聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2本設(shè)計目的和意義2</p><p>　　1.3本文研究內(nèi)容3</p><p>

2、　　2聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)概述4</p><p>　　2.1聯(lián)合站簡介4</p><p>　　2.2聯(lián)合站原油脫水工藝流程選擇4</p><p>　　2.3聯(lián)合站原油脫水工藝流程簡介5</p><p>　　2.4聯(lián)合站原油脫水的主要工藝參數(shù)指標(biāo)6</p><p>　　2.5聯(lián)合站原油脫水工藝參數(shù)控制7<

3、/p><p>　　2.6聯(lián)合站原油脫水的控制流程圖8</p><p>　　3聯(lián)合站原油脫水DCS系統(tǒng)方案設(shè)計9</p><p>　　3.1監(jiān)控方案選擇9</p><p>　　3.2用PC 和PLC實現(xiàn)集散控制（DCS）的基本原理10</p><p>　　3.3基于PLC+PC組成的聯(lián)合站原油脫水DCS系統(tǒng)方案設(shè)計

4、11</p><p>　　4聯(lián)合站原油脫水DCS系統(tǒng)實驗室模擬設(shè)計13</p><p>　　4.1現(xiàn)場模擬信號的采集13</p><p>　　4.2控制層PLC模塊配置14</p><p>　　4.3監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計15</p><p>　　5系統(tǒng)硬件選型17</p><p>

5、　　5.1儀表選用17</p><p>　　5.1.2壓力儀表的選用18</p><p>　　5.1.3油水界面儀表的選用19</p><p>　　5.1.4流量儀表的選用19</p><p>　　5.1.5含水分析儀表的選用20</p><p>　　5.1.6液位儀表的選用20</p>&l

6、t;p>　　5.2閥門的選用22</p><p>　　5.2.1調(diào)節(jié)閥選用原理22</p><p>　　5.2.2調(diào)節(jié)閥流通能力的計算、公稱直徑及型號的選擇23</p><p>　　6下位機PLC軟件設(shè)計及編程25</p><p>　　6.1軟件設(shè)計流程25</p><p>　　6.2 計算機和PLC通

7、訊組態(tài)設(shè)計25</p><p>　　6.3下位機PLC梯形圖編程設(shè)計27</p><p>　　6.3.1 創(chuàng)建工程27</p><p>　　6.3.2 配置I/O28</p><p>　　6.3.3 梯形圖程序編寫32</p><p>　　6.3.4 Tag（標(biāo)簽）32</p><p&g

8、t;　　6.4 控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃33</p><p>　　7力控監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計36</p><p>　　7.1 力控簡介36</p><p>　　7.2制作工程畫面36</p><p>　　7.3創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫39</p><p>　　7.4用OPC建立力控與羅克韋爾的通信39</p><

9、;p>　　7.5 建立動畫連接43</p><p>　　7.6 創(chuàng)建報警、專家報表、趨勢曲線44</p><p>　　8系統(tǒng)連線調(diào)試及運行47</p><p>　　8.1系統(tǒng)硬件連線47</p><p>　　8.2系統(tǒng)調(diào)試及運行49</p><p><b>　　9結(jié)論50</b>

10、</p><p><b>　　謝辭51</b></p><p><b>　　參考文獻52</b></p><p>　　附錄一 控制流程圖53</p><p>　　附錄二 流程圖55</p><p>　　附錄三 數(shù)據(jù)采集物理端口分布57</p><

11、p>　　附錄四 數(shù)據(jù)采集及報警程序58</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　國外在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)方面比我國發(fā)展的快速，早在上世紀(jì)50年代，美國就建成第一套自動化監(jiān)控輸送系統(tǒng)解決了原油的自動收集、處理、計量輸送問題。60年代，Acro油田公

12、司就已經(jīng)把PLC用于注水控制，并很快發(fā)展到報警、泵控等其它領(lǐng)域。隨著監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于油田生產(chǎn)控制與管理中，它與油田開采中的處理設(shè)備上的檢測儀表和控制設(shè)備直接連接，能夠?qū)崟r和不斷的獲取檢測儀表所檢測到的運行信息。國外有些油田還實現(xiàn)了注氣、注水的優(yōu)化控制。</p><p>　　自從美國Honeywell公司于1975年成功的推出世界上第一套DCS以來，經(jīng)歷了20多年的時間，DCS已走向成熟。目前的D

13、CS發(fā)展成為基于計算機技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（Control）、通信技術(shù)和圖形技術(shù)及4C技術(shù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場（附近）的現(xiàn)場控制站、檢測站和操作控制中心的操作管理站、控制管理站及工程師站等聯(lián)接起來，共同完成分散控制和集中操作、管理和綜合控制系統(tǒng)。國外油田DCS的應(yīng)用已經(jīng)開始采用一些先進控制策略。如HONEYWELL公司的性液位控制，可以更好地適應(yīng)進液的波動。美國通控公司的無模型控制器可以適合滯后、時變的溫度控制。

14、HONEYWELL公司的氣舉優(yōu)化和各種多變量控制、適應(yīng)性模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制也在油氣集輸處理站的DCS上運行，實現(xiàn)了部分生產(chǎn)過優(yōu)化運行。</p><p>　　目前國外已經(jīng)將自動化技術(shù)提升到對原油的生產(chǎn)、儲運、銷售等環(huán)節(jié)進行全面監(jiān)控的現(xiàn)代化管理水平的高度。英國石油公司建立的自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)地質(zhì)情況自動控制產(chǎn)量。美國油田甚至將銷售也考慮在自動化管理系統(tǒng)中。</p><p>　　我國大部

15、分的油田采油廠聯(lián)合站是在20世紀(jì)70年代建立起來的，目前的聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)主要分為人工監(jiān)測控制、常規(guī)儀表自動監(jiān)測控制、計算機監(jiān)測控制三種方法。而我國很多地方依然停留在人工監(jiān)測控制階段而常規(guī)儀表組成的控制系統(tǒng)在處理復(fù)雜控制系統(tǒng)、集中監(jiān)控系統(tǒng)和控制精度等方面具有局限性。</p><p>　　上世紀(jì)九十年代，計算機控制開始應(yīng)用于聯(lián)合站生產(chǎn)過程，尤其是西部塔里木、吐哈、準(zhǔn)格爾三大盆地的開發(fā)和建設(shè)，油田生產(chǎn)過程中的自動控制和

16、管理的到了迅速的發(fā)展。1992年5月，鄯善油田就使308口油水井、19座計量站全部實現(xiàn)了由單井、單個裝置，單站自動化向全油田，全線自動化的轉(zhuǎn)變。</p><p>　　隨著油田開采的深入，油田已經(jīng)進入到高含水及日產(chǎn)量不穩(wěn)定的階段，因此對油田的自動化水平要求也越來越高，系統(tǒng)的控制策略一步適合當(dāng)前中轉(zhuǎn)站來液量大且波動大的實際情況，監(jiān)控軟件中的先進控制方法以及軟硬件交互的開放性應(yīng)用也不夠。隨著DCS向計算機網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展，

17、集輸系統(tǒng)生產(chǎn)過程不僅局限于聯(lián)合站范圍內(nèi)的操作和控制，還向過程控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合方向發(fā)展，即控制和管理一體化。因此，聯(lián)合站采用DCS是最佳選擇，目前絕大數(shù)聯(lián)合站采用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)是DCS。 </p><p>　　1.2本設(shè)計目的和意義</p><p>　　在開采原油時，我國的很多油田都是中后期開采，油田由于注水所開發(fā)出的原油含有較多的水分，目前一般為50％～80％，有的甚至高達

18、90％，因此需要將原油中所含的水用各種方法分離出來。</p><p>　　聯(lián)合站原油脫水的監(jiān)控系統(tǒng)首先要保證聯(lián)合站內(nèi)的各個工藝裝置工作正常，外還要設(shè)法保持工況的相對穩(wěn)定，增加脫水轉(zhuǎn)油的效率。如果脫水不徹底，不僅采來的油得不到利用產(chǎn)生浪費，而且會加重后面污水處理的負(fù)擔(dān)。另外外輸站的計量(流量與含水率)也因直接與采油廠的效益相關(guān)，所以也很重要。目前，大多采用人工定時采樣測含水，容易造成漏洞，引致外輸?shù)膶嶋H油質(zhì)與測量值

19、不同，引起損失和糾紛。</p><p>　　為了實現(xiàn)聯(lián)合站原油脫水工藝流程自動監(jiān)控，減少不必要的損失，集散控制系統(tǒng)就必不可少，測控點數(shù)多、測控精度高、測控速度快的工業(yè)現(xiàn)場, 其特點是分散控制和集中監(jiān)視, 具有組網(wǎng)通信能力、測控功能強、運行可靠、易于擴展、組態(tài)方便、操作維護簡便。系統(tǒng)完全可以勝任或多回路調(diào)節(jié)器的工作, 它作為一個結(jié)點機使用是理想的。使用DCS 系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制, 實現(xiàn)了整體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、

20、標(biāo)準(zhǔn)化的要求。系統(tǒng)的一切管理在控制中心即可完成, 為實現(xiàn)安全穩(wěn)定生產(chǎn), 減少設(shè)備建設(shè)維護費用, 提供了強有力的手段。</p><p>　　因此，這就迫切要求對聯(lián)合站進行自動化改造，實行集散控制系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。從而可以自動采集并監(jiān)測生產(chǎn)過程的各個參數(shù)，并進行優(yōu)化處理，實現(xiàn)節(jié)能降耗，對建成環(huán)保、節(jié)能、運行效率高、自動化管理水平高的智能化、數(shù)字化的聯(lián)合站有著重要意義，它同時也是數(shù)字化油田建設(shè)的重要組成部分。</

21、p><p><b>　　1.3本文研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文主要研究了聯(lián)合站原油脫水工藝流程自動化監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計。設(shè)計采用DCS系統(tǒng)為聯(lián)合站原油集輸提供自動化監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)記錄。設(shè)計具體內(nèi)容如下: </p><p>　　1、確定工藝流程控制方案及模型；</p><p><b>　　2、系統(tǒng)構(gòu)成方案

22、；</b></p><p><b>　　3、系統(tǒng)配置選型；</b></p><p>　　4、儀表量程等參數(shù)的計算及儀表的選型；</p><p>　　5、閥門流通能力的計算、公稱直徑的選擇及閥的選型；</p><p>　　6、羅克韋爾PLC編程；</p><p>　　7、監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件

23、的編程，硬件模擬，系統(tǒng)調(diào)試。</p><p>　　2聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)概述</p><p><b>　　2.1聯(lián)合站簡介</b></p><p>　　油田是由油井、水井、計量間、配水間、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站組成的一個油氣水處理的綜合系統(tǒng)，而聯(lián)合站又是該系統(tǒng)最重要的組成部分。聯(lián)合站是對各轉(zhuǎn)油站來原油進行集中處理的場所，它主要包括對含水原油自然沉降系統(tǒng)(

24、一段脫水)、電脫水系統(tǒng)(二段脫水)、污水處理系統(tǒng)、成品油外輸系統(tǒng)、污水回注系統(tǒng)。其工藝流程如圖2.1所示。各系統(tǒng)之間相互串聯(lián)，互相影響、互相關(guān)聯(lián)，是一個復(fù)雜的生產(chǎn)過程。而聯(lián)合站中最重要的就是原油集輸系統(tǒng)。油氣集輸指的是將油田生產(chǎn)的含水原油和伴生氣收集起來，進行處理并輸送出去的過程，主要內(nèi)容有油氣的收集與分離、原油脫水(包括含水原油自然沉降脫水系統(tǒng)和電脫水系統(tǒng))、原油處理、油氣計量、天然氣凈化及污水處理等。</p><

25、p>　　圖2.1 聯(lián)合站流程簡圖</p><p>　　2.2聯(lián)合站原油脫水工藝流程選擇</p><p>　　聯(lián)合站集輸系統(tǒng)是實現(xiàn)油水分離的重要環(huán)節(jié)，原油的油水分離過程有自然沉水、化學(xué)脫水、機械過濾脫水、電脫水等多種方法。目前我國各油田普遍采用的自然沉降脫水、電脫水、電化學(xué)聯(lián)合脫水等方法，采用脫水流程主要有兩種，即兩段式脫水流程和三段式脫水流程。</p><p&g

26、t;　　(1)兩段式脫水流程</p><p>　　聯(lián)合站兩段式集輸系統(tǒng)主要包括兩個子系統(tǒng):自然沉降脫水系統(tǒng)(一段脫水系統(tǒng)，電脫水系統(tǒng)(二段脫水系統(tǒng))。</p><p>　　(2)三段式集輸系統(tǒng)</p><p>　　三段式集輸系統(tǒng)與兩段式集輸系統(tǒng)工藝原理相似，主要的區(qū)別在于中轉(zhuǎn)站的來油首先進入游離水脫除器，進行沉降脫水，脫水至含水70%左右，然后進入壓力沉降罐，進行壓

27、力沉降脫水，脫水至30%左右，再進入電脫水器進行電脫水，經(jīng)電脫水后，成為凈化原油。所以三段式集輸系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng):自然沉降脫水系統(tǒng)、壓力沉降系統(tǒng)、電脫水系統(tǒng)。這種集輸系統(tǒng)雖流程復(fù)雜、設(shè)備較多、能耗較高，但是脫水效果較好。油田只有極少的一部分聯(lián)合站采用此種集輸系統(tǒng)進行原油脫水。</p><p>　　目前，油田絕大多數(shù)聯(lián)合站都采用兩段式脫水集輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)簡單、節(jié)省設(shè)備、能耗低、脫水效果較好。本設(shè)計選用第一種工藝流

28、程。</p><p>　　2.3聯(lián)合站原油脫水工藝流程簡介</p><p>　　原油脫水工藝流程如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 聯(lián)合站原油脫水藝流程圖</p><p>　　具體的流程為:來自中轉(zhuǎn)站的高含水原油進入聯(lián)合站后，首先進入游離水脫除器，在破乳劑的化學(xué)作用和重力沉降作用下，經(jīng)合理控制，分離出大部分游離水，高含水原油變成含

29、水在20%～30%左右的中含水原油。游離水脫除器的運行控制非常重要，要求在容器中部安裝油水界面檢測儀表，適時檢測油水界面的變化，并通過控制容器下端放水出口的調(diào)節(jié)閥開度調(diào)整油水界面，使油水界面保持在一定范圍內(nèi)，以保證油出口含水和水出口含油不超標(biāo)。另外，多臺游離水脫除器的出油匯到一條匯管上，要求在匯管上安裝壓力檢測儀表，適時檢測匯管壓力的變化，并通過控制安裝在匯管上的調(diào)節(jié)閥開度調(diào)整匯管壓力穩(wěn)定在0.2～4MPa，同時還要實現(xiàn)當(dāng)壓力超高時，快

30、速泄壓連鎖保護功能。游離水脫除器的放水匯到一條匯管上，靠自壓進入污水沉降罐游離水出口原油進入脫水加熱爐，加熱升溫至50～60℃，加熱后的含水原油在輸送管道中與一定數(shù)量的破乳劑混合，進入符合電脫水器進行油水分離。原油在電脫水器內(nèi)在電場力和化學(xué)破乳劑的共同作用下，進行油水的最終分離，經(jīng)過合理控制電場強度和脫水器的油水界面，使電脫水后的原油含水達到0.5%以下，從而得到滿足要求的凈化原油。電脫水器的控制原理</p><p&

31、gt;　　2.4聯(lián)合站原油脫水的主要工藝參數(shù)指標(biāo)</p><p>　　根據(jù)聯(lián)合站原油兩段式脫水流程工藝要求，其主要工藝參數(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　1、進站原油含水率80%；</p><p>　　2、游離水除脫器油水界面高度為2.5～3.5m；</p><p>　　3、游離水除脫器油出口管壓力0.2～0.4Mpa；</p>

32、<p>　　4、游離水除脫器污水排放流量310～315 m3/h；</p><p>　　5、加熱爐溫度65℃；</p><p>　　6、原油出口溫度50℃～60℃；</p><p>　　7、進入電脫水器原油含水率20%；</p><p>　　8、電脫水器壓力0.21～0.41Mpa；</p><p>　　9

33、、電脫水器油水界面高度2.3～3.2m;</p><p>　　10、電脫水器污水流量20～22 m3/h；</p><p>　　11、外輸油流量80～85 m3/h；</p><p>　　12、凈化油緩沖罐液位6～7m；</p><p>　　13、事故罐液位0～20m; </p><p>　　14、外輸油含水率<

34、0.5%。</p><p>　　2.5聯(lián)合站原油脫水工藝參數(shù)控制</p><p>　?。?）游離水除脫器油水界面高度的控制和調(diào)整</p><p>　　控制范圍：使游離水除脫器保持在2.5～3.5m。控制目標(biāo)：正常波動范圍為0±1m?？刂品绞剑赫{(diào)節(jié)游離水脫除器放水閥的開度，改變脫除器放水水量來控制油水界面高度。</p><p>　?。?/p>

35、2）游離水除脫器壓力的控制和調(diào)整</p><p>　　控制范圍：使游離水除脫器壓力保持在0.2～0.4MPa?？刂颇繕?biāo)：游離水除脫器壓力波動范圍為±0.2 MPa?？刂品绞剑赫{(diào)節(jié)游離水脫除器出油閥門的開度，改變出油管道的流量用以控制壓力。</p><p>　　（3）加熱爐油出口溫度的控制和調(diào)整</p><p>　　控制范圍：加熱爐油出口溫度為50℃～60℃

36、?？刂颇繕?biāo)：加熱爐溫度50～60℃。相關(guān)參數(shù)：進出油量的波動、燃料量的變化?？刂品绞剑和ㄟ^控制送入加熱爐燃油量來控制加熱爐出口原油溫度。</p><p>　?。?）電脫水器油水界面高度的控制和調(diào)整</p><p>　　控制范圍：使電脫水器油水界面高度保持在2.3m～3.2m?？刂颇繕?biāo)：正常波動范圍為0±0.8m?？刂品绞剑赫{(diào)節(jié)電脫水器放水閥的開度，改變電脫水器放水量來控制油水界面

37、。</p><p>　?。?）電脫水器壓力控制和調(diào)整</p><p>　　控制范圍：使電脫水器壓力保持在0.21～0.41MPa?？刂颇繕?biāo)：電脫水器壓力波動范圍為0±0.2MPa?？刂品绞剑赫{(diào)節(jié)電脫水器出油閥門的開度，改變出油管道的流量用以控制壓力。</p><p>　?。?）凈化油緩沖罐液位的控制和調(diào)整</p><p>　　控制范

38、圍：使凈化油緩沖罐液位保持在6～7m。控制目標(biāo)：凈化油緩沖罐液位波動0±20mm。相關(guān)參數(shù)：進油量、外輸油量。控制方式：通過控制外輸油量來控制凈化油緩沖罐液位</p><p>　　2.6聯(lián)合站原油脫水的控制流程圖</p><p>　　在控制方案確定后，根據(jù)工藝設(shè)計聯(lián)合站原油脫水控制流程圖，按其流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等的圖形，即工藝管道

39、與控制流程圖（簡稱PID圖）。參見附錄一控制流程圖。</p><p>　　3聯(lián)合站原油脫水DCS系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p><b>　　3.1監(jiān)控方案選擇</b></p><p>　　(一) 基于DCS的聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是以

40、微處理器為基礎(chǔ)的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制

41、中起著重要的作用,利用DCS可以完全實現(xiàn)對聯(lián)合站脫水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)保存，使系統(tǒng)處于優(yōu)化運行。</p><p>　　圖3.1 DCS結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　(二)基于SCADA的聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集(Supervisory Control And Data Acquisition，簡稱SCADA)系統(tǒng)，

42、是由調(diào)度中心通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)對遠(yuǎn)程站點的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能的分散型綜合控制系統(tǒng)?？刂茖哟瓮ǔ７譃槿墸嚎刂浦行募?、站控級及設(shè)備控制級，在一些大型系統(tǒng)中還設(shè)有分控制中心這一級。 </p><p>　　這種結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了集中管理、分散控制的現(xiàn)代大系統(tǒng)控制原則，特別適用于油氣長輸管道這種分散性大系統(tǒng)的運行管理和控制。</p><p>

43、;　　方案可行性論證： DCS有以下優(yōu)點：采用分級遞階結(jié)構(gòu)（一般為四級，應(yīng)用：過程控制，優(yōu)化控制，自適應(yīng)控制，工廠管理）；采用微機智能化技術(shù)；采用局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；豐富的功能軟件包（應(yīng)用程序模塊化）； 強有力的人機接口功能；采用高可靠性（硬件工藝結(jié)構(gòu)可靠，冗余技術(shù)，容錯技術(shù)）。同時，聯(lián)合站裝置比較集中，適于采用DCS進行控制和管理，而SCADA系統(tǒng)適用于油氣長輸管道這種分散性大系統(tǒng)的運行管理和控制。所以本設(shè)計采用DCS對聯(lián)合站進行控制和

44、管理。</p><p>　　綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，DCS符合在油田聯(lián)合站的工作情況，也更便于實現(xiàn)油田一體化，提高了工作的安全可靠性。故采用DCS作為監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)聯(lián)合站數(shù)據(jù)采集及控制。</p><p>　　3.2用PC 和PLC實現(xiàn)集散控制（DCS）的基本原理</p><p>　　集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：將流程工業(yè)的自動控制過程與操作管理人員對自動控

45、制過程的管理過程相對分離；流程工業(yè)的自動控制過程由各控制站相對獨立地自動完成，而操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成。中央操作站與各現(xiàn)場控制站一方面各自相對獨立地運行，從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi)，極大地提高了自動控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性；另一方面又相互進行實時數(shù)據(jù)通訊和信息交換，實現(xiàn)了操作人員在中央控制室的操作站對整個自動控制過程進行管理和調(diào)整。 現(xiàn)場控制站的主要任務(wù)是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制，因此

46、它必需要能夠自動采集全廠的各種工藝參數(shù)（如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、組分，物位高度等）以及設(shè)備的運行狀態(tài)（如閥門的開度、機泵的開停、設(shè)備震動、機械位移）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進行大量的數(shù)值計算，最后輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號（或ON/OFF數(shù)字信號）去驅(qū)動各種閥門、電機等執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制；另外還要與操作站進行實時通訊 ，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時

47、接收操作人員通過操作站發(fā)出的各</p><p>　　3.3基于PLC+PC組成的聯(lián)合站原油脫水DCS系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　基于DCS的原油脫水監(jiān)控方案設(shè)計包括兩個方面，即硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括工控機、PLC、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等的選擇、網(wǎng)絡(luò)組建和配線。軟件部分主要包括PLC程序設(shè)計和組態(tài)軟件監(jiān)控程序設(shè)計。原油脫水DCS監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖3.2所示。</

48、p><p>　　圖3.2 原油脫水DCS監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D</p><p>　　該監(jiān)控系統(tǒng)采用生產(chǎn)管理級、過程監(jiān)控級、現(xiàn)場控制級三級集中分散結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了DCS優(yōu)點。下位機及現(xiàn)場控制單元采用PLC控制器。由安裝在現(xiàn)場的一次元件采集信號，信號經(jīng)傳輸電纜進入站內(nèi)的PLC系統(tǒng)。PLC保護與聯(lián)鎖功能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于采集到的數(shù)據(jù)，在站內(nèi)完成保護與聯(lián)鎖功能，同時通以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。PLC作

49、為下位機，執(zhí)行可靠有效的分散控制；工控機作為上位機可以提供良好的人機界面，進行整個系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。工控機與PLC之間通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的傳送和交換。所有的現(xiàn)場控制都是由PLC來完成的，上位機只作為程序編制、參數(shù)設(shè)定和修改、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視所用。因此，即使是上位機出現(xiàn)了故障，也不會影響生產(chǎn)過程的正常進行，這就大大地提高了系統(tǒng)的可靠性，滿足了聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控的基本要求。</p><p>　　4聯(lián)合站原油脫水DCS

50、系統(tǒng)實驗室模擬設(shè)計</p><p>　　由于學(xué)校沒有實際的現(xiàn)場設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)，結(jié)合實際，根據(jù)第三章對DCS組成方案的闡述，本章將利用羅克韋爾實驗室現(xiàn)有條件對聯(lián)合站原油脫水DCS進行系統(tǒng)實驗室模擬設(shè)計，構(gòu)建模擬監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　4.1現(xiàn)場模擬信號的采集 </p><p>　　在油田聯(lián)合站脫水需要監(jiān)視控制的物理量主要有：游離水脫除器油水界面高度、游離水脫除

51、器油出口管壓力、游離水脫除器污水排放流量、加熱爐溫度、原油出口溫度、進入電脫水器原油含水率、電脫水器壓力、電脫水器油水界面高度、電脫水器污水流量、外輸油流量、凈化油緩沖罐液位、事故罐液位、調(diào)節(jié)閥閥門開度等模擬量的控制和截斷閥門等開關(guān)量控制。由于條件的限制，不能到現(xiàn)場采集實際傳感器傳感變送過來的信號，只能通過改變焊接可調(diào)電位器電位信號來實現(xiàn)對傳感器傳送過來的信號進行模擬。對于壓力、溫度、流量和液位這些物理量的測量，在工業(yè)上一般采用以電壓信

52、號輸出的傳感器，在本設(shè)計中通過改變電位器的阻值來改變電壓大小，進而模擬壓力、溫度、流量和液位傳感器的輸出信號。</p><p>　　壓力、溫度、流量和液位模擬信號的模擬電路如圖4.1。</p><p>　　圖4.1 模擬信號模擬電路圖</p><p>　　通過直流穩(wěn)壓電源供給電路板穩(wěn)定的5V電源，由電路板輸入RSLogix5000的電壓信號范圍為0～5V，對信號輸入

53、模塊1756-IF8、1794-IF2XOF21的參數(shù)進行設(shè)置，輸入模塊具有A/D轉(zhuǎn)換功能，可將采集電壓真值顯示出來。</p><p>　　測量各個參數(shù)的變化范圍：通過把電位器的電阻值調(diào)到極限值，得到關(guān)于電路板上模擬信號的變化范圍,由于連接導(dǎo)線電阻等原因，RSLogix5000采集數(shù)值的電壓與萬用表測的電壓相差為1%左右,符合精度要求，經(jīng)計算轉(zhuǎn)換后得出ForceControl動態(tài)顯示畫面的顯示數(shù)據(jù)變化范圍，測量的

54、具體結(jié)果如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 各環(huán)節(jié)信號變化范圍</p><p>　　4.2控制層PLC模塊配置</p><p>　　本系統(tǒng)利用羅克韋爾實驗室現(xiàn)有的以太網(wǎng)、控制網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)對進行數(shù)據(jù)的傳輸，ControlLogix5561處理器作為整個系統(tǒng)的控制核心，通過1756-ENBT以太網(wǎng)通訊模塊接入工業(yè)以太網(wǎng)，從而實現(xiàn)了上位機遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。1756

55、-CNB/D模塊是用來構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)的通訊模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在控制網(wǎng)上的傳輸?？刂破魃系腎/O模塊、遠(yuǎn)程的I/O模塊連接監(jiān)控系統(tǒng)的壓力、液位、流量、溫度傳感器等，這樣可以很方便的實現(xiàn)多個參數(shù)的測量控制、多點測量。設(shè)備具體配置及功能如下表：</p><p>　　表4-2 設(shè)備及功能表</p><p><b>　　續(xù)表4-2</b></p><p>　　

56、4.3監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)硬件采用羅克韋爾兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即以太網(wǎng)(Ethernet/IP)和控制網(wǎng)(Control-Net)、ControlLogix處理器、1756和1794I/O模塊搭建監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)，采用 Netlinx兩層網(wǎng)絡(luò)來控制系統(tǒng)運行具有運行安全可靠，實時性強、操作簡便、易于擴展等優(yōu)點。它可以減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證控制數(shù)據(jù)的高效傳輸，實現(xiàn)無縫的實時控制、設(shè)備組態(tài)和數(shù)據(jù)采

57、集的功能。</p><p><b>　　一、以太網(wǎng)</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的是學(xué)校現(xiàn)有的羅克韋爾ControlLogix系統(tǒng)，系統(tǒng)通過傳感器采集聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等物理量，傳感器測量的模擬電信號經(jīng)過外圍電路的初步處理之后傳給控制器上的模擬量輸入模塊—1756-IF8，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后（遠(yuǎn)程模擬IO模塊具有A/D轉(zhuǎn)換）的數(shù)字信息通過Ethe

58、rnet/IP（以太網(wǎng)）傳遞給Logix5561處理器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理按照編寫的程序發(fā)出相應(yīng)的執(zhí)行信息，再通過Ethernet/IP（以太網(wǎng)）傳送到控制其上的數(shù)字量輸出模塊1756-IB16上的執(zhí)行機構(gòu)，一方面控制調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥門的開度大小控制污水和原油流量，另一方面直接控制執(zhí)行機構(gòu)的啟停，對調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)節(jié)使各設(shè)備處于安全的工作狀態(tài)。</p><p><b>　　二、控制網(wǎng)</b><

59、;/p><p>　　聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)的事故罐液位、凈化油緩沖罐液位反饋的的模擬電信號經(jīng)過外圍電路的初步處理之后傳給遠(yuǎn)程模擬I/O端口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后（遠(yuǎn)程模擬IO模塊具有A/D轉(zhuǎn)換）的數(shù)字信息通過ControlNet（控制網(wǎng)）傳遞給Logix5561處理器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理按照編寫的程序發(fā)出相應(yīng)的執(zhí)行信息，再通過Control-Net（控制網(wǎng)）傳送到掛接在遠(yuǎn)程I/O上的1794-IB16數(shù)字量輸出模塊的事故泵、外輸油泵進

60、行控制，保障系統(tǒng)安全運行。</p><p>　　整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)框圖</p><p><b>　　5系統(tǒng)硬件選型</b></p><p><b>　　5.1儀表選用</b></p><p>　　5.1.1溫度儀表的選用

61、</p><p>　　本設(shè)計中溫度檢測儀表用來測量加熱爐溫度、加熱爐出口油溫度等，測量范圍均為0～100℃，允許誤差±1℃。</p><p>　　加熱爐溫度為65℃,需要功能：顯示；加熱爐出口油溫度為：55℃～65℃，需要功能：控制，報警。量程：正常使用溫度范圍的30%～90%。確定選用儀表量程為0℃～100℃。對于低于150℃的溫度，由于熱電偶的電勢較小，常采用熱電阻測量。熱電

62、阻測溫儀表是根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性進行測溫的。適合作電阻感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：電阻溫度系數(shù)大，電阻與溫度的關(guān)系線性度好，在測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。目前使用最多的是鉑和銅兩種材料。</p><p>　　近年來，隨著檢測技術(shù)的迅速發(fā)展，溫度測量更多地采用一體化溫度變送器。由于溫度變送器可以自動實現(xiàn)信號放大、非線性補償并輸出對噪聲較不敏感的DC4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，且變送器電路板用環(huán)氧樹脂密封制

63、成通用模塊，提高了測量精度和抗干擾能力，安裝方便靈活，并可減少安裝和維護的總體費用?？紤]到溫度參數(shù)在本工藝系統(tǒng)中只是用于一般性的生產(chǎn)監(jiān)測，選用國產(chǎn)一體化溫度變送器WZCB系列即可滿足工藝要求。</p><p>　　圖5.1 WZCB實物圖</p><p>　　表5-1 WZCB熱電阻測溫范圍及允差</p><p>　　5.1.2壓力儀表的選用</p>

64、<p>　　壓力測量方法：（1）應(yīng)用液柱重力法測量壓力 （2）應(yīng)用彈性變形測量壓力（3）應(yīng)用電測法測量壓力常用的利用該法測量壓力的傳感器有電容式、電感式、壓電式、壓阻式、應(yīng)變式等。</p><p><b>　　壓力儀表選用原則：</b></p><p>　　1、儀表類型的選擇應(yīng)滿足生產(chǎn)過程對儀表的要求，如信號是否要求遠(yuǎn)傳、控制、記錄或報警等。</p&

65、gt;<p>　　2、量程的選擇：在測量穩(wěn)定壓力時，最大量程應(yīng)選擇接近而又大于正常值的1.5倍。在側(cè)交變壓力時，則最大量程應(yīng)選擇接近而又大于正常值的兩倍。上述選擇是由于測量時穩(wěn)定壓力長使用在分度上限值的1/3～2/3處，交變壓力不大于分度上限度的1/2。</p><p>　　3、精度等允許的最大測量誤差以及經(jīng)濟性，確定儀表的精度。一般工業(yè)生產(chǎn)用1.5或2.5級就可以了，科研或精密測量和校驗壓力表時，

66、可選用0.5級、0.35級或更高等級。系統(tǒng)經(jīng)過初始化后，便進入待機狀態(tài)，等待鍵入相應(yīng)操作。</p><p>　　輸油脫水崗各工藝設(shè)備的工作壓力一般在0.18～0.45MPa，測量準(zhǔn)確度要求為±0.5%； 根據(jù)工藝重要程度，對壓力控制，選用羅斯蒙特公司的3051CD型智能壓力變送器。</p><p>　　圖5.2 3051CD型智能壓力變送器</p><p>

67、;　　表5-2 3051CD型智能壓力變送器主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　5.1.3油水界面儀表的選用</p><p>　　油水界面檢測儀表的選擇：界面檢測一直是油田生產(chǎn)中的一個難題，前些年采用的電容式、差壓式和聲波式等各種界面檢測儀表由于存在不同類型的問題，應(yīng)用效果普遍不理想。考慮到游離水脫除器和電脫水脫除器的界面對聯(lián)合站生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運行起決定性的作用，因此選用了在物位檢測儀表方面

68、比較權(quán)威的大連普蘭店的CAP-1系列智能型一體化射頻電容物位儀，電容變化可測范圍0～1000PF，精度0.5級。該種儀表應(yīng)用射頻電容技術(shù)，從根本上解決了溫度、濕度、壓力、物體的導(dǎo)電性等因素對測量過程的影響，因而具有極高的抗干擾性和可靠性。</p><p>　　5.1.4流量儀表的選用</p><p>　　流量儀表選用原則：1、口徑與量程，最好是正常量程超過滿量程的一半，選實際運行時最大流量

69、的1.2倍～1.3倍。2、使用壓力需小于流量計耐壓。3、不同溫度及腐蝕性介質(zhì)選用不同，內(nèi)襯材料和電極材料也有差別。根據(jù)流量儀表選用原則，結(jié)合測量實際，采用LL型腰輪流量計。</p><p>　　LL型腰輪流量計是一種容積式流量測量儀表。用來連續(xù)測量管道中流過的液體的體積流量 基型腰輪流量計主要由測量和積算兩大部分組成，能就地指示累積流量。若與相應(yīng)的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器和流量數(shù)字積算儀配套，則可進行遠(yuǎn)距離測量和控制。

70、</p><p>　　LL型腰輪流量計采用了穩(wěn)壓性極好的塔輪式精度修正器，調(diào)整方便、計量準(zhǔn)確。流量計具有測量精度高重復(fù)性好，范圍度大，對流量計前后直管段要求不高。工作可靠、牢固耐用、振動小。維修方便等特點，適合測量較高粘度的流體，流體粘度變化對示值影響較小。廣泛適用于原油及石油制品的精確計量。</p><p>　　圖5.3 LL型腰輪流量計</p><p>　　表

71、5-3 LL型腰輪流量計技術(shù)參數(shù)</p><p>　　5.1.5含水分析儀表的選用</p><p>　　在聯(lián)合站集輸系統(tǒng)所用的含水分析儀表主要用于對來液含水、游離水除脫器輸出含水和外輸原油含水進行檢測，常用的儀表通常為智能含水分析儀和原油含水率自動檢測儀。原油含水量是一個重要的控制與品質(zhì)指標(biāo)，然而長期以來，含水測量自動化一直比較落后，目前國內(nèi)外含水儀種類繁多，但在工業(yè)現(xiàn)場的表現(xiàn)均不盡人意

72、。美國DE公司在含水方面做了大量的工作，并在含水測量與控制方面邁出了一大步。</p><p>　　美國DE公司含水儀CM3采用該公司射頻導(dǎo)納專利技術(shù)，該技術(shù)曾廣泛地用于液態(tài)、固態(tài)的；料位界面測量控制，取得了非常好的效果，該項技術(shù)應(yīng)用于含水儀，也增色不少。防掛料也不怕掛料結(jié)蠟，不受管道中壓力影響。應(yīng)用范圍廣，工藝性好。再輔以本安設(shè)計和嚴(yán)格的ISO9001質(zhì)量保證體系，CM3在含水儀競爭中取得了明顯的優(yōu)勢。射頻導(dǎo)納含

73、水儀具有十分出色的穩(wěn)定性和重復(fù)性，完全值得信賴。</p><p>　　表5-4 含水儀CM3技術(shù)參數(shù)</p><p>　　5.1.6液位儀表的選用</p><p>　　在本設(shè)計中主要用來測量凈化油緩沖罐、事故罐的液位，滿足監(jiān)控系統(tǒng)的需要。在常溫、常壓的情況下，選擇超聲波液位計測量液體液位是最佳的選擇，具有工作可靠、安裝簡便、使用周期長、免維護的特點，并具有相對的價格

74、優(yōu)勢。由于超聲波液位計在測量物位時，與被測介質(zhì)不接觸，同時為全密閉防腐結(jié)構(gòu)，因此對于粘稠的、腐蝕性的、渾濁的等各種液體的液位測量，效果最佳。</p><p>　　由設(shè)計手冊查到QF-8000超聲波液位計的量程范圍：0-50米，多種形式可選，適合各種腐蝕性、化工類場合，精度高，遠(yuǎn)傳信號輸出，PLC系統(tǒng)監(jiān)控。所以根據(jù)實際情況，本設(shè)計選用QF-8000型超聲波液位計。</p><p>　　表5-

75、5 QF-8000超聲波液位計主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表5-6 儀表選擇清單</p><p><b>　　5.2閥門的選用</b></p><p>　　閥門作為自動控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行部件，閥門可用于控制水、蒸汽、油品、等各種類型流體的流動 ，這次設(shè)計和選型的都是調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥是直接安裝在工藝管道上的，其使用條件較惡劣的環(huán)境下，它的

76、好壞直接影響到系統(tǒng)的質(zhì)量，從而影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量及系統(tǒng)運行的效益。如果選型不當(dāng)或維護不善，就會發(fā)生問題。因此必須根據(jù)工藝參數(shù)認(rèn)真計算口徑，選擇合適的調(diào)節(jié)閥。</p><p>　　5.2.1調(diào)節(jié)閥選用原理 </p><p>　　根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥有直通雙座調(diào)節(jié)閥、直通單座調(diào)節(jié)閥、碟閥、三通閥、隔膜閥、角形閥等。</p><p>　　根據(jù)流體力學(xué)的觀點，調(diào)節(jié)閥是

77、一個局部阻力可變的節(jié)流元件。通過改變閥芯的行程而改變調(diào)節(jié)閥的阻力系統(tǒng)，以達到控制流量的目的。</p><p>　　1、調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑Dg表示，選擇其大小的主要依據(jù)是流通能力C，它們的關(guān)系如表4.2所示。流通能力C表示調(diào)節(jié)閥的容量，其定義為:調(diào)節(jié)閥全開，閥前后壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm3，時，每小時通過閥門的流體流量。流通能力C

78、表示了調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于不同口徑、不同形式的調(diào)節(jié)閥，其流通能力也不同。根據(jù)調(diào)節(jié)的物料量Qmax、Qmin，流體密度以及調(diào)節(jié)閥上的壓降，可以求得最大流通能力Cmax、和最小流通能力Cmin，再根據(jù)Cmax、在所選產(chǎn)品形式的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，選取大于Cmax、的并最接近的C值，查出公稱直徑Dg和閥座直徑Dg。</p><p>　　表5-7 流通能力C與口徑的關(guān)系</p><p>　　2、調(diào)節(jié)閥

79、氣開、氣關(guān)形式的選擇</p><p>　　所謂氣開即當(dāng)信號壓P>O.02MPa時，閥門開始打開，沒有氣壓時閥門是常閉的。氣關(guān)式相反，氣壓增加時閥門關(guān)小，沒有氣壓時閥門是常開的。調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主要從工藝生產(chǎn)的安全來考慮，當(dāng)發(fā)生斷電或其它事故引起信號壓力中斷時，調(diào)節(jié)閥的開閉狀態(tài)應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害操作人員。在油田聯(lián)合站的壓力、界面、液位等多數(shù)控制系統(tǒng)中，多選用氣關(guān)閥，事故狀態(tài)時調(diào)節(jié)閥是開的，防止憋

80、壓、跑油等危險的發(fā)生。</p><p>　　3、單座調(diào)節(jié)閥和雙座調(diào)節(jié)閥的選擇</p><p>　　只有一個閥芯的調(diào)節(jié)閥為單座調(diào)節(jié)閥，單座調(diào)節(jié)閥前后壓差所產(chǎn)生的不平衡力較大，使閥桿產(chǎn)生附加位移，影響控制精度，另外在大口徑、壓力高的場合，單座閥開關(guān)困難，甚至不可控。而雙座閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計是采用雙座力平衡原理，閥門在形狀過程中受的不平衡力小，用于油水界面控制和脫水器出口壓力控制選用單座閥，而在凈化油

81、外輸控制時，由于外輸壓力高，閥門口徑大，選用雙座調(diào)節(jié)</p><p><b>　　閥。</b></p><p>　　5.2.2調(diào)節(jié)閥流通能力的計算、公稱直徑及型號的選擇 </p><p>　　1、游離水脫除器油出口閥門</p><p>　　設(shè)進站原油密度r=920kg/ m3, 為104.17m3/h, △P=(p1-

82、p2)=100kpa</p><p>　　Cmax= =99.92,所以查表，C選120,公稱直徑 選100mm,閥座直徑 選100mm。</p><p>　　2、電脫水器外輸油出口閥門</p><p>　　設(shè)原油流出密度840 kg/ m3, 為85 m3/h，△P=(p1-p2)=100KPa</p><p>　　Cmax= ＝77.9，

83、所以查表，C選80,公稱直徑 選80mm，閥座直徑 選80mm。</p><p>　　3、游離水脫除器污水出口閥門</p><p>　　污水流出密度970kg/ m3, 為312.5 m3/h，△P=(p1-p2)=100KPa</p><p>　　Cmax= =307.8，所以查表，C選450,公稱直徑 選200mm，閥座直徑 選200mm。</p>

84、<p>　　4、電脫水器污水出口閥門</p><p>　　污水流出密度990kg/ m3, 為21 m3/h，△P=(p1-p2)=100KPa</p><p>　　Cmax= =20.89，所以查表，C選32,公稱直徑 選50mm，閥座直徑 選50mm。</p><p>　　根據(jù)以上的數(shù)據(jù)計算及技術(shù)要求，閥門的選型情況如下表5-8所示：</p

85、><p>　　表5-8 閥門的選擇</p><p>　　6下位機PLC軟件設(shè)計及編程</p><p><b>　　6.1軟件設(shè)計流程</b></p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)軟件總體組成：</p><p>　　圖6.1 監(jiān)控系統(tǒng)軟件總體組成</p><p>　　系統(tǒng)軟件總體設(shè)計流

86、程的過程如下圖：</p><p>　　圖6.2 軟件設(shè)計流程</p><p>　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計首先使用RSLinx軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信驅(qū)動和服務(wù)；其次使用梯形圖編程軟件—RSLogix5000對Logix5561處理器編程；之后使用RSNetWorx軟件對控制網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)預(yù)訂；最后使用三維力控組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行組態(tài)并提供監(jiān)控和人機界面，這將在第七章進行介紹。</p><p

87、>　　6.2 計算機和PLC通訊組態(tài)設(shè)計</p><p>　　RSLinx是羅克韋爾自動化公司為用戶提供的通訊管理軟件，可通過該軟件選擇一種從計算機到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)上任一模塊的通訊方式，來建立起與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的通訊。此處進行通信組態(tài)的主要目的是配置驅(qū)動，本設(shè)計配置驅(qū)動的主要步驟為：</p><p>　　1、打開RSLinx通信組態(tài)軟件，點擊或“Communications”

88、菜單下的“Configure Driver”。</p><p>　　2、在“available drivers Types（可用驅(qū)動方式）”中選擇驅(qū)動類型 “EtherNet/IP Driver”如下圖 。</p><p>　　圖6.3 選擇驅(qū)動類型</p><p>　　3、在“Configure Driver”窗口中，按下“Add New”,彈出“Add New

89、RSLinx Driver”添加所需驅(qū)動類型“xxx”，點擊“OK”。出現(xiàn)如下對話框，點擊 “確定”以太網(wǎng)的驅(qū)動配置就結(jié)束了。</p><p>　　圖6.4 添加驅(qū)動器</p><p>　　4、點擊或“Communications”菜單中的“RSWho”，就可以看到，就會彈出整個工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的樹狀瀏覽畫面（見下圖），其中沒有連接到控制網(wǎng)上的模塊在該界面上有個紅色的“X”。在上面可以看到每

90、個模塊的槽號或節(jié)點地址，查看屬性及設(shè)備版本號。</p><p>　　圖6.5 網(wǎng)絡(luò)配置信息</p><p>　　這樣就可以實現(xiàn)計算機和PLC通訊，快速實現(xiàn)遠(yuǎn)程組態(tài)，下載程序和監(jiān)控等操作。</p><p>　　6.3下位機PLC梯形圖編程設(shè)計</p><p>　　在聯(lián)合站原油脫水監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC過程控制類型主要有兩種：第一種是順序邏輯控制。

91、脫水系統(tǒng)中要用到大量的調(diào)節(jié)閥、截斷閥、泵機以及脫水的專用設(shè)備（游離水脫除器、電脫水器），它們通常根據(jù)規(guī)定的時間周期工藝參數(shù)條件及相互之間的狀態(tài)邏輯關(guān)系等進行開/閉或開/停控制。第二種是反饋控制。原油脫水工藝與其它工藝過程相似，也需要在一定的溫度、壓力、流量、液位等工藝條件下進行，本系統(tǒng)由于實驗室條件限制，無現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備，所以出現(xiàn)指標(biāo)超標(biāo)時，只能進行高低限報警，并手動調(diào)節(jié)使其恢復(fù)正常。</p><p>　　這兩種控

92、制要求都需要通過控制器中梯形圖編程來實現(xiàn)，因此使用RSLogix5000軟件編寫控制程序，是整個監(jiān)控系統(tǒng)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵。程序流程圖見附錄二。下面是下位機PLC編程的完整過程。</p><p>　　6.3.1 創(chuàng)建工程</p><p>　　1、點擊打開RSLogix5000編程軟件，然后點擊新建工程。</p><p>　　圖6.6 打開RSLogix5000編程軟件&

93、lt;/p><p>　　2、選擇一個PLC控制器類型，包括版本，位置槽數(shù)等配置，在這里選用的PLC控制器為：1756-L61 ControlLogix5561 Controller，正確選擇控制器的Type（類型）和Revision（版本），控制器的Name（名字）可隨意命名，Slot(槽號)與 Chassis Type(底盤類型)要與實際的槽號和類型相對應(yīng)，所有這些信息都可在RSLinx Class軟件中獲知.如圖

94、可知對應(yīng)的版本號為：16，設(shè)置完單擊OK，就完成了控制器的添加。</p><p>　　圖6.7 在RSLogix5000中增加控制器</p><p>　　6.3.2 配置I/O</p><p>　　控制器添加完畢后，需要配置系統(tǒng)的I/O。本設(shè)計配置過程為：</p><p>　　1、工程文件創(chuàng)建完成后，點擊“I/O Configuration”

95、，右鍵單擊“1756 Backplane”選則New Module菜單，彈出Select Module對話框選擇“1756-CNB/D”,雙擊打開。然后根據(jù)RSLinx上顯示的該模塊的屬性對相應(yīng)參數(shù)的配置。</p><p>　　圖6.8 1756-CNB/D模塊參數(shù)設(shè)置對話框</p><p>　　2、控制網(wǎng)模塊的搭建</p><p>　　(1)完成網(wǎng)橋的配置，接著

96、在“Communication”中選擇“1756-ACNR15/C”，完成適配器的創(chuàng)建組態(tài)。出現(xiàn)下面對話框，選擇“communication”。 雙擊“communication”，出現(xiàn)對話框。選擇“1794-ACNR15/C”,根據(jù)RSLinx上顯示該模塊的屬性進行參數(shù)的設(shè)置。如圖6.9所示。</p><p>　　圖6.9 1794-ACNR15/C模塊參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　

97、（2）適配器創(chuàng)建以后，在下面會出現(xiàn)“FlexBus”圖標(biāo)，在其下面要繼續(xù)設(shè)置具體的數(shù)字量輸入輸出模塊1794-OB16/A和模擬量輸入輸出模塊1794-IF2XOF2I/A作為程序中的控制標(biāo)簽（變量及中間量）。</p><p>　　圖6.10 1794-OB16/A模塊參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　圖6.11 1794-IF2XOF2I/A模塊參數(shù)的設(shè)置</p><

98、;p>　　(3）控制網(wǎng)上模塊配置好后，需要選擇和增加控制器所用控制器的數(shù)字和模擬I/O模塊。據(jù)RSLinx上顯示的該模塊配置，本設(shè)計選擇的數(shù)字量I/O模塊名稱為：1756-IB16以及1756-OW16I；模擬量I/O模塊為：1756-IF8以及1756-OF8。所有具體配置如下：</p><p>　　圖6.12 1756-IB16模塊參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　圖6.13 1

99、756-OW16I模塊參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　圖6.14 1756-IF8模塊參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　圖6.15 1756-OF8模塊參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　配置結(jié)束后在“I/O Configuration”中將會出現(xiàn)很多模塊。如圖6.16所示。</p><p>　　圖6.16 I/O Configuration組態(tài)

100、后畫面</p><p>　　建立的I/O模塊要對它的屬性進行設(shè)置，如采樣的時間，接收電壓的范圍等主要的參數(shù)。采樣時間要盡量的小，接收電壓范圍要盡量與實際的輸入模擬電壓信號范圍相匹配。這樣才能盡可能讓控制器及時、準(zhǔn)確地控制被控對象。由于該控制網(wǎng)上的遠(yuǎn)程I/O模塊只有兩個模擬量的輸入輸出，而本系統(tǒng)需要監(jiān)控的模擬信號有八個，所以將液位，壓力，流量以及溫度模擬信號傳送至控制器上本地I/O模擬量輸入模塊—1756-IF8，

101、將事故罐液位、凈化油緩沖罐液位反饋的電壓信號傳至控制網(wǎng)上1794-IF2XOF2I/A模擬量輸入模塊。</p><p>　　右鍵單擊1794-IF2XOF2I/A模塊，選擇Properties（屬性）。在彈出的Module Properties對話框中點擊Input Configuration，因為本設(shè)計中控制變頻器的模擬輸出信號在5V以內(nèi)，所以選擇0到5V的信號接收范圍。Real Time Sample（采樣時

102、間）設(shè)置為25ms就能滿足要求。同樣方法配置1756-IF8模塊。</p><p>　　通過上面的一些步驟，就完成了配置RSLogix5000的參數(shù)、增加了控制器和配置I/O模塊。</p><p>　　6.3.3 梯形圖程序編寫</p><p>　　以上的步驟都是為控制器梯形圖程序的編寫做的準(zhǔn)備工作，接下來就是編寫梯形圖控制程序。</p><p&

103、gt;　　根據(jù)設(shè)計的控制方案的要求編寫梯形圖程序，梯形圖程序的掃描順序是從上到下，由左到右。數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序主要用到PLC的指令有: 傳送指令MOV、定時延時器指令TON，計算指令SUB等指令；傳送指令MOV主要是實現(xiàn)對模擬量數(shù)據(jù)進行采集，定時延時器指令TON是用來對高低限報警產(chǎn)生閃爍效果，實現(xiàn)順序關(guān)斷閥門等功能，根據(jù)流程圖進行編寫梯形圖程序?？刂瞥绦虻木唧w內(nèi)容見附錄四。</p><p>　　6.3.4 Tag（

104、標(biāo)簽）</p><p>　　可編程控制器中所有對數(shù)據(jù)的操作是通過標(biāo)簽（Tag）來實現(xiàn)的。標(biāo)簽按作用區(qū)域分為控制器標(biāo)簽和程序標(biāo)簽?？刂破鳂?biāo)簽相當(dāng)于全局變量，程序標(biāo)簽相當(dāng)于局部變量。它們都可以用于程序當(dāng)中，當(dāng)控制器標(biāo)簽和程序標(biāo)簽重復(fù)定義時程序中只運行程序標(biāo)簽。其按存放數(shù)據(jù)類型不但可分為布爾型、整型、雙整型、實型，而且還包括定時計數(shù)器型特殊數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)采集物理端口分布見附錄三。</p><p>

105、;　　本設(shè)計的各變量標(biāo)簽如下圖所示：</p><p>　　圖6.17 監(jiān)控程序的變量標(biāo)簽圖</p><p>　　標(biāo)簽可以根據(jù)所需要要求設(shè)置數(shù)據(jù)類型，在本系統(tǒng)中，數(shù)字量設(shè)置為布爾型，模擬量因為要檢測器真實電壓大小，所以設(shè)置為REAL型（真值）。</p><p>　　圖6.18 自定義數(shù)據(jù)標(biāo)志和物理I/O標(biāo)志</p><p>　　6.4 控制網(wǎng)網(wǎng)

106、絡(luò)規(guī)劃</p><p>　　對于控制網(wǎng)設(shè)備必須使用RSNetWorx for ControlNet來預(yù)定網(wǎng)絡(luò)，然后才能激活應(yīng)用程序中配置的I/O設(shè)備。如果更改已預(yù)定的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，還必須重新預(yù)定網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　1、選擇1756—CNB/D模塊屬性將會彈出相應(yīng)的對話框，如圖6.19,訪問RSNetWorx選項卡，為新ControlNet網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件（.xc）命名，點擊Apply。選擇

107、View and edit the ControlNet network查看編輯方式來啟動RSNetWorx for ControlNet軟件創(chuàng)建預(yù)定網(wǎng)絡(luò)，如圖6.20,點擊圖標(biāo)后，RSNetWorx for ControlNet軟件會自動運行。</p><p>　　圖6.19 建立網(wǎng)絡(luò)組態(tài)界面</p><p>　　6.20 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)界面</p><p>　　RSN

108、etWorx for ControlNet軟件運行后會進入圖6.21。</p><p>　　圖6.21 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃界面</p><p>　　2、單擊RSNetWorx for ControlNet軟件運行界面中的選擇通信途徑選擇“xxx”—“192.168.1.15”—“ContorlNet”,單擊“OK”。配置好后顯示界面</p><p>　　圖6.22 網(wǎng)絡(luò)刷新

109、后界面</p><p>　　3、選擇Edits Enable(編輯使能)后將彈出對話框，在對話框中選擇Use offline data。</p><p>　　圖6.23 網(wǎng)絡(luò)編輯后界面</p><p>　　單擊OK后，一般會出現(xiàn)模式切換提示框。因為在線網(wǎng)絡(luò)刷新時控制器應(yīng)工作在編程模式，而一般情況下模式選擇旋鈕設(shè)定在遠(yuǎn)程模式下，故需要軟件進行切換工作模式，選擇Cha

110、nge Mode便可實現(xiàn)切換。選擇Change Mode并經(jīng)過一定時間的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點掃描，RSNetworx for ControlNet軟件窗口進一步更新為如圖6.23所示的界面。</p><p>　　接著保存網(wǎng)絡(luò)配置，單擊圖6.24中的圖標(biāo)，軟件提示優(yōu)化并重新寫入預(yù)定網(wǎng)絡(luò)時單擊OK，后經(jīng)一定時間RSNetworx for ControlNet軟件窗口將更新。網(wǎng)絡(luò)刷新也完成了，此時模塊上和RSLogix5000軟件