基于罗克韦尔组态软件的抽油机监控系统的实现论文.docx

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基于罗克韦尔组态软件的抽油机监控系统的实现论文

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本科生毕业论文（设计）

题目：

基于罗克韦尔组态软件的抽油机监控系统的实现

学院电子信息工程学院

学科门类工学

专业自动化

2012年5月12日

１　　引言

1.1　研究背景及意义

因PLC具有可靠性高、稳定性好、接口功能强的的特点在工业测控系统中获得了广泛的应用。

抽油机监控系统要求控制器具有控制能力强、操作灵活、方便可靠性高、适宜长期连续工作的特点，因此其非常适合在各种监控。

在工业控制领域，随着自动化程度的迅速提高用户对控制系统的过程监控要求越来越高。

人机界面的出现正好满足了用户这一需求。

人机界面可以对控制系统进行全面监控包括过程监控、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化、在自动控制领域的作用日益显著。

石油工业作为各国的国民经济发展的基础行业，受到各国政府的高度重视。

然而目前我国的石油工业的自动化程度还比较低，传统的有杆泵抽油一直占主导地位，油田的监控还基本依靠人工完成，因而数据也无法实现实时上传。

油田自动化程度低的现状影响着我国石油工业的发展。

随着石油科技的快速发展以及信息化浪潮的推动石油工业正在向着智能化和信息化过度“企业信息化”“管控一体化”已成为实现降本增效提高管理水平这一有天改革目标中的一个重要课题。

1.2　国内外发展现状

目前已经安装自动化设备的井站比例很小，大多数数据采集还是单纯的依靠人工完成，虽然在一定程度上已经建立了油田管理部门一级的管理系统，但油井现场的数据还不能实现无缝上传，无法实现高效的采油调度。

随着油田的开发，抽油机的投入量日益增加。

发展高效、节能、可靠性高的抽油机是石油机械装备工业的当务之急，也是生产厂家始终追求的目标。

国外在提升油田自动化程度上投入精力比较多，研究的时间也比较早。

除大量开发生产游梁式抽油机，研制和推出各种非传统型号的抽油机外，也在努力通过各种手段提升油田的自动控制和监控水平。

我国目前油田自动化水平与发达国家相比还有一定的差距，发达国家油田生产和监控自动化水平较高，并且发展速度较快。

目前欧美等发达国家已基本实现了油田各行业的远程监控信息传输。

但是我国在这一方面的水平还比较低，数据的采集还基本依靠人工采集，因此也无法实现实时传输，监控系统总体还处于较低水平。

通过本次毕业设计的研究对无游梁抽油机的监控具有一定的现实意义。

可以提高人与机器之间交互能力以及对抽油机的远程监控能力。

1.3　无游梁抽油机监控系统概述

无游梁长冲程抽油机是一种无游梁式塔架结构长冲程抽油机，没有游梁、不采用曲柄连杆机构换向,不采用增大冲程机构,利用抽油机本身的机构特性,实现长冲程抽油和超长冲程抽油。

除了保持游梁抽油机原有的诸多优点外，还具有长冲程、低冲次、节能、大载荷、适应性强、抽油杆磨损小、排量稳定、动载荷小等特点。

采用电动机直接驱动滚筒缠绕或放开皮带实现抽油杆的上下抽油运动，克服了链条式抽油机链条易磨损需润滑密封等问题，也解决了机械换向和液压换向抽油机换向机构易损坏的问题，具有传动结构简单，效率高，系统可靠性高的优点。

无游梁长冲程抽油机控制系统采用罗克韦尔可编程控制器（PLC）为控制核心，通过控制变频器实现电动机正反转的直接驱动方案，有效简化了机械结构，大大提高了总体效率。

利用PLC实现长冲程、低冲次，冲程、冲次、上下行速比可调、节能、大载荷和适应性强、可靠性高等特点。

2　　无游梁抽油机硬件系统介绍

2.1　无游梁抽油机工作原理介绍

无游梁长冲程抽油机是一种塔架结构抽油机，没有游梁、不采用曲柄连杆机构换向,不采用增大冲程机构,而是利用抽油机本身的机构特性,实现长冲程抽油和超长冲程抽油。

采用电动机驱动滚筒缠绕或放开皮带实现抽油杆的上下抽油运动，解决了机械换向和液压换向抽油机换向机构易损坏的问题。

抽油机工作时，电动机通过减速器带动主驱动轴，主驱动轴驱动机架上的滚筒缠绕或释放皮带，皮带带动抽油杆，使抽油杆在冲程范围内按照一定的冲次及上下运动速比上下往复运动，实现抽吸原油。

2.2　模型结构

基于CompactLogix的抽油机模型通过如图2-1所示

图2-1　　基于CompactLogix的抽油机模型实物图片

2.3　无游梁抽油机电气控制系统

抽油机电气控制系统通过变频器控制电动机正转、反转实现抽油泵的往复运动，将液体泵出来。

控制系统分为：

CompactLogix控制器、PowerFlex40驱动器、操作按钮指示灯、保护电路、电动机、电磁刹车、编码器（用于反馈位置和速度，可通过1769-HSC模块将编码器连接到系统上）。

其结构图如图2-2所示。

图2-2　　抽油机模型控制结构图

CompactLogix控制系统由1769-L32E控制器、1769-IQ16开关量输入模块、1769-OW8继电器输出模块、1769-IF4模拟量输入模块、1769-OF2模拟量输出模块组成。

其结构图如图2-3所示。

图2-3　　CompactLogix控制系统结构图

按钮包括停止按钮、启动按钮、自检按钮、点动上行（负载侧）、点动下行（负载侧）按钮。

指示灯包括故障指示灯、运行指示灯、自检指示灯。

硬件保护电路（上下硬件行程开关）通过在配重侧安装行程开关，如果配重超过行程范围则系统断电，以保护机械机构安全。

PLC选用罗克韦尔自动化公司的CompactLogix可编程控制器，该系列控制器采用Logix多功能控制引擎，带浮点协处理器的32位多任务（事件任务、连续任务和周期任务）实时控制内核，在高速逻辑运算以及复杂回路控制（0.08msK典型混合程序）等方面表现同样出色。

LD、功能块图FBD、顺控表SFC以及语句表ST。

（软件开发包的价格对您也是一个另外的惊喜）更方便地开发、阅读和修改程序：

无需分配记忆内存地址（常规PLC必须的步骤），用户可直接使用或自定义反映控制对象元件属性的“标签（Tag）”（支持数组和结构体方式）进行编程。

1769-L32E处理器支持最大30个本地IO，并且内置支持实时控制的100MbpsEtherNetIP工业控制网络接口，同时实现多处理器上位机联网以及分布式IO控制。

当然，还可通过多个DeviceNet工业现场总线连接现场设备和分布式IO。

NetLinx网络透明集成：

　　无需任何编程，用户即可从任意一点接入系统，远程访问、组态、诊断或维护以下任意多种工业网络中的任意设备--国标GBT1858.3DeviceNet、IEC61158ControlNet工业现场总线或者EtherNetIP工业以太网。

无需任何编程，用户即可实现同一工业控制网络（ControlNet或者EtherNetIP）上的处理器“标签（Tag）”被其他多个Logix系列处理器同时共享。

这一功能还可实现：

该网络上的某一DIAI站数据同时送达多个Logix系列处理器；或者某一处理器输出指令同步送达该网络上的多个变频器等现场设备。

控制器“标签（Tag）”无需重新定义（基于专利的Factorytalk数据集成技术），即可被A-BPanelViewPlus或VersaView现场操作员面板或者RSViewSE上位机监控画面直接使用，也可被通过RSSql连接的工厂数据库（如SQLSever或者Oracle）直接使用。

1769CompactIO：

外观小巧、高标准工业等级1769CompactIO可直接在面板上或者在DIN导轨上并列安装（比传统PLC节省20%~30%的安装空间）。

可拆卸前接线端子器随1769CompactIO模块配供，用户无须另外付费。

严格的工业化设计保证在使用32点DIDO模块时，用户也能有足够的接线操作空间。

1769CompactIO可用作本地IO站或者分布式IO站（通过1769-ADN适配器模块）：

每个IO站最多可达30个模块（最多可分为3组，组间通过扩展电缆直接相连；每组需单独配置电源）。

3　　编程软件环境介绍

3.1　Logix5000软件概述

Logix5000是Controllogix系统专用的编程软件，它是功能十分强大的编程软件，不仅仅用来对控制器进行常规的编程，更多的用于组态和监控，所有的对外交换的信息，不管是IO刷新信息，还是对外设备的通信信息，统统要经过编程软件的组态和编程，更重要的是它面对系统的监视功能和诊断功能，所有它属下模块的工作状态全在它的监视之下，其诊断结果将明了告知问题所在，可正确迅速地查找原因，这是传统控制逻辑软件不能企及的，它的主要功能有：

·在线文档信息丰富提供在线帮助，包括概述信息、编程信息、屏幕信息、和参考信息；提供在线参考书，包括电子版的相关参考手册和用户手册。

·指令大集合包括梯形图、功能块、语句机构以及用户自定义指令集，通过帮助文件，对指令参数的输入有详细解释，并配实例。

·组态操作对话式组态操作，完成控制器属性组态、IO组态、运行控制组态、设备阶段管理组态等。

·数据处理管理方便地建立数组和用户自定义结构数据，提供必要的灵活性，满足应用系统的各种需求。

·寻址方便明确易于使用且直观的操作数寻址方式，控制器中使用的IO地址和各个数据库的标签数据，均可浏览获取，不必担心键入地址的错误。

·编程方便快捷自由格式操作的梯形图编程器，可以同时修改多个逻辑梯级也可以通过点击界面或ASCII输入提示输入梯级的指令，并可配合文字注释说明。

·组态灵活简单易于使用的功能块图形编辑器可对功能块灵活的进行组态和编辑，并可配合文字注释说明。

·拖放编辑和导航功能可以快速的从一个数据文件把数据元素移动到另一个数据文件；从一个子程序或项目中把梯级移动到另一个子程序或者项目，从一个梯级把指令移动到另一个梯级；或者把一个项目中的指令在功能块图形之间相互移动。

·具有诊断监控能力面对诊断监控，不但包括控制器的状态显示、程序校验功能和数据监控功能，更重要的是能够对所属的模块状态进行监视和诊断。

·趋势曲线监视在线实时数据的采集、趋势显示和归档；对瞬间数据的快速捕获，以甄别干扰数据对系统的影响。

·内嵌网络组态信息在本地IO组态中如果含有通信模块，通信模块的组态页面将内嵌一个Rsnetwors的组态软件，将网络信息与项目捆绑在一起，在项目下载时不必担心网络数据的丢失。

·文件管理对项目文件进行方便的管理，导入导出、转换、备份和打印项目文件都十分方便和容易与外部衔接。

3.2　Rsview32软件的介绍

RSView32是基于组件集成并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面监控软件。

RSView32通过开放的技术扩展了您的视野，达到了与其它罗克韦尔软件产品、微软产品以及第三方应用程序的高度兼容。

RSView32是第一个在以下方面发挥微软领先技术优势的人机界面软件

·开放的图形显示系统通过OLE容器方式支持ActiveX控件--可供选择的第三方ActiveX控件有数千种，用户可以方便地将现有解决方案添加到RSView32项目中。

　　·通过对象模型的开发实现对RSView32核心功能的调用，同时也允许RSView32与其它基于组件技术的软件产品实现互操作。

　　·以业界流行的微软VisualBasicforApplications（VBA）作为内置编程语言，可以最大限度地实现对RSView32项目的扩展和自定义。

　　·支持OPC标准，可以快速、方便地与众多生产制造商的硬件设备实现可靠的通讯，同时还可以作为OPC服务器向其它OPC客户端提供服务。

　　·采用了Add-OnArchitecture（AOA）插件技术扩展了RSView32的功能，将最新的技术集成到RSView32的内核中。

　　通过RSView32定制人机界面监控项目，您可以：

　　·与其它罗克韦尔软件产品相互协作，建立自己的监控项目并选择最能够满足