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

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(jì)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(jì)9</p><p>　　3.1監(jiān)控方案選擇9</p><p>　　3.2用PC 和PLC實(shí)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(jì)

4、11</p><p>　　4聯(lián)合站原油脫水DCS系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室模擬設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1現(xiàn)場模擬信號(hào)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(jì)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(jì)算、公稱直徑及型號(hào)的選擇23</p><p>　　6下位機(jī)PLC軟件設(shè)計(jì)及編程25</p><p>　　6.1軟件設(shè)計(jì)流程25</p><p>　　6.2 計(jì)算機(jī)和PLC通

7、訊組態(tài)設(shè)計(jì)25</p><p>　　6.3下位機(jī)PLC梯形圖編程設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)時(shí)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(dòng)畫連接43</p><p>　　7.6 創(chuàng)建報(bào)警、專家報(bào)表、趨勢曲線44</p><p>　　8系統(tǒng)連線調(diào)試及運(yùn)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(yùn)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(xiàn)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(bào)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(dòng)化監(jiān)控輸送系統(tǒng)解決了原油的自動(dòng)收集、處理、計(jì)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(bào)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(shí)和不斷的獲取檢測儀表所檢測到的運(yùn)行信息。國外有些油田還實(shí)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(shí)間，DCS已走向成熟。目前的D

13、CS發(fā)展成為基于計(jì)算機(jī)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(jìn)控制策略。如HONEYWELL公司的性液位控制，可以更好地適應(yīng)進(jìn)液的波動(dòng)。美國通控公司的無模型控制器可以適合滯后、時(shí)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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了部分生產(chǎn)過優(yōu)化運(yùn)行。</p><p>　　目前國外已經(jīng)將自動(dòng)化技術(shù)提升到對(duì)原油的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)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(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)地質(zhì)情況自動(dòng)控制產(chǎn)量。美國油田甚至將銷售也考慮在自動(dòng)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(dòng)監(jiān)測控制、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)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(jì)量站全部實(shí)現(xiàn)了由單井、單個(gè)裝置，單站自動(dòng)化向全油田，全線自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變。</p><p>　　隨著油田開采的深入，油田已經(jīng)進(jìn)入到高含水及日產(chǎn)量不穩(wěn)定的階段，因此對(duì)油田的自動(dòng)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(dòng)大的實(shí)際情況，監(jiān)控軟件中的先進(jìn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是DCS。 </p><p>　　1.2本設(shè)計(jì)目的和意義</p><p>　　在開采原油時(shí)，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(dá)

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(gè)工藝裝置工作正常，外還要設(shè)法保持工況的相對(duì)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(fèi)，而且會(huì)加重后面污水處理的負(fù)擔(dān)。另外外輸站的計(jì)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(shí)采樣測含水，容易造成漏洞，引致外輸?shù)膶?shí)際油質(zhì)與測量值

19、不同，引起損失和糾紛。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站原油脫水工藝流程自動(dòng)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(diǎn)數(shù)多、測控精度高、測控速度快的工業(yè)現(xiàn)場, 其特點(diǎn)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(qiáng)、運(yùn)行可靠、易于擴(kuò)展、組態(tài)方便、操作維護(hù)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(gè)結(jié)點(diǎn)機(jī)使用是理想的。使用DCS 系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制, 實(shí)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(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定生產(chǎn), 減少設(shè)備建設(shè)維護(hù)費(fèi)用, 提供了強(qiáng)有力的手段。</p><p>　　因此，這就迫切要求對(duì)聯(lián)合站進(jìn)行自動(dòng)化改造，實(shí)行集散控制系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。從而可以自動(dòng)采集并監(jiān)測生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)，并進(jìn)行優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，對(duì)建成環(huán)保、節(jié)能、運(yùn)行效率高、自動(dòng)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(shí)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(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用DCS系統(tǒng)為聯(lián)合站原油集輸提供自動(dòng)化監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)記錄。設(shè)計(jì)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(jì)算及儀表的選型；</p><p>　　5、閥門流通能力的計(jì)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(jì)量間、配水間、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站組成的一個(gè)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(duì)各轉(zhuǎn)油站來原油進(jìn)行集中處理的場所，它主要包括對(duì)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(gè)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(jìn)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(jì)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(shí)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(jī)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(gè)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(jìn)入游離水脫除器，進(jìn)行沉降脫水，脫水至含水70%左右，然后進(jìn)入壓力沉降罐，進(jìn)行壓

27、力沉降脫水，脫水至30%左右，再進(jìn)入電脫水器進(jìn)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(gè)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(jìn)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(jì)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(jìn)入聯(lián)合站后，首先進(jìn)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(yùn)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(shí)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(tái)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(shí)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(shí)還要實(shí)現(xiàn)當(dāng)壓力超高時(shí)，快

30、速泄壓連鎖保護(hù)功能。游離水脫除器的放水匯到一條匯管上，靠自壓進(jìn)入污水沉降罐游離水出口原油進(jìn)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(jìn)入符合電脫水器進(jìn)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(jìn)行油水的最終分離，經(jīng)過合理控制電場強(qiáng)度和脫水器的油水界面，使電脫水后的原油含水達(dá)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(jìn)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(jìn)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?？刂颇繕?biāo)：正常波動(dòng)范圍為0±1m。控制方式：調(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(dòng)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>　?。?）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、。控制目標(biāo)：加熱爐溫度50～60℃。相關(guān)參數(shù)：進(jìn)出油量的波動(dòng)、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(dòng)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(dòng)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?？刂颇繕?biāo)：凈化油緩沖罐液位波動(dòng)0±20mm。相關(guān)參數(shù)：進(jìn)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(jì)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(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)與聯(lián)鎖保護(hù)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(jì)</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(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)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(tái)微機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)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(duì)遠(yuǎn)程站點(diǎn)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)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(hào)報(bào)警等功能的分散型綜合控制系統(tǒng)?？刂茖哟瓮ǔ７譃槿?jí)：控制中心級(jí)、站控級(jí)及設(shè)備控制級(jí)，在一些大型系統(tǒng)中還設(shè)有分控制中心這一級(jí)。 </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(yùn)行管理和控制。</p><p>

43、;　　方案可行性論證： DCS有以下優(yōu)點(diǎn)：采用分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)（一般為四級(jí)，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(jī)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(qiáng)有力的人機(jī)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(cuò)技術(shù)）。同時(shí)，聯(lián)合站裝置比較集中，適于采用DCS進(jìn)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(yùn)行管理和控制。所以本設(shè)計(jì)采用DCS對(duì)聯(lián)合站進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)聯(lián)合站數(shù)據(jù)采集及控制。</p><p>　　3.2用PC 和PLC實(shí)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(dòng)控制過程與操作管理人員對(duì)自動(dòng)控

45、制過程的管理過程相對(duì)分離；流程工業(yè)的自動(dòng)控制過程由各控制站相對(duì)獨(dú)立地自動(dòng)完成，而操作人員對(duì)自動(dòng)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(duì)獨(dú)立地運(yùn)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(dòng)控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性；另一方面又相互進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和信息交換，實(shí)現(xiàn)了操作人員在中央控制室的操作站對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制過程進(jìn)行管理和調(diào)整。 現(xiàn)場控制站的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，因此

46、它必需要能夠自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)（如閥門的開度、機(jī)泵的開停、設(shè)備震動(dòng)、機(jī)械位移）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，最后輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)（或ON/OFF數(shù)字信號(hào)）去驅(qū)動(dòng)各種閥門、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制；另外還要與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)

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(jì)</p><p>　　基于DCS的原油脫水監(jiān)控方案設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面，即硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括工控機(jī)、PLC、傳感器、執(zhí)行機(jī)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(jì)和組態(tài)軟件監(jiān)控程序設(shè)計(jì)。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(jí)、過程監(jiān)控級(jí)、現(xiàn)場控制級(jí)三級(jí)集中分散結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了DCS優(yōu)點(diǎn)。下位機(jī)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(hào)，信號(hào)經(jīng)傳輸電纜進(jìn)入站內(nèi)的PLC系統(tǒng)。PLC保護(hù)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(hù)與聯(lián)鎖功能，同時(shí)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(jī)，執(zhí)行可靠有效的分散控制；工控機(jī)作為上位機(jī)可以提供良好的人機(jī)界面，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。工控機(jī)與PLC之間通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(jī)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(jī)出現(xiàn)了故障，也不會(huì)影響生產(chǎn)過程的正常進(jìn)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(shí)驗(yàn)室模擬設(shè)計(jì)</p><p>　　由于學(xué)校沒有實(shí)際的現(xiàn)場設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際，根據(jù)第三章對(duì)DCS組成方案的闡述，本章將利用羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件對(duì)聯(lián)合站原油脫水DCS進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室模擬設(shè)計(jì)，構(gòu)建模擬監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　4.1現(xiàn)場模擬信號(hào)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(jìn)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?cái)嚅y門等開關(guān)量控制。由于條件的限制，不能到現(xiàn)場采集實(shí)際傳感器傳感變送過來的信號(hào)，只能通過改變焊接可調(diào)電位器電位信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳送過來的信號(hào)進(jìn)行模擬。對(duì)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(hào)輸出的傳感器，在本設(shè)計(jì)中通過改變電位器的阻值來改變電壓大小，進(jìn)而模擬壓力、溫度、流量和液位傳感器的輸出信號(hào)。</p><p>　　壓力、溫度、流量和液位模擬信號(hào)的模擬電路如圖4.1。</p><p>　　圖4.1 模擬信號(hào)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(hào)范圍為0～5V，對(duì)信號(hào)輸入

53、模塊1756-IF8、1794-IF2XOF21的參數(shù)進(jìn)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(gè)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(hào)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(jì)算轉(zhuǎn)換后得出ForceControl動(dòng)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(hào)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(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的以太網(wǎng)、控制網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，ControlLogix5561處理器作為整個(gè)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(shí)現(xiàn)了上位機(jī)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(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的測量控制、多點(diǎn)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(jì)</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(yùn)行具有運(yùn)行安全可靠，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、操作簡便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)無縫的實(shí)時(shí)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)?，F(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(hào)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(jī)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(jī)構(gòu)的啟停，對(duì)調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)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(hào)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(jìn)

60、行控制，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。</p><p>　　整個(gè)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(jì)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(bào)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(duì)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(jìn)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(dòng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、非線性補(bǔ)償并輸出對(duì)噪聲較不敏感的DC4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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(hù)的總體費(fèi)用。考慮到溫度參數(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(shí)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(duì)儀表的要求，如信號(hào)是否要求遠(yuǎn)傳、控制、記錄或報(bào)警等。</p&

65、gt;<p>　　2、量程的選擇：在測量穩(wěn)定壓力時(shí)，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(shí)，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(shí)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(jì)性，確定儀表的精度。一般工業(yè)生產(chǎn)用1.5或2.5級(jí)就可以了，科研或精密測量和校驗(yàn)壓力表時(shí)，

66、可選用0.5級(jí)、0.35級(jí)或更高等級(jí)。系統(tǒng)經(jīng)過初始化后，便進(jìn)入待機(jī)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(duì)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(gè)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?？紤]到游離水脫除器和電脫水脫除器的界面對(duì)聯(lián)合站生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)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(jí)。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(duì)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(shí)際運(yùn)行時(shí)最大流量

69、的1.2倍～1.3倍。2、使用壓力需小于流量計(jì)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(shí)際，采用LL型腰輪流量計(jì)。</p><p>　　LL型腰輪流量計(jì)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(jì)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(jìn)行遠(yuǎn)距離測量和控制。

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

71、5-3 LL型腰輪流量計(jì)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(duì)來液含水、游離水除脫器輸出含水和外輸原油含水進(jìn)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(dòng)檢測儀。原油含水量是一個(gè)重要的控制與品質(zhì)指標(biāo)，然而長期以來，含水測量自動(dòng)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(xiàng)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(jì)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(jì)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(jì)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(hù)的特點(diǎn)，并具有相對(duì)的價(jià)格

74、優(yōu)勢。由于超聲波液位計(jì)在測量物位時(shí)，與被測介質(zhì)不接觸，同時(shí)為全密閉防腐結(jié)構(gòu)，因此對(duì)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(jì)手冊查到QF-8000超聲波液位計(jì)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(hào)輸出，PLC系統(tǒng)監(jiān)控。所以根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)選用QF-8000型超聲波液位計(jì)。</p><p>　　表5-

75、5 QF-8000超聲波液位計(jì)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(dòng)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(dòng) ，這次設(shè)計(jì)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(yùn)行的效益。如果選型不當(dāng)或維護(hù)不善，就會(huì)發(fā)生問題。因此必須根據(jù)工藝參數(shù)認(rèn)真計(jì)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(diǎn)，調(diào)節(jié)閥是

77、一個(gè)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(dá)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(shí)，每小時(shí)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(duì)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(hào)壓P>O.02MPa時(shí)，閥門開始打開，沒有氣壓時(shí)閥門是常閉的。氣關(guān)式相反，氣壓增加時(shí)閥門關(guān)小，沒有氣壓時(shí)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(hào)壓力中斷時(shí)，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(shí)調(diào)節(jié)閥是開的，防止憋

80、壓、跑油等危險(xiǎn)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(gè)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(jì)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(shí)，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(jì)算、公稱直徑及型號(hào)的選擇 </p><p>　　1、游離水脫除器油出口閥門</p><p>　　設(shè)進(jìn)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(jì)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(jī)PLC軟件設(shè)計(jì)及編程</p><p><b>　　6.1軟件設(shè)計(jì)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(jì)流

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

87、>　　6.2 計(jì)算機(jī)和PLC通訊組態(tài)設(shè)計(jì)</p><p>　　RSLinx是羅克韋爾自動(dòng)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(jì)算機(jī)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(jìn)行通信組態(tài)的主要目的是配置驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)配置驅(qū)動(dòng)的主要步驟為：</p><p>　　1、打開RSLinx通信組態(tài)軟件，點(diǎn)擊或“Communications”

88、菜單下的“Configure Driver”。</p><p>　　2、在“available drivers Types（可用驅(qū)動(dòng)方式）”中選擇驅(qū)動(dòng)類型 “EtherNet/IP Driver”如下圖 。</p><p>　　圖6.3 選擇驅(qū)動(dòng)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(dòng)類型“xxx”，點(diǎn)擊“OK”。出現(xiàn)如下對(duì)話框，點(diǎn)擊 “確定”以太網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)配置就結(jié)束了。</p><p>　　圖6.4 添加驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　4、點(diǎn)擊或“Communications”菜單中的“RSWho”，就可以看到，就會(huì)彈出整個(gè)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(gè)紅色的“X”。在上面可以看到每

90、個(gè)模塊的槽號(hào)或節(jié)點(diǎn)地址，查看屬性及設(shè)備版本號(hào)。</p><p>　　圖6.5 網(wǎng)絡(luò)配置信息</p><p>　　這樣就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和PLC通訊，快速實(shí)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(jī)PLC梯形圖編程設(shè)計(jì)</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?cái)嚅y、泵機(jī)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(shí)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(jìn)行開/閉或開/?？刂?。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(jìn)行，本系統(tǒng)由于實(shí)驗(yàn)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(shí)，只能進(jìn)行高低限報(bào)警，并手動(dòng)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(shí)現(xiàn)，因此使用RSLogix5000軟件編寫控制程序，是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。程序流程圖見附錄二。下面是下位機(jī)PLC編程的完整過程。</p><p>　　6.3.1 創(chuàng)建工程</p><p>　　1、點(diǎn)擊打開RSLogix5000編程軟件，然后點(diǎn)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(gè)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(hào))與 Chassis Type(底盤類型)要與實(shí)際的槽號(hào)和類型相對(duì)應(yīng)，所有這些信息都可在RSLinx Class軟件中獲知.如圖

94、可知對(duì)應(yīng)的版本號(hào)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(jì)配置過程為：</p><p>　　1、工程文件創(chuàng)建完成后，點(diǎn)擊“I/O Configuration”

95、，右鍵單擊“1756 Backplane”選則New Module菜單，彈出Select Module對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，選擇“communication”。 雙擊“communication”，出現(xiàn)對(duì)話框。選擇“1794-ACNR15/C”,根據(jù)RSLinx上顯示該模塊的屬性進(jìn)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(huì)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(jì)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(huì)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(duì)它的屬性進(jìn)行設(shè)置，如采樣的時(shí)間，接收電壓的范圍等主要的參數(shù)。采樣時(shí)間要盡量的小，接收電壓范圍要盡量與實(shí)際的輸入模擬電壓信號(hào)范圍相匹配。這樣才能盡可能讓控制器及時(shí)、準(zhǔn)確地控制被控對(duì)象。由于該控制網(wǎng)上的遠(yuǎn)程I/O模塊只有兩個(gè)模擬量的輸入輸出，而本系統(tǒng)需要監(jiān)控的模擬信號(hào)有八個(gè)，所以將液位，壓力，流量以及溫度模擬信號(hào)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(hào)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(duì)話框中點(diǎn)擊Input Configuration，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中控制變頻器的模擬輸出信號(hào)在5V以內(nèi)，所以選擇0到5V的信號(hào)接收范圍。Real Time Sample（采樣時(shí)

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(jì)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(shí)延時(shí)器指令TON，計(jì)算指令SUB等指令；傳送指令MOV主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，定時(shí)延時(shí)器指令TON是用來對(duì)高低限報(bào)警產(chǎn)生閃爍效果，實(shí)現(xiàn)順序關(guān)斷閥門等功能，根據(jù)流程圖進(jìn)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(duì)數(shù)據(jù)的操作是通過標(biāo)簽（Tag）來實(shí)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(shí)程序中只運(yùn)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(shí)型，而且還包括定時(shí)計(jì)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(jì)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?yàn)橐獧z測器真實(shí)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(duì)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(huì)彈出相應(yīng)的對(duì)話框，如圖6.19,訪問RSNetWorx選項(xiàng)卡，為新ControlNet網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件（.xc）命名，點(diǎn)擊Apply。選擇

107、View and edit the ControlNet network查看編輯方式來啟動(dòng)RSNetWorx for ControlNet軟件創(chuàng)建預(yù)定網(wǎng)絡(luò)，如圖6.20,點(diǎn)擊圖標(biāo)后，RSNetWorx for ControlNet軟件會(huì)自動(dòng)運(yùn)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(yùn)行后會(huì)進(jìn)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(yùn)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(duì)話框，在對(duì)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(huì)出現(xiàn)模式切換提示框。因?yàn)樵诰€網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)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(jìn)行切換工作模式，選擇Cha

110、nge Mode便可實(shí)現(xiàn)切換。選擇Change Mode并經(jīng)過一定時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)掃描，RSNetworx for ControlNet軟件窗口進(jìn)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(shí)單擊OK，后經(jīng)一定時(shí)間RSNetworx for ControlNet軟件窗口將更新。網(wǎng)絡(luò)刷新也完成了，此時(shí)模塊上和RSLogix5000軟件