽然全国各地各采油厂、联合站已不同程度地进行了油气生产自动化监控系统的试点工作,但水平参差不齐,也暴露出很多的问题,主要表现在现场设备可靠性差,可维护性差,不能承受现场恶劣的工作环境（包括高温、低温、潮湿和沙尘），目前在全国范
17、围内安装此类自动化设备的油田联合站还不到5%。就现在的监控系统来看，由于参与的厂商较多，产品的水平存在差异，各个厂家都是在做试点工作，也有个别厂家开始规模推广。数据开放性不够,往往是各个厂家互不兼容,软件数据不能共享,呈现一个个的自动化孤岛。因此在很多情况下，不能对数据进行局部细微的分析，难以让工程技术人员掌握第一手的资料。从国内油田监控系统的发展过程和今后的发展趋势来看，自动化监控技术将越来越多的应用到油田联合站、油井的监控系统中，而且必将数字化和网络化。1.3 计算机监控在油田联合站中的应用1.3.1 油田联合站计算机监控系统的特点油田联合站计算机监控系统一般具有一下特点：1.监测、控制、
18、管理一体化。监测功能即生产现场的数据采集和设备运行情况的监视及报警。控制功能，即PLC或计算机根据工艺要求及设备运行参数的变化自动或提示操作人员控制设备的运行。管理功能，即生产数据处理、故障诊断与事故处理、各种报表统计打印等。将监测、控制、管理功能融合起来，形成监、控、管一体化系统，是油田生产过程自动化的必然要求和发展趋势。这样将有助于资源共享，实现全局自动化，增强控制系统的功能，降低系统成本。2.分布式系统。油田生产过程是一个复杂的连续批量生产过程，从原油集输、原油分离到原油储运等是一个典型而复杂的多点监控系统。同时各功能单元地理位置分散，相互间相互影响，相互之间的通信要保证数据和控制信号的
19、及时正确的传输。现阶段应用于生产监控系统的控制系统主要有3种形式，PC总线工控机系统、集散控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)系统。本次设计采用第三种控制系统即可编程逻辑控制器(PLC)系统，该系统最早是应用在数字逻辑处理的领域中，但随着应用范围和应用领域的扩大以及生产工艺的不断完善和日益复杂，现在PLC系统在模拟量处理上取得了很大的进展。PLC控制系统的系统结构为PLC十上位机。整个生产工艺过程的数据采集和过程控制都由PLC来完成，而上位机只是完成数据显示、人机界面操作和对整个工艺、控制系统的管理，以及报表打印等。因过程的数据采集和过程控制都是PLC来完成，而PLC受到人为因素和环
20、境因素的影响很小，稳定性很好，这种结构的可靠性比较高。1.3.2 油田联合站计算机监控系统存在的问题以及发展方向目前油田联合站的计算机监控系统还存在着以下三个问题：1.生产厂家的问题。目前在变电站自动化系统选型当中存在着所选系统功能不够全面，产品质量不过关，系统性能指标达不到要求等情况。2.不同产品的接口问题。接口是自动化监控系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一，不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通讯规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时，问题会很严重。3.传输规约和传输网络选择的问题。要实现联合站监控系统标准化，就要实现传输规约的标准化
21、和传输网络的标准化，做到传输规约和网络的统一，才能实现联合站监控系统内设备的互换性，这一点对于制造厂商和用户都是非常有利的，对于联合站监控系统的发展也是非常重要的。油田联合站计算机监控系统的发展方向：现场总线技术、Ethernet技术的出现和应用，以及计算机技术的发展，使目前的生产监控系统逐渐向分布式系统和远程监控系统方向发展。其发展方向主要是分布式控制系统和统一的现场总线控制系统，开放式的综合集成与网络化控制系统。以分布式控制系统为基础，结合现场总线技术、Internet技术和先进的软件开发技术。使得开发分布式监控系统得到了迅速的发展。1.4 本课题研究的主要内容和论文的结构本文主要针对11
22、号联合站的工艺流程进行系统综合设计与研究。将站内的主要流程划分程工艺流程图雨水路图两大部分进行设计与研究，并根据联合站的实际要求，对计算机监控系统的组成进行设备的选型。在软件设计中，为了更好地描述系统硬件组成，建立了人机画面（如实时、历史趋势曲线，报警窗口与报警记录，实时、历史数据报表画面），实现了人机监控。最后通过对监控系统的调试，达到对站内各个区域参数的监控。论文的主要结构与内容：第一章：绪论简单介绍了课题的来源、背景和意义、油田站监控系统在国内外的发展现状以及发展趋势。第二章：对11号联合站的工艺流程做了简单的介绍，介绍了11号联合站综合控制的控制要求。第三章：根据11号联合站的实际情况
23、和系统的控制要求，设计了计算机综合监控系统控制方案。第四章：对11号联合站的计算机监控系统硬件设计做了简单的介绍。根据系统控制要求与监控系统的方案，设计了监控硬件系统，包括控制主机，现场采集模块，无线传输模块等，并介绍了它们的功能。第五章：介绍了11号联合站计算机监控系统软件设计。首先介绍了系统软件设计要求及组态王6.53系统软件，对组态王的组成，工作原理作了介绍，接着在硬件设计的基础上，采用组态王软件与外部设备连接。从信号采集，曲线分析，智能报警，报表分析都做了具体的动画连接，实现了画面切换，人机互动，达到了自动监控的功能。根据联合站控制要求选择控制方案，包括选择合适的PLC，上位监控软件以
24、及系统的硬件配置；制定合适的控制方案，应用组太王6.53开发出控制要求的全部画面；对整个上位监控系统进行模拟的调试并试运行，观察是否达到了用户的控制要求。第六章：系统的调试与运行。首先分别从组态王的软件仿真调试、硬件调试、软硬件联动调试三个步骤介绍了系统的调试，并对系统的运行状况和液位、压力等控制量的控制效果进行了分析。第七章：结论。对本系统的设计工作进行了总结，指出了本监控系统的优点和不足。2 联合站工艺分析2.1 十一号联合站概况11号联合站不仅担负原油一次沉降放水和外输任务，同时还担负着原油脱水、原油稳定、污水处理、高压注水等项工作，是靖边采油厂的一个重要的原油处理与外输基地。11号联合
25、站的主要工艺流程包括有来车卸油、管输进站、油气分离、原油沉降脱水、存储和汽车拉油外销等。联合站内设有卸油鹤位和两个装车鹤位，同时配备有2400m3/d注水能力和2800m3/d的污水处理能力。现在油站正在逐步发展，各方面逐渐趋于成熟。2.1.1 十一号联合站原油生产工艺流程分析计量站来油首先经过换热器进行加热，经过加热以后进入油气分离器，油气分离器可以将原油进行油、气、水三相分离。分离出来的天然气经过天然气分离器与天然气分水器进入锅炉房或供生活用气，或者经过放空管被排放出去。从油气分离器出来的原油进入到沉降罐，再一次进行油水分离。经过这次沉降，进入到净化罐进行原油净化，便可以进行原油外销。另外
26、还有汽车拉油到卸油池，在经过卸油罐进入到进站管线。图2.1是11号联合站的工艺流程简图。图2.1 联合站工艺流程简图2.1.2 十一号联合站水流工艺分析图2.2 联合站水路简图从图2.2中可以了解到水路图中包括有注水泵房、锅炉间、水处理间。污水池中的污水经过污水回收泵进入到污水缓冲罐，经过提升泵提升后进入注水罐，最后进入到注水泵房中通过注水泵注入注水井中。在水处理间中将水进行软化处理后进入锅炉进行加热。锅炉中经过加热以后的水是用来加热原油的，即要进入换热器。消防水罐中的水是在出现火灾时用来灭火的。2.2 十一号联合站综合控制系统的控制要求根据11联合站工艺流程，整个监控系统的主要设计内容包括:
27、3台卸油罐液位显示及高低液位报警；1座原油加高拱顶沉降罐显示油水界面及高低界面报警；1座原油加高拱顶沉降罐兼净化罐显示油水界面及高低界面报警；1座原油加高拱顶沉降罐兼净化罐显示液位及液位高低报警；1座拱顶净化罐显示液位及高低液位报警；2台400m3水罐液位显示及高低液位报警；1个污水回收池显示液位及液位高低报警；2个污水缓冲罐显示液位及高低液位报警；1个清水缓冲罐显示液位及高低液位报警；2座一次除油罐显示界面及高报警；2台消防水罐液位显示及高液位报警；2台油气分离器液位显示及高低液位报警；2台天然气分离器的天然气进口管线压力显示；进站阀组处管线上压力显示；进站阀组处温度显示；原油加高拱顶沉降罐
28、温度；原油加高拱顶沉降罐兼净化罐温度显示；净化罐温度显示；3台注水泵进口压力显示以及压力低或低低报警；3台注水泵出口压力显示以及压力高或高高报警；2台锅炉供水温度显示及温度高报警；2台供水压力显示；2台锅炉供水流量显示；2台锅炉排烟温度显示及温度高报警；锅炉回水压力显示及压力低报警；锅炉回水温度显示；软化水箱高低液位报警；3 十一号联合站综合监控系统方案设计3.1 计算机监控系统简介3.1.1 计算机控制系统的组成原理计算机监控系统是一门综合性的技术。它是计算机技术（包括软件技术、接口技术、通讯技术、网络技术、显示技术）、自动控制技术、自动检测和传感技术的综合应用。所谓计算机监控，就是利用传感
29、装置将监控对象中的物理参数（如温度、压力、流量、液位等）转换为电量，再将这些代表实际物理参数的电量送入输入装置中转换为计算机可以识别的数字信号，并且在计算机的显示装置中以数字、图形、曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。计算机监控系统的组成可以有多种划分方法。最简单的可以分为硬件和软件两个部分。一般地，一个计算机监控系统可以由以下及部分组成：计算机（含可视化的人机界面）、输入输出装置（模块）、检测、变送机构、执行机构。如图3.1所示。计算机应用程序组态软件/数据库操作系统硬件I/O接口输入输出输出检测/变送检测变送检测变送功放执行被监控对象图3.1 计算
30、机监控系统的组成原理图3.1.2 计算机控制系统的设计原则控制系统按照功能齐备、工作可靠、检测准确、操作简便、自动化程度较高，具有良好的开放性、节省资金、留有继续开发余地的原则设计。先进性。系统需在了解国内外发展动态，吸收其经验和成果的基础上进行方案的设计，使系统的技术性能和水平具有明显的先进性。可靠性。系统运行安全可靠，性能稳定，可以在恶劣环境长期连续工作。计算机监测控制系统往往负担着重要的任务，一旦出现故障，将造成整个被监控过程的混乱，引起严重的后果，由此造成的经济损失往往远非计算机监测控制系统本身的造价所能比拟。所以，能否确保长期可靠地运行成为计算机监测控制系统中首要考虑的问题。特别是对
31、一些影响面大的重要应用系统，如连续生产过程的控制等，均不允许故障率高的系统存在。通用性。一个优良的计算机监控系统应具有良好的通用性，能灵活地扩充、修改和升级。当应用对象不同时，只需在基本系统中作适当的改动，增减某些硬件模块，便可满足对象的要求。因此，在系统的总线结构、通信规约上要标准化，采用国际国内的统一标准和规范；设计指标要有一定余地，如输入输出通道数不应用满。软件的设计也应规范化、模块化。模块要易于连接、组织。程序应可读性强，清除多余语句，并有适量的说明注释，以便于修改。相容性。系统应能携挂不同类型的传感器，能够测量多种参数。扩展性。系统的设计容量要足够大，满足系统今后的扩充需要。经济性。
32、系统的造价经济合理，性能价格比高。操作维护方便性。 操作方便：系统应尽可能降低对操作人员的专业技术知识的要求，操作的内容尽可能简单明了，操作的顺序清晰简明，便于记忆。 排错方便：系统中硬件的排列和安装合理，配有明显的指示或信号，并有查错、诊断、故障报警程序，在故障出现时能及时对它定位排除。 维护方便：系统应尽量采用标准零件部位，便于硬件的更换。3.1.3 计算机控制系统的功能1. 数据采集与存储系统能检测模拟和数字两种信号并存储数据；能将温度、压力、以及液位等等参数的实时状况记录下来，对设备进行实时数据记录；数字输入信号每秒扫描一次；对过程变量的历史数据建立数据库。2. 控制和报警系统有连续控
33、制和顺序控制的功能：执行信号的逻辑运算和判断。可自动完成过程或设备的安全，停止保护。系统有以下报警功能：模拟输入信号超出信号范围；模拟输入信号超出高、低限；模拟输入信号变化率超出限定范围，数字输入信号为报警状态及系统本身故障等。3. 记录功能计算机监控系统具有生产运行记录的功能。报警记录功能。发生任何一种报警时。应自动启动打印机打印报警数据，也可以手动打印报警记录。事件记录功能。操作人员的任何操作均为事件记录，事件记录的内容包括：事件名称、事件内容、发生的日期和时间。4. 显示画面菜单显示画面，实现画面切换的菜单画面，列出可显示的全部画面的一个目录，可以在此画面上直接调用所需画面。动态流程显示
34、画面，用图形、颜色、数据等组合显示装置的运行状态和变量实时值。报警画面显示。趋势显示画面。5. 操作系统提供工程师键盘、操作键盘、鼠标等操作。操作安全：操作输入采用密码或键锁方式，规定各操作站和操作员所管辖的范围，对操作员、工程师、维修人员、经理所处理的数据范围加以限制。3.2 联合站计算机综合监控系统的方案设计联合站监控最重要的是对工艺过程中的各项参数如温度、压力、液位、流量等进行实时监控。在原油分离过程中液位和压力、锅炉间的锅炉温度、以及各个重要工艺过程中的参数是联合站安全、高效生产的决定性因素，所以必须在各种干扰的情况下，将液位、温度、压力等稳定控制在工艺允许的误差范围内，所以对这些参量
35、监控就是生产过程中的关键。设计号联合站计算机综合监控系统，不仅节省了人力物力，而且在准确性、灵活性以及生产效率上都有明显提高，保证了油田的安全稳定生产针对联合站计算机监控系统的要求，我们设计了以一台研华工控机通过通信转换器组成的分布式监控系统。由PLC控制系统负责采集现场数据并且传输到上位机。上位机作为管理机构,负责文件管理、数据库维护、报表自动生成并定时打印。下位机PLC要对现场进行测量、采集信息，并通过线路送到主机,由上位机完成数据处理的任务,根据下位机传送来的信息,上位机自动生成各种报表,并在指定的时间打印输出,从而将繁重的数据处理任务交给上位机完成,大大减轻了下位机的负担,以便更好地进
36、行各个子系统的数据采集和控制功能,保证系统的可靠性和精度。图3.1为计算机监控的系统配置图。PLC控制系统主要完成对现场数据的采集、现场仪表和执行机构的控制。来自生产现场的生产过程参数经过传感器测量变送后变为4一20mA的标准仪表信号，经信号电缆传送至PLC。模拟信号经模数转换后变为数字信号，同时对需要控制的过程参数在PLC中进行PID运算，将运算结果经数模转换后输出4一20mA的控制信号，经放大整形后驱动执行机构，实现对过程参数的PID控制。11号联合站计算机综合监控系统的初步方案：本次设计采用PLC控制器来采集与控制现场数据。通过PLC控制器，将现场的模拟或数字信号传输到工控机中，通过显示
37、器显示出现场采集的数据。在控制系统中应配有冗余工控机、打印机以及UPS电源装置，以提高监控系统的可靠性。软件平台是基于Windows NT，采用北京亚控公司的组态王6.53。软件是开放式结构、模块化结构、填表方式、组态方式。其中实时过程控制软件包括组太模块、显示模块、控制模块、图形模块、历史数据模块、报警模块、报表生成模块。操作员软件在操作站上提供操作窗口、显示、趋势和手工操作。本监控系统充分利用组态王提供的功能齐全、使用灵活的人机界面编辑功能，设计组态软件监控模块，他是岗位工人和技术工人实现对工艺过程实时监控的操作平台。图3.2是组态王的软件架构。图3.1 计算机监控系统配置图动画显示画面数
38、据采集线程历史记录线程其他线程设备驱动1设备驱动2设备驱动3设备驱动4PLC其他工控设备智能仪表模块组态王COM组件计算机 外部设备图3.2 组态王软件架构图4 十一号联合站综合监控系统硬件实现4.1 监控系统硬件概述在上一章内容中我们确定了监控系统的控制方案，并且选择了相应的控制策略，本章我们进行系统的硬件设计。综合考虑控制要求的指标，系统可靠性、安全性、扩展性，以及系统的性能价格比，还有系统应具有一定的先进性，进行系统硬件的选择与配置。根据11号联合站的工艺特点和工艺设备的技术要求，系统的整体设计分为显示器、工控机、PLC、模拟量与数字量输入输出模块。系统的通讯连接采用PROFIBUS总线
39、与MPI通讯协议将系统有机地结合在一起，使系统具有充分的开放性、准确性，同时保障了系统具有较先进的监测、控制水平。4.2 十一号联合站监控系统的硬件配置与I/O点数统计4.2.1 监控系统硬件原理图图4.1 11号联合站计算机监控系统硬件原理图4.2.2 监控系统I/O点数统计本次监控系统的I/O点数统计如表4.1所示：表4.1 11号联合站监控系统I/O变量表信号类别监测控制顺控安全机泵运行总计自动手动输入信号AI420mA两线制4444DI无源触点22输出信号AO420mA22DO继电器触点220V AC/10A1515CIORS185（MODBUS）4.2.3 监控系统中选用的硬件设备清
40、单监控系统的硬件设备如表4.2所示：表4.2联合站监控系统设备清单序号名称型号技术要求数量1工控机主机研华IPC610IPC-610H/PCA-60006LV/P4、2.4G512M/80G/1.44M/52X2台2三星显示器22寸CRT22寸三星显示器2台3彩色打印机HP-5100SE彩色喷墨打印机1台4CPUCPU 313C-2 DP16个数字量输入(均可用于报警处理)和16个数字量输出1块5模拟量输入模块西门子SM33116路模拟量输入5块6模拟量输入输出模块西门子SM334输入分辨率：8 位 (6ES7334-0CE01-0AA0) 12 位 (6ES7 334-0KE00-0AB0)
41、;输出分辨率：8 位 ;4 输入， 2 输出 1块7数字量输入模块西门子SM32116点输入，24V DC1块8数字量输出模块西门子SM32216点输出，24V DC，0.5A1块9可编程逻辑控制器PLC S7-300模块化中小型PLC系统,能满足中等性能要求的应用,易于实现分布,易于用户掌握1块10UPS电源UPS电源-山特具有较高的灵活性和可用性1台11网卡CP5611网卡PCI总线软卡,支持MPI,PPI,PROFIBUS-DP2块4.3 十一号联合站监控系统的硬件实现4.3.1 本次设计对硬件的要求在本次设计当中对系统硬件的要求如下：(1)系统硬件要有很高的安全可靠性。现场仪器仪表要有
42、隔离与防爆功能，控制器要有稳定的性能等；(2)系统硬件要有较高的实时性。转换模块的转换速率要快，执行器执行速度快；(3)系统硬件要有较高的扩展性。控制器与模块能够使用相应的扩展模块进行功能扩展。4.3.2 系统硬件介绍1.研华工控机IPC-610HIPC-610-H是4U高14槽机架安装工业整机，带PFC（功率因数补偿）电源的高效300WATX和易于维护的双冷却风扇。机箱前面板上的系统状态LED指示灯可显示电源、硬盘和系统电压的运行情况。所有这些特点使 IPC-610-H 成为性价比最佳和总价最优的选择。研华工控机IPC-610H的CPU是INTEL P4 1.8-P43.06；它的驱动器可以
43、支持3个5.25英寸驱动器、一个3.5英寸软驱、硬盘容量可选；接口分别有2个串口、1个并口、2个前置USB接口、标准键盘鼠标接口；并且带有两个高 CFM 风扇的先进冷却系统能够提供充足的气流来冷却系统的主要部件。2.CPU 313C-2 DPCPU 313C-2 DP 是一个用于分布式结构的紧凑型CPU。内置数字量I/O可以连接到过程信号，PROFIBUS DP 主站/从站接口可以连接到单独的I/O单元。因此，314C-2 DP CPU 可以用作局部单元进行快速预处理，也可以用作带从属现场总线系统的一个高级控制。此外，可以使用于过程处理相关的功能：计数、率测量、ID控制。CPU 313C-2
44、DP的性能指标如下：微处理器：处理器处理每个二进制指令的时间达到 100 - 200 ns。扩展存储器：64KB 高速 RAM (相当于大约 21 K 的指令) 用于执行相关的程序部分，为用户程序提供充分的空间；微存储卡（最大8 MB）作为程序的装载存储器，也允许在 CPU 中保存项目（包括完整符号和注解）。灵活的扩展能力：多达 31 个模块，（4排结构）。多点接口 MPI：内置 MPI 接口可以最多同时建立8个与S7-300/400或与PG、PC、OP的连接。在这些连接中，始终分别为PG和OP各保留一个连接。通过“全局数据通讯”，MPI可以用来建立最多16个CPU组成的简单网络。PROFIB
45、US DP 接口:带有 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 313C-2 DP 可以用来建立高速、易用的分布式自动化系统。对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程)。内置输入/输出：16个数字量输入(均可用于报警处理)和16个数字量输出。3.模拟量输入模块SM331SM331：模拟量输入模板，用来实现PLC与模拟量过程信号的连接于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻，模拟量输入模块将从过程发送来的模拟信号转换成供PLC内部处理用的数字信号。该模块具有如下特点： 分辨率为9到15位+符号位（用于不同的转换时间），可设置不同的测量范围；通过量程
46、模块可以机械调整电流/电压的基本测量范围。用PG上的STEP7硬件组态工具可进行微调。中断能力：模块把诊断和超限中断发送到可编程控制器的CPU中。诊断：模块向CPU发送详细的诊断信息。4.模拟量输入输出模块SM334SM334：模拟量输入/输出 ，用于连接模拟量传感器和执行器，4输入，2输出。功能模拟量输入/输出模块转换：将过程的模拟量信号转换为PLC所需的数字值；将PLC的数字信号转换为过程所需的模拟量信号。功能如下：输入分辨率：8 位 (6ES7 334-0CE01-0AA0) ；12 位(6ES7334-0KE00-0AB0)输出分辨率：8 位 量程：0-10 V, 0-20 mA；通过模板上的相应连接可以进行量程选择5.数字量输
