04 惠晨

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三（采用板卡、PLC方案）学生惠晨指导老师徐竟天二○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三（采用板卡、PLC方案）学生姓名惠晨学号200705080111 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一、绪论 (4)二、课程设计内容简介 (4)2.1课程设计简介 (4)2.2 设计的主要内容 (5)2.3 集油站工艺流程简介 (6)2.4 集油站监控目标及要求 (6)三、集油站硬件设计 (7)3.1 集油站的初步分析 (7)3.2 系统硬件选型与介绍 (8)3.3常用PLC参数介绍及其工作原理 (9)四、集合站软件设计 (11)4.1 组态王软件简介 (11)4.2 组态王与下位机的通讯 (11)4.3 软件设计的总体方案 (12)五、软件设计的具体方案 (12)5.1 创建新工程 (12)5.2 画面设计 (15)5.3 定义外部设备数据变量 (15)5.4 动画连接 (20)5.5 报警和事件 (20)5.6 曲线模块 (23)5.7 报表模块 (25)六、总结 (27)参考文献 (28)一、绪论集油站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程,它是集油水分离污水处理原油及天然气集输等多个工艺系统为一体的综合性生产过程,主要包括输油脱水污水浅处理污水深处理注水锅炉和配电等生产岗位或工艺环节.目前,各大油田集油站生产工艺过程的控制主要有人工监测控制,常规仪表自动监测控制,计算机监测控制等三种方法.计算机监测控制是从上世纪七十年代迅速发展起来的一种功能强大的现代工业过程控制方法.它采用计算机技术与自动化仪表相结合,对工业生产过程中的各种工艺参数进行处理,运算,显示和控制.相对于常规仪表控制,它可以提供更为复杂的控制方法,通过对各种相关参数进行综合分析,实现协调管理和优化控制.在油田集油站生产过程中,如何合理选择,设计安全可靠和便于维护的计算机监控系统,保证集油站生产的平稳运行和优化控制,实现节能降耗和安全生产,提高生产水平,是目前自动化技术在油田生产应用中面临的重要课题.二、课程设计内容简介2.1课程设计简介国内油气集输、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,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，油田集油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。

计算机监测控制是从上世纪七十年代迅速发展起来的一种功能强大的现代工业过程控制方法。

它采用计算机技术与自动化仪表相结合，对工业生产过程中的各种工艺参数进行处理、运算、显示和控制。

相对于常规仪表控制，它可以提供更为复杂的控制算法，通过对各种相关参数进行综合分析，实现协调管理和优化控制。

在油田集油站生产过程中，如何合理选择、设计安全可靠和便于维护的计算机监控系统，保证集油站生产的平稳运行和优化控制，实现节能降耗和安全生产，提高生产管理水平，是目前自动化技术在油田生产应用中面临的重要课题。

2.2 设计的主要内容集油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集油站安全、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，所以对这些参量监控就是生产过程中的关键。

针对集油站计算机监控系统的要求，我们基于组态王设计了集油站分布式监控系统。

软件平台是基于Windows XP，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。

计算机监控系统可以由一下几个部分组成：计算机（含可视话的人机界面）、输入输出装置（板卡），监测、变松机构。

设计原则有可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短原则。

下图就是一个典型的计算机测控系统组成原理图：图2-1 典型计算机控制系统组成原理图2.3集油站工艺流程简介集油站工艺流程如图2-1所示，从各个油井或计量站来的油水混合液先进入三个四相分离器，进行油、水、气、沙四相分离，分离出来的水经掺水泵送到各计量站掺水或对地下注水；分离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送到大罐储存销售；还有一部分油水混合液经外输泵在进行热交换后往其他集油站外输。

整个集油站的工艺流框图如下：图2-2集油站工艺流程图2.4 集油站监控目标及要求根集油站的工艺流程和各个设备的工作原理，整个监控系统需要处理：1) 控制三个四相分离器上油室，水室的液位恒定。

2) 监测三个四相分离器上油室，水室的液位、温度、压力及报警。

3) 监测三个掺水泵、三个外输泵、三个稠油泵各自前后的压力，控制各个泵的起、停，显示其运行状况，三个电磁阀启停及其状态显示及报警。

4）监测两个换热器各自前后混合液的温度及报警。

5）监测脱水器、事故罐的温度、液位及报警。

6）遍布整个站区的二十四处的气体浓度监测及报警。

7）监测读取全站四个流量计数据。

（流量计输出为数字脉冲信号，每输出100个脉冲代表流过一升的液体）三、集油站硬件设计3.1 集油站的初步分析图3-1 集油站工艺流程图根据此集油站的工艺流程可知系统需要监控各个泵、分离器的液位、温度、压力、气体浓度，以及监测及各个泵运行状况显示。

其中液位、温度、压力、气体浓度等信号经过相应的变送气后都会转换为与现场最大、最小值对应的 4～20MA 电流信号，都是模拟量输入信号。

各个泵运行状况对应数字量输入信号。

模拟量输入通道一般应包括几个组成部分：传感器、变送器、I/O模块等。

如下图所示：控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡来控制。

各个泵的运行状况及启停显示都是数字量输入信号。

可以采用西门子的数字量输入模块。

当前液位的信号接入PCI-1713总线的隔离高速模拟量输入卡，与人工设置的定值相比较，通过分析，调节泵的转速来控制油室、水室的液位恒定。

3.2 系统硬件选型与介绍板卡PCI-1721PCI-1721是一款高性能PCI总线模拟量输出卡,每个模拟量输出通道都带有一个12位的双缓冲DAC.此输出卡具有许多强大的独特功能,PCI-1721是要求连续高速模拟量输出或实时波形输出应用的理想选择主要功能与技术指标：·4路增强模拟量输出卡·5MHz最大数字更新速率·PCI总线数据传输·自动校准功能·每个模拟量输出通道带一个12位DAC·带内部/外部触发的实时波形输出功能·同步输出功能·灵活的输入类型和范围设定板卡PCI-1713PCI-1713是一款PCI总线的隔离高速模拟量输入卡，它提供了32个模拟量输入通道，采样频率可达100KS/S，12位分辨率及2500YDC的支流隔离保护。

主要功能与技术指标·2500VDC隔离保护·32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式·12位A/D转换分辨率·A/D转换器的采样速率可达100KS/S·给个输入端的增益可编程·卡上4K采样FIFO缓冲器·支持软件、内部定时器触发或外部触发板卡PCI-171212位多功能数据采集卡功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡.它有1M转换速度的12位A/D转换器,卡上带有FIFO缓冲器(可存储1KA/D采样值和32KD/A转换数据).PCI-1712提供16路单端或8路差分的模拟量输入(也可以单端差分混合使用},2路12位D/A模拟量输出通道,16路数字量输出通道,以及3个10MHz时钟的16位多功能计数器通道.·主要功能与技术指标·12位 A/D转换器, 采样速率可达 1 MHz·16 路单端或 8 路差分或组合输入方式·PCI总线数据传输·模拟量输入通道的数据采集触发模式可使用预触发、后触发、匹配触发和延时触发3.3常用PLC参数介绍及其工作原理德国西门子在大、中型PLC领域中占据着重要的地位，其推出了S7—400、S7—300、S7—200三个S7系列的可编程序控制器。

：1）S7—400S7—400属于大中、型的可编程序控制器，能满足高、中档性能范围的应用。

采用模块化无风扇设计，兼顾耐用、扩展性能好、通信能力强，可以方便的实现分布式控制。

·电源模块（PS）电源模块的作用是连接外部电源（120/230VAC或者24VDAC)，并为整个系统提供电源。

·中央处理单元（CPU）具有多种CPU可供用户选选择，有些带有内置的PROFIBUS-DP接口，一个中央处理单元可以带多个微处理器件以加强其性能。

·I/O信号模块（SM）它包括数字量输入和输出模块，模拟量输入和输出模块。

·通信处理器（CP）用于实现总线连接和点到点的连接。

·功能模块（FM）专门用于技术，定位和凸轮等控制任务。

·接口模块（IM）用于连接中央处理单元（主PLC）和扩展单元。