集油站计算机监控系统软件设计.docx

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集油站计算机监控系统软件设计

西安石油大学

课程设计

电子工程学院自动化专业自0701班

题目《计算机控制技术》课程设计

集油站计算机监控系统软件设计七（采用PLC、模块方案）

学生刘辉

指导老师徐竟天

二○一○年十二月

《计算机控制技术》

课程设计任务书

题目

集油站计算机监控系统软件设计七（采用PLC、模块方案）

学生姓名

刘辉

学号

200705080310

专业班级

自0701

设

计

内

容

与

要

求

课程设计主要完成某集油站计算机监控系统的软件设计。

要求运用已学过的组态软件《组态王6.51》软件知识，完成集油站系统监控软件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块等各模块的设计。

同时要求进一步熟悉相关计算机监控系统的硬件组成与方案，学会计算机监控系统软件设计的步骤和方法，培养学生初步设计小型计算机计算机监控系统软件编程的能力。

课程设计内容及基本要求如下：

1.熟悉集油站工艺流程、监控目标及要求。

2.熟悉常用的监控系统硬件参数与选型，了解其工作原理。

3.学会计算机监控系统组态软件编程。

4.完成集油站计算机监控系统软件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块等各电子模块的设计。

5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。

起止时间

2010年12月20日至2010年12月26日

指导教师签名

年月日

系（教研室）主任签名

年月日

学生签名

年月日

目录

1、集油站工艺流程、监控目标及要求--------------------------2

2、系统硬件参数与选型、工作原理------------------------------2

3、计算机软件的设计-------------------------------------------------4

4、参考文献-------------------------------------------------------------23

5、总结-------------------------------------------------------------------24

一、集油站工艺流程、监控目标及要求

油田集油站是油气集输系统的主要环节，它是由脱水转油、污水处理、注水系统三大部分组成，而脱水转油部分则是联合站的重要组成部分，脱水转油部分具生产连续，多工序关联和工艺设备复杂的特点。

集油站的主要产品是原油，当原油合格时才能外输，而原油含水率是检验原油质量的重要标准，计算机结合自动化仪表形成的监控系统能够有效的提高产品质量、增强工作效率、减轻工作负担，且性能可靠、价格比较低，已经被大家接受。

为适应竞争日趋激烈的能源市场，研究适合集油站生产过程的监控系统，对生产装置的关键回路及主要工艺流程参数进行实时采集和动态监视，同时将生产过程系统与信息管理系统紧密结合起来，实现生产与管理的信息集成，己成为集油站自动化改造的迫切需求。

其流程为：

当中转站正常工作时，中转站来油直接进入游离水拖除器进行沉降脱水，在进行沉降脱水之前要加破乳剂，一般放在油气分离之前或油漆分离器之前；分离后的低含水原油进入加热炉进行加热，当达到温度时送到原油缓冲罐进行油气分离；原油进入稳定装置，稳定后的原油送入成品油缓冲，最后外输泵增压、计量外输[3]。

从游离水分离器出来的污水被送到含油污水沉降罐进行沉降，它的顶部收油被送到游离水脱除器再进行油水分离，底部水送到污水站处理。

当中转站不能正常工作时，中转站来油直接进入油气分离，处理后的原油经事故泵送到事故泵进行初步油水分离，最后原油进入一段脱水工艺脱水[4]。

工艺流程图如图1示。

二、系统硬件参数与选型、工作原理

外来油经管线进入游离水脱除器之前，需要对来油的温度和压力进行测量。

在游离水脱除器中需要对脱除器的油水界面及油出口汇管压力进行控制。

含水油加热炉生温，需要对加热炉温度进行检测。

净化后的原油进入缓冲罐进行油气分离，缓冲罐液位过低将造成抽空，过高会造成气管线进油，而压力过高会造成回压高，影响油气生产量，必须对缓冲罐的液位和压力进行控制。

油气分离器的液位进行控制。

事故情况下，进入事故罐的原油的油水界面需要检测。

含油污水进入污水沉降罐进行沉降，需要对其液位进行控制

SM322数字量输出模块

该模块是德国西门子公司生产的S7-300PLC系列数字量输出模块，为16通道的数字量输出模块。

主要性能与指标

·可用于连接电磁阀，接触器，小功能电机、

灯和电机启动器

·数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转

化为控制过程所需的外部信号电平

·16路增强数字量输出模块

·额定负载电压，输出范围为20.4-28.8V

·输出电流，信号为0是电流为0.5MA,信号为1时-60℃时的电流为0.5MA

SM323数字量输入/输出模块

主要性能与指标

·8通道的数字量输入/输出模块

·可用于连接开关、2总线近开关，小功率电机等

·可将控制过程的外部数字量电平转化为S7-300的

内部信号电平

·也可将S7-300的内部信号电平转化为控制过程的

外部数字量电平

·RS-232C接口

研华工控主机

主要特征

•IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计

•支持14槽ISA/PCI底板

•支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置3.5”硬盘

•1个带防尘过滤网的86CFM风扇

选配

·InterPIV2.4GMCPU

·西部数据80G硬盘

·Kingston256M内存

·工业键盘及光电鼠标

·RS-232C接口

显示器

带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器

主要特征

·19寸SXGATFTLCD分辨率达到1280*1024

·输入信号自动识别

·最高亮度可达250cd/m2

·多扫描功能：

支持SXGA，XGA，SVGA，

VGA和文本模式

·支持多信号输入:

VGA,DVI,Video和S-Video

·不锈钢机箱,符合NEMA4/IP65标准的防锈前面板

·支持面板安装,壁挂式安装,机架安装和VESA悬臂安装发

三、计算机监控系统软件设计

3.1创建新工程

在用“组态王6.51”进行设计的开始，要创建一个新工程。

这是程序设计的第一步，创建一个工程的具体步骤是：

（1）首先，在安装完成，运行组态王后，会弹出一个“组态王工程管理器”的菜单，单击菜单栏的“文件”-“新建工程”，便可打开“新建工程向导”对话框，如图3-1所示。

图3-1新建工程向导对话框1

（2）按照向导对话框的每一步提示，陆续填入工程名称，存放路径，工程描述等信息，单击确定就可以建立好一个新的工程了，本设计中，把工程的名称设为“联合站监控系统”。

如图3-2所示：

图3-2新建工程向导对话框2

在建立好工程后，在“组态王工程管理器”中双击刚才建立的新工程就可以进入“工程浏览器”的界面下，如图3-3所示。

图3-3工程浏览器

“工程浏览器”由菜单栏，工具栏，工程目录显示区，目录内容显示区，状态条组成。

左边的那一栏即为工程目录显示区，右边的为目录内容显示区，工程目录显示区以树形结构图显示大纲项节点，用户可以扩展或收缩工程浏览器中所列的大纲项。

3.2画面设计

工程浏览器由菜单栏、工具条、工程目录显示区、状态条组成。

使用工程浏览器，绘制加油站流程图如图3-4所示：

图3-4集油站工艺流程图

3.3定义外部设备数据变量

1.定义外部设备

下位机采用PLC和板卡，对于组态王来说也即是外部设备，它通过串行口与上位机进行数据交换；定义外部设备后，组态王才可以通过I/O变量使他们交换数据。

在组态王工程浏览器的左侧选中COM1，在右侧单击“新建”，运行“设备配置导向”。

如图3-5所示：

图3-5设备配置导向1

图3-6设备配置导向2

为外部设备取名，输入“板卡1”,单击“下一步”：

填写设备地址，填入9，单击“下一步”：

注：

在实际连接设备时，地址的设置要和在设备上配置的地址要一致。

图3-7设备配置导向3

图3-8设备配置导向4

设备定义到此已经完成，在工程浏览器的右侧可以看见所定义的设备板卡PCL725，在打开数据词典时，把I/O变量连接到该设备上，便可以与组态王交换数据。

同样设仿真PLC连接在COM2口上，按上述步骤定义外部设备。

图3-9设备配置导向5

图3-10设备配置导向6

图3-11设备配置导向7

2.定义数据变量

数据库是“组态王”最核心的部分。

数据库中变量的集合为“数据词典”，在数据词典中定义工艺过程中需要的变量。

在工程浏览器左侧选择“数据字典”，在右侧双击“新建”，弹出“变量属性”对话框，对话框设置净化油罐液位参数如下所示，然后用类似方法建立其他变量的参数。

图3-12定义变量

3.4动画连接

1.动画连接

“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。

对已建立的“监控中心”，在画面上的变量的值的大小变化能够显示出来，便可以真实的反映现场监控情况。

2.建立动画连接

在画面上双击图形对应的“四相分离器1”，弹出该对象的动画连接对话框。

图3-13动画连接

单击“确定”按钮，完成四相分离器1液位的动画连接。

连接后，变量“原料油液位”的变化就通过设置颜色的填充范围表示出来，并且填充的高度随变量值的变化而变化，用同样的方法将余下的罐及泵做好设置。

3.5报警和事件

1.定义报警组

运行报警和事件记录是监控软件必不可少的功能，“组态王”提供了强有力的支持和简单的控制运行报警和事件记录方法。

·在工程浏览器中选择“报警组”，然后进入报警组定义。

图3-14报警组图示

2.设置变量的报警定义属性

·设置变量“四相分离器1”的报警属性。

·选择“数据词典”，在右侧双击变量名“四相分离器1”，在“定义变量”对话框中单击“报警定义”配置页，弹出对话框如图3-15：

图3-15“报警定义”配置页

具体设置如下：

低：

0高：

40

报警组名：

集油站优先级：

1

·单击“确定”，关闭此对话框。

·采用同样的方法定义所有变量的报警属性。

3.建立报警和事件窗口

1）建立一个新的画面作为报警画面。

画面名称：

“报警”

2）绘制报警和事件窗口：

在工具箱中选用报警窗口工具，绘制报警窗口如下图：

图3-16绘制报警窗口

·双击报警窗口对象，弹出“报警窗口配置属性页”对话框，并进行设计。

图3-17“通用属性配置页”设置

·单击“列属性”配置页，设置如下：

图3-18“列属性”配置页设置

·单击“操作属性”配置页，设置如下：

显示工具条：

有效允许报警确认：

有效

允许双击左键：

有效

·单击“条件属性”配置页，设置如下：

图3-19“条件属性”配置页设置

·完成各个报警属性设置后，运行报警和事件窗口如下：

图3-20运行报警和事件窗口效果

3.6曲线模块

趋势曲线用来反应数据变量随时间的变化情况。

趋势曲线有两种：

实时趋势曲线和历史趋势曲线。

这两种曲线外形都类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量的量程百分比。

不同的是，在画面运行程序时，实时趋势曲线随时间变化自动卷动，以快速反应变量的新变化，但不能时间轴“回卷”，不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据数据查看工作，但它不会自动卷动，而需要通过带有命令语言的功能按钮来辅助实现查阅功能。

1.实时趋势曲线

·选中“实时趋势曲线”工具，然后在画面上绘制趋势曲线。

·双击此实时趋势曲线对象，弹出“实时趋势曲线”对话框，对话框设置如图3-21所示：

·单击“标识定义”配置页，对话框设置如下图3-22所示：

·可以对时间轴和数据轴进行任意设置。

·单击“确定，”关闭此对话框。

保存后激活运行系统，画面运行效果如下图3-23所示：

·将画面切换到view中，单击“打开”，选中实时趋势曲线，系统运行得到实时趋势曲线曲线运行图3-21。

图3-21“实时趋势曲线曲线定义”对话框

图3-22“实时趋势曲线标识定义”对话框

图3-23“实时趋势曲线”运行效果图

图3-24实时趋势曲线运行图

2.历史趋势曲线

·在开发系统中新建画面，在工具箱中单击“插入通用空件”，弹出“插入控件”对话框，在列表中选择“历史趋势曲线”，单击“确定”，然后绘制一个矩形框，如下图所示：

图3-25历史曲线控件

·单击右键，选择“控件属性”命令，弹出控件属性对话框，进行属性设置，按照要求设置数据，设置完成后单击“确定”，便可得到如下图所示：

图3-26历史趋势曲线

·单击“文件”按钮，将画面切换到view画面，进行演示实验，选择“画面”，单击“历史趋势曲线”，点“确定”，便可得到历史趋势曲线演示图，如下图所示：

图3-27历史曲线控件运行效果图

3.7报表模块

1.数据报表的用途

数据报表可以反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录，是生产中不可缺少的一部分。

它能反应系统实时的生产情况，也能对长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。

在这里制作集油站的实时数据报表，以便随时分析、掌握。

2.制作实时数据报表

在组态王工具箱内选择“报表窗口”工具，在报表画面上绘制报表。

如图所示：

图3-28绘制报表

双击报表窗口的灰色部分，弹出“报表设计”对话框，对话框进行如下设计如下图：

图3-29“报表设计”对话框

对组态王报表画面进行设置，选中两个单元格区域，进行单元格合并，在报表工具箱里输入“实时数据报表”，单击“输入”。

在单元格中设置报表时间，从“数据词典”中选择日期、时间（日期、时间前必须加“=”）。

在A4单元格中输入“四相分离器1”文本值，再选中B4单元格，从“数据词典”中选择“四相分离器1”，并再往前面加“=”，选择输入。

如下图所示：

图3-30报表设置画面

3.保存报表

在“文件”中选择“全部保存”，将画面切换到view画面，进行演示实验。

则画面如图所示：

图3-31报表画面运行效果

4.制作历史数据报表

历史数据报表的设计方法与实时数据报表的制作方法一致，报表样式如图所示：

图3-32历史数据报表设计

四、参考文献

[1]．徐竟天，汪跃龙.《石油安全工程》课程设计指导书.西安石油大学，2006：

66-74.

[2]．何小阳．《计算机监控原理及技术》．重庆：

重庆大学出版社，2007.

[3]．陈露晨.计算机通信接口技术[M].成都：

电子科技大学出版社，1999.

[4]．李鹏.计算机通信技术及其程序设计[M].西安：

西安电子科技大学出版社，1998.

[5]．马国华.监控组态软件及其应用[M].北京：

清华大学出版社，2001.

[6]．于英民，莫玮，于佳.计算机接口技术[M].北京：

电子工业出版社.

五、总结

通过这次课程设计我熟悉并掌握了组态王的基本操作与使用，并在此基础上完成了加油站系统监控软件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块以及报表模块等各模块的设计。

同时进一步熟悉了相关计算机监控系统的硬件组成与方案，学会了计算机监控系统软件设计的步骤和方法，使自己初步具备了设计小型计算机安全监控系统软件编程的能力。

在设计过程中，采用PLC和板卡方案进行系统设计，实现了对监控对象的自动监测与报警。

此种方案其可靠性高，设计方便灵活，性价比优越。

采用此种方案控制精度大幅提高完全可以满足工业控制系统的要求。

设计中利用了组态王中的时间变量和相应判断语句，实现了每秒钟监测危险信号的功能，并通过相应的按键的命令触发和停止自动报警功能。