联合站原油脱水监控系统设计毕业论文正文

1、.wd.wd34/36.wd目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2954279781绪论 PAGEREF _Toc295427978 h 1HYPERLINK l _Toc2954279791.1联合站原油脱水监控系统的国内外现状及开展趋势 PAGEREF _Toc295427979 h 1HYPERLINK l _Toc2954279801.2本设计目的和意义 PAGEREF _Toc295427980 h 2HYPERLINK l _Toc2954279811.3本文研究内容 PAGEREF _Toc295427981 h 3HYPERLINK l _To

2、c2954279822联合站原油脱水系统概述 PAGEREF _Toc295427982 h 4HYPERLINK l _Toc2954279832.1联合站简介 PAGEREF _Toc295427983 h 4HYPERLINK l _Toc2954279842.2联合站原油脱水工艺流程选择 PAGEREF _Toc295427984 h 4HYPERLINK l _Toc2954279852.3联合站原油脱水工艺流程简介 PAGEREF _Toc295427985 h 5HYPERLINK l _Toc2954279862.4联合站原油脱水的主要工艺参数指标 PAGEREF _Toc29

3、5427986 h 6HYPERLINK l _Toc2954279872.5联合站原油脱水工艺参数控制 PAGEREF _Toc295427987 h 7HYPERLINK l _Toc2954279882.6联合站原油脱水的控制流程图 PAGEREF _Toc295427988 h 8HYPERLINK l _Toc2954279893联合站原油脱水DCS系统方案设计 PAGEREF _Toc295427989 h 9HYPERLINK l _Toc2954279903.1监控方案选择 PAGEREF _Toc295427990 h 9HYPERLINK l _Toc2954279913.

4、2用PC 和PLC实现集散控制DCS的 根本原理 PAGEREF _Toc295427991 h 10HYPERLINK l _Toc2954279923.3基于PLC+PC组成的联合站原油脱水DCS系统方案设计 PAGEREF _Toc295427992 h 11HYPERLINK l _Toc2954279934联合站原油脱水DCS系统实验室模拟设计 PAGEREF _Toc295427993 h 13HYPERLINK l _Toc2954279944.1现场模拟信号的采集 PAGEREF _Toc295427994 h 13HYPERLINK l _Toc2954279954.2控制层

5、PLC模块配置 PAGEREF _Toc295427995 h 14HYPERLINK l _Toc2954279964.3监控系统工业网络架构设计 PAGEREF _Toc295427996 h 15HYPERLINK l _Toc2954279975系统硬件选型 PAGEREF _Toc295427997 h 17HYPERLINK l _Toc2954279985.1仪表选用 PAGEREF _Toc295427998 h 17HYPERLINK l _Toc2954279995.1.2压力仪表的选用 PAGEREF _Toc295427999 h 18HYPERLINK l _Toc2

6、954280005.1.3油水界面仪表的选用 PAGEREF _Toc295428000 h 19HYPERLINK l _Toc2954280015.1.4流量仪表的选用 PAGEREF _Toc295428001 h 19HYPERLINK l _Toc2954280025.1.5含水分析仪表的选用 PAGEREF _Toc295428002 h 20HYPERLINK l _Toc2954280035.1.6液位仪表的选用 PAGEREF _Toc295428003 h 20HYPERLINK l _Toc2954280045.2阀门的选用 PAGEREF _Toc295428004 h

7、 22HYPERLINK l _Toc2954280055.2.1调节阀选用原理 PAGEREF _Toc295428005 h 22HYPERLINK l _Toc2954280065.2.2调节阀流通能力的计算、公称直径及型号的选择 PAGEREF _Toc295428006 h 23HYPERLINK l _Toc2954280076下位机PLC软件设计及编程 PAGEREF _Toc295428007 h 25HYPERLINK l _Toc2954280086.1软件设计流程 PAGEREF _Toc295428008 h 25HYPERLINK l _Toc2954280096.2

8、 计算机和PLC通讯组态设计 PAGEREF _Toc295428009 h 25HYPERLINK l _Toc2954280106.3下位机PLC梯形图编程设计 PAGEREF _Toc295428010 h 27HYPERLINK l _Toc2954280116.3.1 创立工程 PAGEREF _Toc295428011 h 27HYPERLINK l _Toc2954280126.3.2 配置I/O PAGEREF _Toc295428012 h 28HYPERLINK l _Toc2954280136.3.3 梯形图程序编写 PAGEREF _Toc295428013 h 32H

9、YPERLINK l _Toc2954280146.3.4 Tag标签 PAGEREF _Toc295428014 h 32HYPERLINK l _Toc2954280156.4 控制网网络规划 PAGEREF _Toc295428015 h 33HYPERLINK l _Toc2954280167力控监控组态软件设计 PAGEREF _Toc295428016 h 36HYPERLINK l _Toc2954280177.1 力控简介 PAGEREF _Toc295428017 h 36HYPERLINK l _Toc2954280187.2制作工程画面 PAGEREF _Toc29542

10、8018 h 36HYPERLINK l _Toc2954280197.3创立实时数据库 PAGEREF _Toc295428019 h 39HYPERLINK l _Toc2954280207.4用OPC建设力控与罗克韦尔的通信 PAGEREF _Toc295428020 h 39HYPERLINK l _Toc2954280217.5 建设动画连接 PAGEREF _Toc295428021 h 43HYPERLINK l _Toc2954280227.6 创立报警、专家报表、趋势曲线 PAGEREF _Toc295428022 h 44HYPERLINK l _Toc2954280238

11、系统连线调试及运行 PAGEREF _Toc295428023 h 47HYPERLINK l _Toc2954280248.1系统硬件连线 PAGEREF _Toc295428024 h 47HYPERLINK l _Toc2954280258.2系统调试及运行 PAGEREF _Toc295428025 h 49HYPERLINK l _Toc2954280269结论 PAGEREF _Toc295428026 h 50HYPERLINK l _Toc295428027谢辞 PAGEREF _Toc295428027 h 51HYPERLINK l _Toc295428028参考文献 PA

12、GEREF _Toc295428028 h 52HYPERLINK l _Toc295428029附录一 控制流程图 PAGEREF _Toc295428029 h 53HYPERLINK l _Toc295428030附录二 流程图 PAGEREF _Toc295428030 h 55HYPERLINK l _Toc295428031附录三 数据采集物理端口分布 PAGEREF _Toc295428031 h 57HYPERLINK l _Toc295428032附录四 数据采集及报警程序 PAGEREF _Toc295428032 h 581绪论1.1联合站原油脱水监控系统的国内外现状及开

13、展趋势国外在联合站监控系统方面比我国开展的快速，早在上世纪50年代，美国就建成第一套自动化监控输送系统解决了原油的自动收集、处理、计量输送问题。60年代，Acro油田公司就已经把PLC用于注水控制，并很快开展到报警、泵控等其它领域。随着监控与数据采集系统越来越多的应用于油田生产控制与管理中，它与油田开采中的处理设备上的检测仪表和控制设备直接连接，能够实时和不断的获取检测仪表所检测到的运行信息。国外有些油田还实现了注气、注水的优化控制。自从美国Honeywell公司于1975年成功的推出世界上第一套DCS以来，经历了20多年的时间，DCS已走向成熟。目前的DCS开展成为基于计算机技术Comput

14、er、控制技术Control、通信技术和图形技术及4C技术，通过通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站、检测站和操作控制中心的操作管理站、控制管理站及工程师站等联接起来，共同完成分散控制和集中操作、管理和综合控制系统。国外油田DCS的应用已经开场采用一些先进控制策略。如HONEYWELL公司的性液位控制，可以更好地适应进液的波动。美国通控公司的无模型控制器可以适合滞后、时变的温度控制。HONEYWELL公司的气举优化和各种多变量控制、适应性模糊控制、神经网络控制也在油气集输处理站的DCS上运行，实现了局部生产过优化运行。目前国外已经将自动化技术提升到对原油的生产、储运、销售等环节进展全面监控

15、的现代化管理水平的高度。英国石油公司建设的自动化监控系统可以根据地质情况自动控制产量。美国油田甚至将销售也考虑在自动化管理系统中。我国大局部的油田采油厂联合站是在20世纪70年代建设起来的，目前的联合站监控系统主要分为人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制三种方法。而我国很多地方依然停留在人工监测控制阶段而常规仪表组成的控制系统在处理复杂控制系统、集中监控系统和控制精度等方面具有局限性。上世纪九十年代，计算机控制开场应用于联合站生产过程，尤其是西部塔里木、吐哈、准格尔三大盆地的开发和建设，油田生产过程中的自动控制和管理的到了迅速的开展。1992年5月，鄯善油田就使308口油水井、1

16、9座计量站全部实现了由单井、单个装置，单站自动化向全油田，全线自动化的转变。随着油田开采的深入，油田已经进入到高含水及日产量不稳定的阶段，因此对油田的自动化水平要求也越来越高，系统的控制策略一步适合当前中转站来液量大且波动大的实际情况，监控软件中的先进控制方法以及软硬件交互的开放性应用也不够。随着DCS向计算机网络控制开展，集输系统生产过程不仅局限于联合站范围内的操作和控制，还向过程控制系统和信息管理系统严密结合方向开展，即控制和管理一体化。因此，联合站采用DCS是最正确选择，目前绝大数联合站采用的计算机监控系统是DCS。1.2本设计目的和意义在开采原油时，我国的很多油田都是中后期开采，油田由

17、于注水所开发出的原油含有较多的水分，目前一般为5080，有的甚至高达90，因此需要将原油中所含的水用各种方法别离出来。联合站原油脱水的监控系统首先要保证联合站内的各个工艺装置工作正常，外还要设法保持工况的相对稳定，增加脱水转油的效率。如果脱水不彻底，不仅采来的油得不到利用产生浪费，而且会加重后面污水处理的负担。另外外输站的计量(流量与含水率)也因直接与采油厂的效益相关，所以也很重要。目前，大多采用人工定时采样测含水，容易造成漏洞，引致外输的实际油质与测量值不同，引起损失和纠纷。为了实现联合站原油脱水工艺流程自动监控，减少不必要的损失，集散控制系统就必不可少，测控点数多、测控精度高、测控速度快的

18、工业现场, 其特点是分散控制和集中监视, 具有组网通信能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便。系统完全可以胜任或多回路调节器的工作, 它作为一个结点机使用是理想的。使用DCS 系统对生产过程进展控制, 实现了整体化、智能化、网络化、标准化的要求。系统的一切管理在控制中心即可完成, 为实现安全稳定生产, 减少设备建设维护费用, 提供了强有力的手段。因此，这就迫切要求对联合站进展自动化改造，实行集散控制系统的监控与管理。从而可以自动采集并监测生产过程的各个参数，并进展优化处理，实现节能降耗，对建成环保、节能、运行效率高、自动化管理水平高的智能化、数字化的联合站有着重要意义，它

19、同时也是数字化油田建设的重要组成局部。1.3本文研究内容本文主要研究了联合站原油脱水工艺流程自动化监控系统方案设计。设计采用DCS系统为联合站原油集输提供自动化监控与历史数据记录。设计具体内容如下: 1、确定工艺流程控制方案及模型；2、系统构成方案； 3、系统配置选型；4、仪表量程等参数的计算及仪表的选型；5、阀门流通能力的计算、公称直径的选择及阀的选型；6、罗克韦尔PLC编程；7、监控系统组态软件的编程，硬件模拟，系统调试。2联合站原油脱水系统概述2.1联合站简介油田是由油井、水井、计量间、配水间、转油站、联合站组成的一个油气水处理的综合系统，而联合站又是该系统最重要的组成局部。联合站是对各

20、转油站来原油进展集中处理的场所，它主要包括对含水原油自然沉降系统(一段脱水)、电脱水系统(二段脱水)、污水处理系统、成品油外输系统、污水回注系统。其工艺流程如图2.1所示。各系统之间相互串联，互相影响、互相关联，是一个复杂的生产过程。而联合站中最重要的就是原油集输系统。油气集输指的是将油田生产的含水原油和伴生气收集起来，进展处理并输送出去的过程，主要内容有油气的收集与别离、原油脱水(包括含水原油自然沉降脱水系统和电脱水系统)、原油处理、油气计量、天然气净化及污水处理等。图2.1 联合站流程简图2.2联合站原油脱水工艺流程选择联合站集输系统是实现油水别离的重要环节，原油的油水别离过程有自然沉水、

21、化学脱水、机械过滤脱水、电脱水等多种方法。目前我国各油田普遍采用的自然沉降脱水、电脱水、电化学联合脱水等方法，采用脱水流程主要有两种，即两段式脱水流程和三段式脱水流程。(1)两段式脱水流程联合站两段式集输系统主要包括两个子系统:自然沉降脱水系统(一段脱水系统，电脱水系统(二段脱水系统)。(2)三段式集输系统三段式集输系统与两段式集输系统工艺原理相似，主要的区别在于中转站的来油首先进入游离水脱除器，进展沉降脱水，脱水至含水70%左右，然后进入压力沉降罐，进展压力沉降脱水，脱水至30%左右，再进入电脱水器进展电脱水，经电脱水后，成为净化原油。所以三段式集输系统包括三个子系统:自然沉降脱水系统、压力

22、沉降系统、电脱水系统。这种集输系统虽流程复杂、设备较多、能耗较高，但是脱水效果较好。油田只有极少的一局部联合站采用此种集输系统进展原油脱水。目前，油田绝大多数联合站都采用两段式脱水集输系统。该系统简单、节省设备、能耗低、脱水效果较好。本设计选用第一种工艺流程。2.3联合站原油脱水工艺流程简介原油脱水工艺流程如图2.2所示。图2.2 联合站原油脱水艺流程图具体的流程为:来自中转站的高含水原油进入联合站后，首先进入游离水脱除器，在破乳剂的化学作用和重力沉降作用下，经合理控制，别离出大局部游离水，高含水原油变成含水在20%30%左右的中含水原油。游离水脱除器的运行控制非常重要，要求在容器中部安装油水

23、界面检测仪表，适时检测油水界面的变化，并通过控制容器下端放水出口的调节阀开度调整油水界面，使油水界面保持在一定范围内，以保证油出口含水和水出口含油不超标。另外，多台游离水脱除器的出油汇到一条汇管上，要求在汇管上安装压力检测仪表，适时检测汇管压力的变化，并通过控制安装在汇管上的调节阀开度调整汇管压力稳定在0.24MPa，同时还要实现当压力超高时，快速泄压连锁保护功能。游离水脱除器的放水汇到一条汇管上，靠自压进入污水沉降罐游离水出口原油进入脱水加热炉，加热升温至5060，加热后的含水原油在输送管道中与一定数量的破乳剂混合，进入符合电脱水器进展油水别离。原油在电脱水器内在电场力和化学破乳剂的共同作用

24、下，进展油水的最终别离，经过合理控制电场强度和脱水器的油水界面，使电脱水后的原油含水到达0.5%以下，从而得到满足要求的净化原油。电脱水器的控制原理和游离水脱除器一样。脱出的污水进入污水沉降罐，进展污水处理。脱水后的净化原油进入净化油缓冲罐，再经过外输泵外输。2.4联合站原油脱水的主要工艺参数指标根据联合站原油两段式脱水流程工艺要求，其主要工艺参数指标如下：1、进站原油含水率80%；2、游离水除脱器油水界面高度为2.53.5m；3、游离水除脱器油出口管压力0.20.4Mpa；4、游离水除脱器污水排放流量310315 m3/h；5、加热炉温度65；6、原油出口温度5060；7、进入电脱水器原油含

25、水率20%；8、电脱水器压力0.210.41Mpa；9、电脱水器油水界面高度2.33.2m;10、电脱水器污水流量2022 m3/h；11、外输油流量8085 m3/h；12、净化油缓冲罐液位67m；13、事故罐液位020m; 14、外输油含水率O.02MPa时，阀门开场翻开，没有气压时阀门是常闭的。气关式相反，气压增加时阀门关小，没有气压时阀门是常开的。调节阀气开、气关形式的选择，主要从工艺生产的安全来考虑，当发生断电或其它事故引起信号压力中断时，调节阀的开闭状态应防止损坏设备和伤害操作人员。在油田联合站的压力、界面、液位等多数控制系统中，多项选择用气关阀，事故状态时调节阀是开的，防止憋压、

26、跑油等不安全的发生。3、单座调节阀和双座调节阀的选择只有一个阀芯的调节阀为单座调节阀，单座调节阀前后压差所产生的不平衡力较大，使阀杆产生附加位移，影响控制精度，另外在大口径、压力高的场合，单座阀开关困难，甚至不可控。而双座阀的构造设计是采用双座力平衡原理，阀门在形状过程中受的不平衡力小，用于油水界面控制和脱水器出口压力控制选用单座阀，而在净化油外输控制时，由于外输压力高，阀门口径大，选用双座调节阀。5.2.2调节阀流通能力的计算、公称直径及型号的选择1、游离水脱除器油出口阀门设进站原油密度r=920kg/m3, QUOTE 为104.17m3/h,P=(p1-p2)=100kpaCmax= Q

27、UOTE =99.92,所以查表，C选120,公称直径 QUOTE 选100mm,阀座直径 QUOTE 选100mm。2、电脱水器外输油出口阀门设原油流出密度840 kg/m3, QUOTE 为85m3/h，P=(p1-p2)=100KPaCmax= QUOTE 77.9，所以查表，C选80,公称直径 QUOTE 选80mm，阀座直径 QUOTE 选80mm。3、游离水脱除器污水出口阀门污水流出密度970kg/m3, QUOTE 为312.5m3/h，P=(p1-p2)=100KPaCmax= QUOTE =307.8，所以查表，C选450,公称直径 QUOTE 选200mm，阀座直径 QUO

28、TE 选200mm。4、电脱水器污水出口阀门污水流出密度990kg/m3, QUOTE 为21m3/h，P=(p1-p2)=100KPaCmax= QUOTE =20.89，所以查表，C选32,公称直径 QUOTE 选50mm，阀座直径 QUOTE 选50mm。根据以上的数据计算及技术要求，阀门的选型情况如下表5-8所示：表5-8 阀门的选择阀门控制点型号技术参数数量游离水脱除器油出口阀门ZMAP QUOTE =100mm，气动薄膜单座调节阀，气开式，适用于对介质泄漏量及调节精度有严格要求的场合1只电脱水器外输油出口阀门ZMAP QUOTE =80mm，气动薄膜单座调节阀，气开式，适用于对介质

29、泄漏量及调节精度有严格要求的场合1只游离水脱除器污水出口阀门ZJHP QUOTE =200mm，气动薄膜单座调节阀，气关式，阀体构造紧凑，流道通畅，具有大的流量系数1只电脱水器污水出口阀门ZJHM QUOTE =50mm，气动薄膜小流量单座调节阀，气关式，具有构造紧凑，体积小，重量轻，安装维护方便的特点。1只6下位机PLC软件设计及编程6.1软件设计流程监控系统软件总体组成：图6.1 监控系统软件总体组成系统软件总体设计流程的过程如以下列图：RSLinx设定通信驱动力控人机界面设计RSLogix编程RSNetWorx组态网络图6.2 软件设计流程本系统软件设计首先使用RSLinx软件实现网络通

30、信驱动和服务；其次使用梯形图编程软件RSLogix5000对Logix5561处理器编程；之后使用RSNetWorx软件对控制网进展网络预订；最后使用三维力控组态软件对系统进展组态并提供监控和人机界面，这将在第七章进展介绍。6.2 计算机和PLC通讯组态设计RSLinx是罗克韦尔自动化公司为用户提供的通讯管理软件，可通过该软件选择一种从计算机到工业控制网络上任一模块的通讯方式，来建设起与工业控制网络上所有设备的通讯。此处进展通信组态的主要目的是配置驱动，本设计配置驱动的主要步骤为：1、翻开RSLinx通信组态软件，点击或“Communications 菜单下的“Configure Driver

31、。2、在“available drivers Types可用驱动方式中选择驱动类型 “EtherNet/IP Driver如以下列图 。图6.3选择驱动类型3、在“Configure Driver窗口中，按下“Add New,弹出“Add New RSLinx Driver添加所需驱动类型“xxx，点击“OK。出现如下对话框，点击 “确定以太网的驱动配置就完毕了。图6.4 添加驱动器4、点击或“Communications菜单中的“RSWho，就可以看到，就会弹出整个工业控制网络的树状浏览画面见以下列图，其中没有连接到控制网上的模块在该界面上有个红色的“X。在上面可以看到每个模块的槽号或节点地

32、址，查看属性及设备版本号。图6.5 网络配置信息这样就可以实现计算机和PLC通讯，快速实现远程组态，下载程序和监控等操作。6.3下位机PLC梯形图编程设计在联合站原油脱水监控系统中，PLC过程控制类型主要有两种：第一种是顺序逻辑控制。脱水系统中要用到大量的调节阀、截断阀、泵机以及脱水的专用设备游离水脱除器、电脱水器，它们通常根据规定的时间周期工艺参数条件及相互之间的状态逻辑关系等进展开/闭或开/停控制。第二种是反响控制。原油脱水工艺与其它工艺过程相似，也需要在一定的温度、压力、流量、液位等工艺条件下进展，本系统由于实验室条件限制，无现场执行设备，所以出现指标超标时，只能进展上下限报警，并手动调

33、节使其恢复正常。这两种控制要求都需要通过控制器中梯形图编程来实现，因此使用RSLogix5000软件编写控制程序，是整个监控系统能否实现的关键。程序流程图见附录二。下面是下位机PLC编程的完整过程。6.3.1 创立工程1、点击翻开RSLogix5000编程软件，然后点击新建工程。图6.6 翻开RSLogix5000编程软件2、选择一个PLC控制器类型，包括版本，位置槽数等配置，在这里选用的PLC控制器为：1756-L61 ControlLogix5561 Controller，正确选择控制器的Type类型和Revision版本，控制器的Name名字可随意命名，Slot(槽号)与 Chassis

34、 Type(底盘类型)要与实际的槽号和类型相对应，所有这些信息都可在RSLinx Class软件中获知.如图可知对应的版本号为：16，设置完单击OK，就完成了控制器的添加。图6.7 在RSLogix5000中增加控制器6.3.2 配置I/O控制器添加完毕后，需要配置系统的I/O。本设计配置过程为：1、工程文件创立完成后，点击“I/O Configuration，右键单击“1756 Backplane选那么New Module菜单，弹出Select Module对话框选择“1756-CNB/D,双击翻开。然后根据RSLinx上显示的该模块的属性对相应参数的配置。图6.8 1756-CNB/D模块

35、参数设置对话框2、控制网模块的搭建(1)完成网桥的配置，接着在“Communication中选择“1756-ACNR15/C，完成适配器的创立组态。出现下面对话框，选择“communication。 双击“communication，出现对话框。选择“1794-ACNR15/C,根据RSLinx上显示该模块的属性进展参数的设置。如图6.9所示。图6.9 1794-ACNR15/C模块参数的设置2适配器创立以后，在下面会出现“FlexBus图标，在其下面要继续设置具体的数字量输入输出模块1794-OB16/A和模拟量输入输出模块1794-IF2XOF2I/A作为程序中的控制标签变量及中间量。图6

36、.10 1794-OB16/A模块参数的设置图6.11 1794-IF2XOF2I/A模块参数的设置(3控制网上模块配置好后，需要选择和增加控制器所用控制器的数字和模拟I/O模块。据RSLinx上显示的该模块配置，本设计选择的数字量I/O模块名称为：1756-IB16以及1756-OW16I；模拟量I/O模块为：1756-IF8以及1756-OF8。所有具体配置如下：图6.12 1756-IB16模块参数的设置图6.13 1756-OW16I模块参数的设置图6.14 1756-IF8模块参数的设置图6.15 1756-OF8模块参数的设置配置完毕后在“I/O Configuration中将会出

37、现很多模块。如图6.16所示。图6.16 I/O Configuration组态后画面建设的I/O模块要对它的属性进展设置，如采样的时间，接收电压的范围等主要的参数。采样时间要尽量的小，接收电压范围要尽量与实际的输入模拟电压信号范围相匹配。这样才能尽可能让控制器及时、准确地控制被控对象。由于该控制网上的远程I/O模块只有两个模拟量的输入输出，而本系统需要监控的模拟信号有八个，所以将液位，压力，流量以及温度模拟信号传送至控制器上本地I/O模拟量输入模块1756-IF8，将事故罐液位、净化油缓冲罐液位反响的电压信号传至控制网上1794-IF2XOF2I/A模拟量输入模块。右键单击1794-IF2X

38、OF2I/A模块，选择Properties属性。在弹出的Module Properties对话框中点击Input Configuration，因为本设计中控制变频器的模拟输出信号在5V以内，所以选择0到5V的信号接收范围。Real Time Sample采样时间设置为25ms就能满足要求。同样方法配置1756-IF8模块。通过上面的一些步骤，就完成了配置RSLogix5000的参数、增加了控制器和配置I/O模块。6.3.3 梯形图程序编写以上的步骤都是为控制器梯形图程序的编写做的准备工作，接下来就是编写梯形图控制程序。根据设计的控制方案的要求编写梯形图程序，梯形图程序的扫描顺序是从上到下，由左

39、到右。数据采集服务程序主要用到PLC的指令有: 传送指令MOV、定时延时器指令TON，计算指令SUB等指令；传送指令MOV主要是实现对模拟量数据进展采集，定时延时器指令TON是用来对上下限报警产生闪烁效果，实现顺序关断阀门等功能，根据流程图进展编写梯形图程序。控制程序的具体内容见附录四。6.3.4 Tag标签可编程控制器中所有对数据的操作是通过标签Tag来实现的。标签按作用区域分为控制器标签和程序标签。控制器标签相当于全局变量，程序标签相当于局部变量。它们都可以用于程序当中，当控制器标签和程序标签重复定义时程序中只运行程序标签。其按存放数据类型不但可分为布尔型、整型、双整型、实型，而且还包括定

40、时计数器型特殊数据类型。数据采集物理端口分布见附录三。本设计的各变量标签如以下列图所示：图6.17 监控程序的变量标签图标签可以根据所需要要求设置数据类型，在本系统中，数字量设置为布尔型，模拟量因为要检测器真实电压大小，所以设置为REAL型真值。图6.18 自定义数据标志和物理I/O标志6.4 控制网网络规划对于控制网设备必须使用RSNetWorx for ControlNet来预定网络，然后才能激活应用程序中配置的I/O设备。如果更改已预定的现有网络，还必须重新预定网络。1、选择1756CNB/D模块属性将会弹出相应的对话框，如图6.19,访问RSNetWorx选项卡，为新ControlNe

41、t网络规划文件.xc命名，点击Apply。选择View and edit the ControlNet network查看编辑方式来启动RSNetWorx for ControlNet软件创立预定网络，如图6.20,点击图标后，RSNetWorx for ControlNet软件会自动运行。图6.19 建设网络组态界面6.20 网络组态界面RSNetWorx for ControlNet软件运行后会进入图6.21。图6.21 网络规划界面2、单击RSNetWorx for ControlNet软件运行界面中的选择通信途径选择“xxx“192.168.1.15“ContorlNet,单击“OK。

42、配置好后显示界面图6.22 网络刷新后界面3、选择Edits Enable(编辑使能)后将弹出对话框，在对话框中选择Use offline data。图6.23 网络编辑后界面单击OK后，一般会出现模式切换提示框。因为在线网络刷新时控制器应工作在编程模式，而一般情况下模式选择旋钮设定在远程模式下，故需要软件进展切换工作模式，选择Change Mode便可实现切换。选择Change Mode并经过一定时间的网络节点扫描，RSNetworx for ControlNet软件窗口进一步更新为如图6.23所示的界面。接着保存网络配置，单击图6.24中的图标，软件提示优化并重新写入预定网络时单击OK，后

43、经一定时间RSNetworx for ControlNet软件窗口将更新。网络刷新也完成了，此时模块上和RSLogix5000软件里的I/O指示灯停顿闪烁保持绿色状态。图6.24 保存配置对话框点击“保存后，它的“保存快捷菜单变为不可操作的状态了，“编辑使能的黑色对号也消失了，并且它们的主菜单也有很大区别。保存后的界面菜单可查询网络模块的信息，也可双击界面中网络上模块的图标来查看模块信息。只有网络正常工作后编程软件的程序才能下载到控制器中执行。配置完毕后，回到RSLogix5000软件，保存文件。7力控监控组态软件设计7.1 力控简介本设计选用的组态软件为北京三维力控科技股份的力控6.1软件，

44、通过它组建联合站原油脱水监控系统控制组态画面，实现对联合站原油脱水流程的动态画面演示、实时监控、动态模拟、I/0监控、数据采集显示、存储、查询、专家报表，又能够实现现场设备进展超限报警和实时参数的趋势曲线等功能。力控Forcecontrol6.1工业监控组态软件是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的开展趋势，总结多年的开发、实践经历和大量的用户需求而设计开发的高端自动化软件产品，是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端HMI/SCADA自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。力控Forcecontrol6.1产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面

45、产生了巨大飞跃，力控Forcecontrol6.1在秉承力控6.0成熟分布式应用技术的根基上，功能更强大，主要特点如下：1提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦客户端方式来监控工业现场的解决方案；2强大的移动网。 有效的流量控制机制保证了远程应用中节省通讯费用；3完整的网络冗余及软件容错解决方案；4稳定的通讯处理；5图形系统主要特点：方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；6分布式的构造，使您的系统实时性更好，稳定性更高。7.2制作工程画面进入力控的开发系统后

46、，可以为每个工程建设无线数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由力控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆形矩形、圆形、多边形等 根本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时历史趋势曲线、实时历史报警、实时历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作，提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。力控开发系统提供的上述多种工具和图形，方便用户在组态工程时建设丰富的图形界面。新建工程和这个工程中图形的画面建设步骤如下：工程管理器用于创立工程、工程管理等用于创立、删除、备份、恢复、选择当前工程等。启动力

47、控的“工程管理器，按“新增应用按钮，添加应用名，点击“确定按钮。图7.1 新建工程然后再点击“开发系统按钮，进入力控的组态界面，选择“文件“新建创立一个“联合站原油脱水监控系统窗口。图7.2 联合站原油脱水监控系统窗口同法依次建设原油脱水工艺图、原油脱水参数报表、原油脱水参数报警记录、原油脱水参数趋势曲线、联合站原油脱水工艺参数监控界面窗口，如以下列图7.3。图7.3 创立其他界面窗口翻开DRAW的“工具箱，从中选择“选择图库工具，按照原油脱水工艺选择相应的游离水脱除器、电脱水器、加热炉、事故罐、净化油缓冲罐、管道以及各传感器等，并按照标准正确连接，并设置相应的“按钮，完成后的组态画面如以下列

48、图所示：图7.4 联合站原油脱水监控系统画面图7.5 原油脱水工艺画面7.3创立实时数据库在该系统中，需要创立一个拥有41个数据库点的实时数据库。1在Draw导航器中双击“实时数据库项使其展开，在展开项中双击“数据库组态启动组态程序DBMANAGER；2启动DBMANAGER，单击菜单条中的“点选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型；(3)对各个数据库点的“点名等进展逐次设置。数据库局部内容模拟量实时数据库如以下列图: 图7.6模拟量实时数据库7.4用OPC建设力控与罗克韦尔的通信建设实时数据库后，需要利用OPC建设力控和罗克韦尔的通信，建设连接后，罗克韦尔里的数据就可以和力控进展

49、数据共享，实现实时监控。下面以变量P用OPC实现力控与Rockwell之间通信为例来进展说明。翻开RSlogix Classic Gateway，在菜单栏中选中DDE/OPC项中的DDE/OPC Topic Configuration，如以下列图所示。图7.7 DDE/OPC Topic Configuration在右侧栏目中选中系统以太网中相应的IP地址中的控制器。如以下列图所示。图7.8 选择对应控制器再点击Apply应用和Done完成。至此，就完成了用OPC实现力控与Rockwell之间通信在Rockwell上的工作。翻开力控，在“I/O设备组态中选择“OPC下的“OPC CLINT 3

50、.6。出现如以下列图所示画面。图7.9 OPC选项图7.10 OPC配置一点击“下一步后的相关画面如以下列图。图7.11 OPC配置二服务器名选择“RSLinx Remote OPC Sever，其他项采用默认设置。点击“完成后，出现的画面如以下列图所示。图7.12 OPC配置三在力控的“数据库组态中双击一空白框出现如以下列图所示窗口。图6.13 用OPC连接力控变量一选择模拟I/O点，并把变量名设为P,而后在“数据连接中点击“增加如以下列图所示。图6.14 用OPC连接力控变量二在OPC预览的左半边栏目中找到要进展OPC通信的变量P，即“Online下的ACN:2:I.Ch0InputDat

51、a项。如以下列图所示。图6.15 用OPC连接力控变量三选中后点击“确定按钮后，即完成对变量P在力控和Rockwell之间的通信的建设。对于其他变量，采用一样的方法建设即可。7.5 建设动画连接以上步骤完成后，需要建设动画连接，才能实现监控画面的动态运行。在此，一调节阀为例，在调节阀门上双击，弹出图7.16所示对话框，填入表达式，并设置两种颜色。此时当表达式为假即阀门为关闭状态，呈现关闭时的颜色。反之，为翻开时的颜色。图7.16 阀门对话框同法，其它的管道、传感器等也建设动画连接，至此，力控的监控画面就能与罗克韦尔采集的数据进展同步变化了。7.6 创立报警、专家报表、趋势曲线实时报警界面，能够

52、对设定参数进展实时高，低报警，并具有声音提示，能够让操作人员能够及时了解到异常情况地发生时，及时处理紧急问题，以防安全事故的发生。所有报警点配置如下表：表7-1 报警点配置表报警点高限报警低限报警游离水脱除器油水界面高度3.5m2.5m游离水脱除器油出口压力0.4MPa0.2MPa加热炉油出口温度6050电脱水器油水界面高度3.2m2.3m电脱水器油出口压力0.41MPa0.21MPa外输原油流量85m3/h80m3/h制作报警画面，点击“工具箱选择“常用组件中的“多功能报警选项，如以下列图示。图7.17 报警窗口图7.18为专家报表界面，它包括日报表、班报表、周报表、月报表等，能够对实时数据

53、查询和历史数据查询，同时还能提供打印，导出报表等功能。专家报表如以下列图所示。图7.18 专家报表界面图7.19为实时趋势曲线，对油出口温度、外输原油流量设置了实时趋势显示。该图能够记录一段时间内的数据变化趋势，并且以曲线的形式描画出来数据的动态变化，让操作人员能够及时预测数据变化的走向，也为工程师改善设计提供了数据的依据。图7.19 实时趋势曲线8系统连线调试及运行8.1系统硬件连线在完成罗克韦尔自动控制系统的梯形图程序编写、力控的监控画面制作、力控相应数据库建设、力控与罗克韦尔系统的OPC通信和动画连接后，现在进入到该模拟仿真系统的硬件连线。由于此次实验需要采集6个模拟量和输出21个开关量

54、，其中开关量中上下限报警需要两个数字量通道才能实现，故方案使用罗克韦尔自动控制系统远程Flex I/O里的两个电压模拟量采集通道，远程Flex I/O里的13个数字量输出通道，本地I/O的 1756IF8/A模拟量输入模块里的4个电压模拟量采集通道，1756-OW16I模块数字量输出的13个数字量输出通道。在设计的电路板上有两个绿灯，六个红灯，并且绿灯依次编号为1到2号。其中，一号灯为总截止阀正常运行显示灯，二号灯为截止阀状态显示灯。红色灯分别为游离水脱除器油水界面高度、油出口压力、加热炉油出口温度、电脱水器油水界面高度、油出口压力及外输原油流量报警显示灯。在1756-OW16I模块数字量输出

55、的13个数字量输出通道与工艺流程上的阀门、泵工作状态等对应关系如图8.1所示。图8.1 1756-OW16I模块输出通道分配图此外，在该电路板上还有六个可调电阻，从右至左其所采集的模拟量依次为：一号电阻为油水界面高度，二号电阻为油出口压力，三号电阻为加热炉油出口温度，四号电阻外输原油流量，五号电阻为事故罐液位，六号电阻为净化油缓冲罐液位。明确所选择的模块型号和通道后，对硬件系统的连线图如以下列图8.2、图8.3和图8.4所示。图8.2 控制网上模拟量输入通道接线图图8.3 Flex I/O上的连线图图8.4 电路板上连线图系统硬件连接完成后的总体情况，如以下列图8.5所示图8.5 系统总体图8

56、.2系统调试及运行系统硬件连接完成后，再次检查电路连线，确定无误后，选择控制器下载预先编好的程序到PLC中，运行PLC，观察采集数据变化情况，数据采集正常后，运行三维力控软件，检查监控系统与采集的数据是否同步，调节电阻，改变参数检查系统能否实现设计功能。系统调试遇到的问题及解决措施：1在运行的时候，“I/O NOT Responding前的指示灯一直闪烁，点击“1756-CNB/D查看原因，上面显示网络没有规划。导致远程I/O不能使用，经查资料，必须进展网络规划后，才能解决，网络规划本是很简单的几个步骤，由于实验室软件的原因不能顺利规划，经打 询问罗克韦尔售后服务后，把ContolNet的机架

57、取下来，把地址调到初始位置才解决这个问题。2在调试时，发现用一个二极管不能实现上下限报警，只能实现其中一个，屡次检查程序，发现不了逻辑问题，最终，在请教研究生和查资料后，在共用一个二极管来报警时，必须用两个数字量输出通道，才能实现高限报警，闪烁快，低限报警闪烁慢的效果。9结论本文在实验室条件下实现了基于Rockwell自动化平台的联合站原油脱水监控系统设计，具体总结本设计内容如下：1根据联合站实际情况确定了适宜的工艺流程和工艺参数控制方案；根据工艺要求对仪表、阀门进展了选型和计算。2)本系统采用可变电阻器电路模拟实际的传感器，其电位信号输入PLC；利用罗克韦尔两层网络工业以太网、控制网，搭建了

58、适合联合站原油脱水的DCS系统，实现了集中、分散的特点；3本系统利用RSLogix5000软件编写了数据采集、报警、紧急停车服务程序，用RSLinx实现网络通信，用RSNetWorx实现控制网的规划，应用力控组态软件组建了联合站原油脱水监控系统组态画面，采用OPC通讯机制，实现了力控实时数据库和RSLogix5000数据变量的关联。4系统实现了从电路板采集数据并在组态画面中实时的显示数据，当调节电路板上电位器电阻值大小时，在脱水监控画面上就会显示出数据的变化，实现实时监控功能，同时实现了参数上下限报警、实时趋势曲线、专家报表和查询等功能。由于时间、实验室条件限制和本人水平有限，本设计在以下几方面还有待于进一步改善：1控制界面的改良。可以设置用户登录界面，保证系统安全；2由于实验条件的限制，系统并没有相应的传感器和执行机构，如假设条