[電子 ] 采油機自動加藥系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、中文摘要 遼河油田曙光采油廠第五聯(lián)合站是整個采油過程中的一個終點站，是采油過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。剛開采的原油中均含有大量的水分，油田在原油外輸前，原油先送到聯(lián)合站處理，處理后在統(tǒng)一外輸。原油進站時對其進行加藥處理，使油水能夠分離，是聯(lián)合站原油處理的工藝之一。以前的加藥控制均是由手動控制。但是由于下屬井站較多，輸油量難以控制以及其它等因素的影響。手動控制不僅使油水分離不徹底，而且浪費了大量的藥物及人力，造成經(jīng)濟上的損失。 遼河油田曙光采油廠第五聯(lián)合站管輸自動加藥控制系統(tǒng)針對以上問題建立數(shù)學模型，通過相應的傳感器把這些信號采集到plc，在plc內(nèi)進行數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，根據(jù)流量、壓力等計算出加藥量，

2、把計算好的加藥量轉(zhuǎn)化為電信號通過輸出模板控制變頻器，變頻器改變頻率調(diào)節(jié)加藥電機的轉(zhuǎn)數(shù)，這樣就調(diào)節(jié)了加藥量。同時將這些參數(shù)采集到計算機保存在數(shù)據(jù)庫中，以報表、趨勢圖等多種方式顯示出來。操作者可以查看實時的或歷史的數(shù)據(jù)，對重要參數(shù)（如壓力）提供報警功能，并可實現(xiàn)停機功能。 曙五聯(lián)自動加藥控制系統(tǒng)是一種新型的高科技的產(chǎn)品，它的研究和應用是無數(shù)人耗用自己的心血和智慧運用新知識和新技術(shù)開發(fā)的結(jié)果。該系統(tǒng)的開發(fā)和使用，不僅節(jié)省了大量的資源和人力，而且還為開發(fā)新技術(shù)做出了很大的貢獻。該系統(tǒng)使得遼河油田的各井站采油時間和原油質(zhì)量得到了很大提高，也使得油田的經(jīng)濟發(fā)展得到了很大飛躍。它的開發(fā)，大大提高了加藥工序的

3、管理水平，保證生產(chǎn)的順利進行和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，為管理向更高水平邁進打下堅實的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：自動加藥，plcabstractdaybreak unite subordinate wells stand crude oil that gather gather at five, after the special technology is dealt with, send the crude oil out in unison . with a large amount of moistures in the crude oil that exploit just, so not in crud

4、e oil go on and add medicine control to their when entering the station, make the profit can be separated , make the quality of the crude oil improve. former adding the medicine is controlled but controlled manually. but because subordinate wells stand and relatively more, fail oil quantity difficul

5、t the influences of factor of controlling and not other etcs. control and make oil moisture from completely, but also waste a large amount of medicine and manpower while being manual, cause the loss economically. daybreak unite and in charge of and fail automatic to add medicine set up mathematics m

6、odel to the above issue by control system at five, it gathers plc of getting these signal through corresponding sensor carry on the standardizations of datum deal with in plc, at flow, pressure,etc. calculate and publish and add medicine quantity, add medicine turn into symbol through exporting tele

7、communications mould pulls and controls the converter by quantity calculate, converter change frequency adjust with electrical machinery of medicine revolutions, regulate and add medicine quantity so. gather and get computer keep among data base, at report form, many kinds of ways show out picture,e

8、tc. trend these parameter at the same time. the operator look over the data of the real-time one or history, offers and reports to the police the function to the important parameter( if the pressure), and can realize and shut down the function . daybreak unite and add automatic control systems one a

9、 kind of new-type the products of hi-teches medicine at five, the research and use it is countless peoples that consume and intelligence use the result of new knowledge and new technological development ones own energieses of it. development and use of this system, have not merely saved a large amou

10、nt of resource and manpower , and has also made very great contribution in order to develop new technologies. this system made every well in liaohe oil field stood and recovered the oil time and crude oil quality have been improved greatly, make the economic development of the oil field get very gre

11、at leap too. its development, has improved the management level with medicine process greatly , the harmony guaranteeing to produce and improvement of product quality, strides forward and lays a solid foundation to higher level for management. the developments of it drive whole liaohe oil fields rec

12、over the oil the the leaps of qualities of cause, have made certain contribution in development of the more whole national economy .the keyword: add the medicine automatically,plc第一章 概 述遼河油田曙光采油廠第五聯(lián)合站是整個采油過程中的一個終點站，是采油過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。它下屬的各個井站將采集的原油匯集到聯(lián)合站內(nèi)，經(jīng)過特殊工藝處理后，再統(tǒng)一把原油輸送出去。剛開采的原油中均含有大量的水分，因此在原油進站時對其進行

13、加藥處理，使油水能夠分離，使原油的質(zhì)量提高。以前的加藥控制均是由手動控制。但是由于下屬井站較多，輸油量難以控制以及其它等因素的影響。手動控制不僅使油水分離不徹底，而且浪費了大量的藥物及人力，造成經(jīng)濟上的損失。而本次論文所采用的加藥自動控制系統(tǒng)就是為了解決以上問題而開始研究并投入使用的。研制曙五聯(lián)加藥自動控制系統(tǒng)的目的，不僅是為了解決油水分離不徹底的問題，而且還為油田節(jié)省了大量的資金。在本系統(tǒng)中，具體分為上位機和下位機兩部分。下位機部分采用西門子公司生產(chǎn)的s7-200系列可編程控制器，由cpu224、226作為主機，em235作為模擬量擴展模塊組成控制系統(tǒng)，來采集壓力、頻率、流量等參數(shù)并進行數(shù)據(jù)

14、規(guī)格化及報警，并用采集來得頻率來控制加藥電機的轉(zhuǎn)數(shù)以控制加藥量。上位機為計算機，運行windows2000或windows nt系統(tǒng)，編程語言為borland c+builder5+oracle，用來作出實時監(jiān)控，并有數(shù)據(jù)顯示、查詢以及修改功能。上位機和下位機之間通過自由端口模式進行串口通訊。在當今這樣一個生產(chǎn)已經(jīng)趨向自動控制的社會，曙五聯(lián)加藥自動控制系統(tǒng)的開發(fā)和使用，不僅節(jié)省了大量的資源和人力，提高并保證了外輸原油的質(zhì)量，而且還為開發(fā)新技術(shù)做出了很大的貢獻。該系統(tǒng)的開發(fā)和使用，會為油田帶來非?？捎^的經(jīng)濟效益。第二章 可編程控制器概述2.1可編程控制器的概況可編程控制器（programable

15、 controller）簡稱pc，它是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順利控制定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出對生產(chǎn)過程進行控制?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。可編程控制器問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織等各個行業(yè)。按應用類型來分，plc的應用大致分如下幾個領(lǐng)域：1. 用于邏輯控制。邏輯控制是plc最

16、基本的應用，它可以取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置，如機床電氣控制、各種電機控制等；還可用來取代順序控制和程序控制，如電梯控制、礦山機械提升設(shè)備控制和皮帶運輸機控制等。它即可用于單機控制，又可用于多機群控制以及生產(chǎn)自動線控制。2. 用于閉環(huán)過程控制。plc具有d/a、a/d轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算及pid運算等功能，可以實現(xiàn)對模擬量的處理，可以實現(xiàn)閉環(huán)的位置控制、速度控制和過程控制。如鍋爐、冷凍、水處理器、釀酒等的過程控制，比例閥閥芯的位置控制，礦山提升機中主電機的速度控制等。3. 用于數(shù)字控制。plc能和機械加工中的數(shù)字控制（nc）及計算機數(shù)字控制（cnc）組成一體，實現(xiàn)數(shù)值控制。隨著plc技術(shù)的迅速發(fā)展，今后

17、計算機數(shù)控系統(tǒng)將變成以plc為主的控制系統(tǒng)。4. 用于機器人控制。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的形成，使用機器人的領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V。對于機器人，許多使用單位也選用plc來控制，自動地來處理它的各種機械動作。5. 用于組成多級控制系統(tǒng)。近年來，隨著自動化控制技術(shù)的發(fā)展，不但能實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，還可使生產(chǎn)過程長期在最佳狀態(tài)下運行，這就需要把生產(chǎn)過程自動化和信息管理自動化結(jié)合起來。高功能的plc具有較強的通訊聯(lián)網(wǎng)功能，plc之間、plc與上位機之間可以通訊，從而形成多級控制系統(tǒng)。 可編程控制與傳統(tǒng)的繼電器控制有著不同之處，主要表現(xiàn)如下：1. 組成器件不同。繼電器控制線路是許多真正的硬件繼電器組成，而可編程控制

18、器編程語言中的梯形圖則是由許多所謂“軟繼電器”組成，這些“軟繼電器”實質(zhì)上是存儲器中的每一位觸發(fā)器，可以置“0”或“1”。硬件繼電器易磨損，而“軟繼電器”則無磨損現(xiàn)象。2. 觸點數(shù)量不同。硬繼電器的觸點數(shù)量有限，而梯形圖中每只“軟繼電器”供編程使用的觸點數(shù)有無限對。3. 實施控制的方法不同。在繼電器控制中，要實現(xiàn)某種控制是通過各種繼電器之間的硬接線解決的。而可編程控制是通過軟件編程來解決的，所以靈活多變。4. 工作方式不同。在繼電器控制線路中，當電源接通時，線路中各繼電器都處于受約束狀態(tài)，這種工作方式稱并行工作方式，而在梯形圖的控制線路中，圖中各“軟繼電器”都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條

19、件制約的各個：繼電器“的動作次序決定于程序掃描次序。這種工作方式有時稱為串行工作方式。2.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 可編程控制器采用典型的計算機結(jié)構(gòu)，由中央處理單元，存儲器，輸入輸出接口電路，總線單元和電源單元組成。圖1-1為plc組成結(jié)構(gòu)簡圖。電源中央處理單元存儲器輸入模塊輸出模塊用戶輸出設(shè)備編程器用戶輸入設(shè)備外部設(shè)備 圖1.1 plc組成基本控制系統(tǒng)簡圖（一） 中央處理單元（cpu）cpu是可編程控制器的核心部件。cpu一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。cpu通過地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元，輸入輸出接口電路連接。cpu主要完成

20、以下功能：1. 從存儲器中讀取指令cpu從地址總線上給出存儲地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的指令，并放到cpu內(nèi)的指令寄存器中去。2. 執(zhí)行指令對存入在指令寄存器中的指令操作碼進行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。3. 取下一條指令cpu在執(zhí)行完一條指令后，能根據(jù)條件產(chǎn)生下一條指令的地址，取出和執(zhí)行下一條指令。在cpu的控制下，程序的指令可以順利執(zhí)行，也可以進行分支或轉(zhuǎn)移。4. 處理中斷cpu除了能按順序執(zhí)行程序外，還能接收輸入輸出接口發(fā)來的中斷請示，并進行處理，中斷處理完后，在返回原址，繼續(xù)順序執(zhí)行。cpu再加上存儲器和一些接口就組成了微處理機。（二） 存儲器存儲器是具有記憶功能

21、的半導體電路，用來存放系統(tǒng)程序，用戶程序，邏輯變量和其他一些信息。存儲器一般由存儲體，地址譯碼電路，讀寫控制電路和數(shù)據(jù)寄存器組成。（三） 輸入輸出接口電路可編程控制器的輸入輸出接口電路是聯(lián)系外部現(xiàn)場和cpu的橋梁。輸入接口電路接收從按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、行程開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號和由電位器熱電偶、測速發(fā)電機等連續(xù)變化的模擬量輸入信號，然后送入plc。輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦的輸入接口電路組成。plc通過輸出接口電路控制現(xiàn)場的執(zhí)行部件。如接觸器、繼電器、電磁閥及指示燈等數(shù)字顯示裝置，報警裝置等。（四） 電源單元 plc的電源單元包括系統(tǒng)的電源和備用電源。電源單元的作用就是把外部電源

22、換成內(nèi)部工作電源?？删幊炭刂破魇且晕⑻幚頇C為核心的數(shù)字式電子自動控制，也具有相應的操作系統(tǒng) ，也是由硬件和軟件兩大部分組成。plc的軟件部分分為系統(tǒng)軟件和應用軟件類。系統(tǒng)軟件一般用來管理，協(xié)調(diào)plc各部分工作，翻譯用戶程序，進而故障診斷等等。應用軟件是為了解決某個具體任務而編寫的用戶程序，它是針對具體任務而編制的。同一臺plc配上不同的應用軟件，可以完成各種不同的控制任務。順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解釋控制邏輯，然后順序向各輸出點發(fā)出相應的控制信號。plc的基本工作方式是在系統(tǒng)軟件的控制下，采用周期式工作方式，也即掃描工作方式，plc在每次掃描期間，除了讀入各輸入點的狀態(tài)，用戶邏輯輸出

23、控制信號外，還進行故障自診斷和處理與編程器，計算機等的通訊請求。整個掃描周期如圖1-2所示： 1. 自診斷在自動控制系統(tǒng)中，大多數(shù)生產(chǎn)過程可分為一系列不斷重復的順序執(zhí)行的操作。如果發(fā)生故障必然會影響整個系統(tǒng)的正常運行。為了防患于未然及有故障時盡快修復，plc在每次掃描用戶程序以前，都必須先執(zhí)行故障自診斷程序。一般包括輸入輸出部分、存儲器、cpu等部分的故障診斷，有的還包括對通訊區(qū)域，外部設(shè)備檢查等。plc在執(zhí)行自診斷程序時，一旦發(fā)現(xiàn)有異常，即啟動關(guān)機程序并保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，把所有輸出置成“off”狀態(tài)后停機，并發(fā)出報警信號和顯示出錯信息；如果自診斷正常，則繼續(xù)往下掃描。2. 與編程器，計算機通

24、訊plc執(zhí)行自診斷程序結(jié)束后，如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，plc立即檢查是否有編程器，計算機等的通訊請求。如有故障則進行相應的處理，比如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、信息送給編程器進行顯示，并在這段時間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務。3. 讀入plc在完成與編程器，計算機通訊后，即開始掃描各輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。如按鍵、開關(guān)各點的通斷狀態(tài)、a/d轉(zhuǎn)換值，bcd碼數(shù)據(jù)等，并把這些數(shù)據(jù)按預先排好的順序和地址寫入至存儲器的輸入狀態(tài)表中，供解釋用戶程序時使用。4. 執(zhí)行plc執(zhí)行用戶程序一般是從存儲器的最低地址所存放的第一條指令開始。在沒有中斷或跳轉(zhuǎn)指令控制的情況下，按存儲器

25、地址遞增的方向依次掃描用戶程序。按照輸入狀態(tài)表中的數(shù)據(jù)和程序要求解算出相應的結(jié)果，并按照該結(jié)果更新輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容，直到執(zhí)行用戶程序結(jié)束為止。在這種方式下，每掃描一次，所有用戶程序都被執(zhí)行一次。5. 輸出plc執(zhí)行用戶程序完畢，cpu即發(fā)出信號把輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序，通過輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號輸出，驅(qū)動生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，完成控制任務。以上五步操作過程稱為plc的一個掃描周期，plc結(jié)束一個掃描周期后，又從自診斷開始執(zhí)行下一次掃描。直到接收到停止操作指令，停電，出錯等才停止工作。 2.3 可編程控制器的發(fā)展方向可編程控制器從誕生到今天，經(jīng)歷了近30年，隨著新技術(shù)、新器件的不斷涌現(xiàn)，為研

26、制功能更加齊全，適用范圍更加廣泛，使用更方便靈巧的plc產(chǎn)品提供了基礎(chǔ)，使plc的可靠性和性能/價格比迅速提高。目前，plc控制技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣泛流行，為適應當今和將來的工業(yè)各個領(lǐng)域中的要求，plc應該主要在以下幾個方面有所發(fā)展：1. 向高速度，大存儲容量發(fā)展為了提高plc自身的處理能力，要求其具有更好的響應速度和更大的存儲容量。2. 向多品種方向發(fā)展目前中小型plc比較普遍，為適應市場的多種需要，今后plc要向多品種方向發(fā)展，特別是超大型和超小型兩個方向發(fā)展。3. 編程語言多樣化在plc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，編程軟件也在不斷發(fā)展。編程語言是朝著多種編程語言方向發(fā)展。每種語言都是適合一定

27、的應用范圍。人們不是要取消哪一種語言，而是要增加更多的面向過程的編程語言。4. 發(fā)展智能模塊智能模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。它可以與plc的主cpu并行工作，占用主cpu的時間很少，有利于提高plc的掃描速度。發(fā)展智能模塊可以提高plc的處理信息能力和控制功能。5. 加強聯(lián)網(wǎng)和通訊的能力隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)從單機自動化向全廠生產(chǎn)自動化過渡。這就要求各plc之間以及plc與計算機和其他控制設(shè)備之間能迅速、準確、及時地互通信息，以便能步調(diào)一致地進行控制、管理。加強plc聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是現(xiàn)代plc進步的潮流。第三章 論 證 方 案3.1 引言曙光采油廠第五聯(lián)合站是整個采油過

28、程中的一個終點站，是采油過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。它下屬的各個井站將采集的原油匯集到聯(lián)合站內(nèi)，經(jīng)過特殊工藝處理后，再統(tǒng)一把原油輸送出去。剛采集的原油中，含有一定程度的水分。所以在原油進站的時候需要對其進行加藥處理，使得油水分離。加藥與流量的比例一般為30300ppm。合理的加藥是能否正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。在沒有實施自動加藥系統(tǒng)以前，總是用人工加藥的方法，即每過一定的時間就向加藥電機中加一定量的藥物。但是由于下屬井站較多，輸油量難以控制，在某些段的流量變化較大，以及加藥與流量的比例受含水量、壓力等因素影響。所以人工很難掌握好加藥量，總能造成油水分離的不徹底，油中有夾層，出來的油還是不能達到要求的標準。曙五

29、聯(lián)管輸自動加藥控制系統(tǒng)針對以上問題建立數(shù)學模型，根據(jù)流量的大小以及對加藥有影響的含水量、壓力等因素自動計算控制加藥量，并把這些參數(shù)采集到計算機保存在數(shù)據(jù)庫中，以報表、趨勢圖等多種方式顯示出來。操作者可以查看實時的或歷史的數(shù)據(jù)，對重要參數(shù)（如壓力）提供報警功能，并可實現(xiàn)停機功能。 3.2 系統(tǒng)目標本系統(tǒng)作為對關(guān)鍵工序的控制應達到以下目標：l 數(shù)據(jù)采集功能：通過傳感器把各監(jiān)控量數(shù)據(jù)采集到下位機。l 自動控制、手動控制功能：通過采集來的數(shù)據(jù)實現(xiàn)加藥的自動控制或人工手動控制。l 報警功能：對于壓力等參數(shù)有報警功能以及停機功能。l 通訊功能：把采集來的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給上位機。l 實時監(jiān)控功能：把采集來

30、的實時數(shù)據(jù)動態(tài)顯示在模擬畫面上。l 數(shù)據(jù)顯示功能：把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以報表、趨勢圖等多種方式顯示 給操作者。 l 查詢功能：查找特定時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)。l 修改功能：控制參數(shù)的設(shè)定和報警參數(shù)的修改。l 加密功能：參數(shù)修改的加密功能。3.3 現(xiàn)場情況原油由各個站輸送到聯(lián)合站中，經(jīng)流量計計量后對其進行加熱，然后進行加藥送入緩沖罐進行其他工序。原油的計量采用上海一諾儀表有限公司生產(chǎn)的雙轉(zhuǎn)子流量計，配套變送器為ljp-f光電式脈沖轉(zhuǎn)換器，每立方米1000個脈沖。加藥電機是臺州大力防爆電極有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，功率為1.5千瓦、電壓380伏、1400轉(zhuǎn)/分，加藥量無計量裝置，加藥管道口徑為10 mm。另外壓力由

31、硅電容式壓力傳感器采集，溫度由鉑電阻式傳感器采集。3.4 總體方案3.4.1總體設(shè)計框圖根據(jù)系統(tǒng)的具體要求及現(xiàn)場的具體情況，系統(tǒng)分為上位機系統(tǒng)與下位機系統(tǒng)兩部分。下位機的主控機擬采用西門子公司生產(chǎn)的s7-200系列plc，用它來控制變頻器。上位機為計算機，運行windows2000或windows nt系統(tǒng)，編程語言為borland c+builder5+oracle。在整個系統(tǒng)中需要采集的量主要有以下四種量：1）壓力：2）溫度：3）流量：4）加藥量：其中加藥量為要控制的量，壓力需要有報警功能。首先通過相應的傳感器把這些信號采集到plc，在plc內(nèi)進行數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，根據(jù)流量、壓力等計算出加

32、藥量，把計算好的加藥量轉(zhuǎn)化為電信號通過輸出模扳控制變頻器，變頻器改變頻率調(diào)節(jié)加藥電機的轉(zhuǎn)數(shù)，這樣就調(diào)節(jié)了加藥量。同時判斷是否有報警產(chǎn)生、是否停機。如果有報警或停機就輸出相應的信號，下位機完成這些功能后通過串口與上位機通訊把這些數(shù)據(jù)傳遞給上位機，上位機接收到這些數(shù)據(jù)后，驗證數(shù)據(jù)傳輸無誤后存入數(shù)據(jù)庫，并判斷是否有報警產(chǎn)生。如果有則存入報警庫中，同時這些數(shù)據(jù)可定時進行歸檔。這些作為上位機的后臺進程運行，對操作者來講是不可忽視的。操作者看到的實時監(jiān)控程序最為前臺過程，它完成動態(tài)檢測數(shù)據(jù)庫，把最新的數(shù)據(jù)顯示在主監(jiān)控頁面。同時實時報警、曲線都同步更新，如果檢測到報警庫中有新數(shù)據(jù)錄入就彈出報警對話框，并更新

33、報警畫面的數(shù)據(jù)。程序通過sql語言完成對歷史數(shù)據(jù)的查詢，將查詢的結(jié)果以報表、趨勢圖等多種方式顯示出來。操作者以正確身份登陸程序控制頁面就能夠?qū)铀幜靠刂品绞健缶瘏?shù)進行設(shè)定，確認后這些數(shù)據(jù)就被保存到數(shù)據(jù)庫中，這些更新的數(shù)據(jù)通過串口通訊傳輸給下位機，下位機把這些數(shù)據(jù)作為新的控制參數(shù)。而本次畢業(yè)設(shè)計只作下位機的內(nèi)容。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制框圖如下： 圖3.1 曙五聯(lián)加藥自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖3.2 曙五聯(lián)自動加藥控制系統(tǒng)控制框圖3.4.2下位機系統(tǒng)方案下位機主控元件擬采用可變成控制器即plc。目前，plc已經(jīng)成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，是自動化的三大技術(shù)支柱（plc技術(shù)，機器人，cad/cam）之一。

34、plc有以下幾個特點：l 可靠性高 由于采取了一系列的保證plc高可靠性的措施，故障率很小。采取的主要措施有：良好的綜合設(shè)計；選用優(yōu)質(zhì)元器件；采用隔離、屏蔽、濾波等抗干擾技術(shù)；采用先進的電源技術(shù)；采用實時監(jiān)控技術(shù)等。 l 編程簡單plc最常用的語言是梯形圖語言。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種語言形象直觀，容易掌握，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握，使用方便。l 實用性強 用戶可根據(jù)控制對象的規(guī)模和要求，選擇合適的plc產(chǎn)品組成所需要的控制系統(tǒng)。l 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝，維護方便西門子公司生產(chǎn)的plc是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨的之間可進行廣泛組合以用于擴展，具有易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點。

35、用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇的模塊，當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用附加模塊對plc進行擴展高的工業(yè)環(huán)境適應性，并且西門子plc已經(jīng)得到好幾項國內(nèi)和權(quán)威認證。由s7200組成本系統(tǒng)具有經(jīng)濟、簡單的特點，有很強的實用性，價格相對s7300來講要便宜一些。對于需要檢測的4種量，流量采用現(xiàn)場原有的流量傳感器，它的輸出為脈沖信號，可選用模擬量輸入模扳或高速技術(shù)器完成信號的采集，其他2種量選用通用的傳感器，輸出為420ma或15v信號用模擬量輸入模扳完成信號采集?，F(xiàn)場通過傳感器把信號采集到plc，對于原油流量plc使用記述裝置計算原油流量，420ma或15v的標準信號送到模擬量輸入模板后，經(jīng)過內(nèi)

36、部的a/d轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，通過程序內(nèi)部各種量與加藥的關(guān)系計算出最佳的加藥量，這個量經(jīng)過模擬量輸出模板的d/a轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘柨刂谱冾l器的頻率，變頻器的頻率的改變就改變了電機的轉(zhuǎn)數(shù)，這樣就可精確控制加藥量。采集來的模擬量變?yōu)閿?shù)字量后，需要與上位機傳送來的報警參數(shù)進行比較，根據(jù)結(jié)果輸出相應的信號，同時這些量還要通過串口傳送給上位機。下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲如圖： 圖3.3 下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲3.5 系統(tǒng)意義 該系統(tǒng)解決了人工操作所帶來的巨大不便，避免了油水分離的不徹底性，節(jié)省了不少人力，物力和財力。曙五聯(lián)加藥自動控制系統(tǒng)是一種新型的高科技的產(chǎn)品，它的研究和應用是無數(shù)人耗用自己的心血和智慧運用新知識和新技術(shù)

37、開發(fā)的結(jié)果。該系統(tǒng)的開發(fā)和使用，不僅節(jié)省了大量的資源和人力，而且還為開發(fā)新技術(shù)做出了很大的貢獻。該系統(tǒng)使得遼河油田原油外輸?shù)馁|(zhì)量得到了保證，也使得油田的經(jīng)濟發(fā)展得到了很大飛躍。它的開發(fā)，大大提高了加藥工序的管理水平，保證生產(chǎn)的順利進行和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，為管理向更高水平邁進打下堅實的基礎(chǔ)。它的開發(fā)也必將帶動整個遼河油田采油事業(yè)的質(zhì)的飛躍，更為整個國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了一定的貢獻第四章 硬件電路的設(shè)計4.1 可編程控制器主機及擴展模塊的選取 本系統(tǒng)有16個模擬量輸出，3個數(shù)字量輸入，6個數(shù)字量輸出，故選用西門子公司生產(chǎn)的s7-200系列的可編程控制器。中央處理單元、電源以及數(shù)字量i/o點都被集成在一

38、個緊湊、獨立的設(shè)備中。l cpu 負責執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù)，以便對檢測和控制系統(tǒng)進行控制。l 輸入和輸出 是系統(tǒng)的控制點；輸入部分從傳感器中采集信號；輸出部分則控制電機、泵等設(shè)備，以及報警。l 電源 向cpu及其所連接的任何模塊提供電力。l 通訊端口 允許將s7200同上位機或擴展模塊及其它設(shè)備連接起來。l 狀態(tài)信號燈 顯示cpu的工作模式。l eeprom 存儲卡可以存儲cpu程序，也可以將程序傳送另一個cpu。l 西門子s7200系列可編程控制器每種cpu最大配置如下：l cpu221 不能帶擴展模塊l cpu222 最多2個擴展模塊l cpu224 最多可帶7個擴展模塊l cpu226 最

39、多可帶7個擴展模塊選取那種cpu作為系統(tǒng)的控制主體不僅與數(shù)字量和模擬量的多少有關(guān)系，而且和工程的實際情況有關(guān)系。工程為3、7兩個區(qū)自動加藥。3區(qū)離值班室較近，所以在配電室中安裝主體為cpu-226的控制柜，可以采集3區(qū)的全部數(shù)據(jù)和7區(qū)的部分數(shù)據(jù)。而7區(qū)離值班室較遠，cpu-226采集7區(qū)數(shù)據(jù)能力已經(jīng)很弱了，所以必須再安裝一個控制柜cpu-224來采集7區(qū)的另一些數(shù)據(jù)。因此本系統(tǒng)選擇cpu-226帶3個em-235擴展模塊為主體，cpu-224帶2個em-235擴展模塊為副體組成控制系統(tǒng)。cpu226技術(shù)規(guī)范如下：cpu226技術(shù)規(guī)范 型 號定貨號 cpu 226 dc/dc/dc6es7 21

40、6-1ad21-0xb0 cpu 226 ac/dc/繼電器6es7 216-1bd21-0xb0 總體特性 外形尺寸 (長 x寬h x 高)重量功耗 196 mm x 80 mm x 62 mm550 g11 w 196 mm x 80 mm x 62 mm660 g17 w cpu 特性 本機數(shù)字輸入本機數(shù)字輸出 24 路數(shù)字量輸入16 路數(shù)字量輸出 24 路數(shù)字量輸入16 路數(shù)字量輸出 高速計數(shù)器 (32-位值)總數(shù)單相計數(shù)器個數(shù)兩相計數(shù)器個數(shù)脈沖輸出模擬電位器時間中斷邊沿中斷可選擇的輸入濾波器時間脈沖捕捉時鐘 (時鐘精度) 6 個高速計數(shù)器6 個都是30 khz 時鐘速率4 個都是20

41、 khz 時鐘速率2 個，20 khz 脈沖速率2 個，8 位分辨率2 個，1 ms 分辨率4 個上升沿和/或 4 下降沿7 個，范圍 0.2 ms 12.8 ms14 個脈沖捕捉輸入25oc 時，2 分種/月 0oc 55oc 時，7 分種/月 6 個高速計數(shù)器6 個都是 30 khz 時鐘速率4 個都是 20 khz 時鐘速率2 個，20 khz 脈沖速率2 個，8 位分辨率2 個，1 ms 分辨率 4 個上升沿和/或 4 下降沿7 個，范圍 0.2 ms 12.8 ms14 個脈沖捕捉輸入25oc 時，2 分種/月0oc 55oc 時，7 分種/月 程序空間 (永久保存)數(shù)據(jù)塊空間: (

42、永久保存)永久保存由超級電容或電池保存擴展模塊的數(shù)量最大的數(shù)字量 i/o最大的模擬量 i/o 4096 字2560 字2560 字2560 字7 個模塊25632 ai和32 ao 4096 字2560 字2560 字2560 字7 個模塊25632 ai和32 ao 內(nèi)部存儲器位掉電永久保存 由超級電容或電池保存 256 位112 位256 位 256 位112 位256 位 定時器總數(shù)由超級電容或電池保存 1 ms10 ms100 ms 256 定時器64 定時器4 定時器 16 定時器236 定時器 256 定時器64 定時器4 定時器 16 定時器236 定時器 計數(shù)器總數(shù)由超級電容或

43、電池保存 布爾量執(zhí)行速度傳送字的執(zhí)行速度定時器/計數(shù)器執(zhí)行速度單精度數(shù)學運算執(zhí)行速度實數(shù)運算執(zhí)行速度 超級電容的數(shù)據(jù)保存時間 256 計數(shù)器256 計數(shù)器0.37 s 每條指令34 s 每條指令50 s 64 s 每條指令46 s 每條指令100 s 400 s 每條指令 190 小時/典型，40oc時最小120 小時 256 計數(shù)器256 計數(shù)器0.37 s 每條指令34 s 每條指令50 s 64 s 每條指令46 s 每條指令100 s 400 s 每條指令 190 小時/典型，40oc時最小 120 小時 本機通訊通訊口數(shù)電氣接口隔離 (外部信號到邏輯電路)ppi/mpi 波特率自由口

44、波特率 2 口rs-485 不隔離9.6, 19.2, 和 187.5 k 波特0.3, 0.6, 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 和 38.4 k 波特 2 口rs-485不隔離9.6, 19.2, 和187.5 k 波特0.3, 0.6, 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 和 38.4 k 波特 每網(wǎng)絡(luò)段最大電纜長度直到 38.4 k 波特187.5 k 波特最大站數(shù)每個網(wǎng)絡(luò)段 / 每個網(wǎng)絡(luò)最大主站數(shù)ppi 主站模式 (netr/netw)mpi 連接 1200 m1000 m32 站 / 126 站32 主站是共 4 個; 2 保留：一個 給 pg

45、，另一個給 op 1200 m1000 m32 站 / 126 站32 主站 是共 4 個; 2 保留：一個給 pg ，另一個給 op 可選的卡存儲器卡 (永久保存)電池卡 (數(shù)據(jù)保存時間) 程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)200 天/典型 程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)200 天/典型 cpu224的技術(shù)規(guī)范如下：cpu224技術(shù)規(guī)范型 號定貨號cpu 224 dc/dc/dc6es7 214-1ad21-0xb0 cpu 224 ac/dc/繼電器6es7 214-1bd21-0xb0 總體特性 外形尺寸 (長x寬 x 高) 重量 功耗 120.5 mm x 80 mm x 62 mm 360 g 8 w 120.5

46、mm x 80 mm x 62 mm 410 g 9 w cpu 特性 本機數(shù)字輸入 本機數(shù)字輸出 14 路數(shù)字量輸入 10 路數(shù)字量輸出 14 路數(shù)字量輸入 10 路數(shù)字量輸出 高速計數(shù)器 (32-位值) 總數(shù) 單相計數(shù)器個數(shù) 兩相計數(shù)器個數(shù) 脈沖輸出 模擬電位器 時間中斷 邊沿中斷 可選擇的輸入濾波器時間 脈沖捕捉 時鐘 (時鐘精度) 6 個高速計數(shù)器 6 個都是20 khz 時鐘速率 4 個都是20 khz 時鐘速率 2 個，20 khz 脈沖速率 1 個，8 位分辨率 2 個，1 ms 分辨率 4 個上升沿和/或 4 下降沿 7 個，范圍 0.2 ms 12.8 ms 14 個脈沖捕捉

47、輸入 25c 時，2 分種/月0c 55c 時，7分種/月 6 個高速計數(shù)器 6 個都是 20 khz 時鐘速率 4 個都是 20 khz 時鐘速率 2 個，20 khz 脈沖速率 1 個，8 位分辨率 2 個，1 ms 分辨率 4 個上升沿和/或 4 下降沿 7 個，范圍 0.2 ms 12.8 ms 14 個脈沖捕捉輸入 25c 時，2 分種/月 0c 55c時，7分種/月 程序空間 (永久保存) 數(shù)據(jù)塊空間: (永久保存) 永久保存 由超級電容或電池保存 擴展模塊的數(shù)量 最大的數(shù)字量 i/o 最大的模擬量 i/o 4096 字 2560 字 2560 字 2560 字 7 個模塊 256

48、 16 ai/16 ao 4096 字 2560 字 2560 字 2560 字 7 個模塊 256 16 ai/16 ao 內(nèi)部存儲器位 掉電永久保存 由超級電容或電池保存 256 位 112 位 256 位 256 位 112 位 256 位 定時器總數(shù) 由超級電容或電池保存 1 ms 10 ms 100 ms 256 定時器 64 定時器 4 定時器 16 定時器 236 定時器 256 定時器 64 定時器 4 定時器 16 定時器 236 定時器 235模擬量擴展模塊主要為加藥的溫度、壓力、頻率、電壓、電流檢測而提供的；同時模擬量輸出控制部分可以控制變頻器來控制加藥電機。模擬量模塊提

49、供了模擬量輸入輸出的功能。優(yōu)點如下：1. 最佳適應性 可適用于復雜的控制場合 2. 直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如em235模塊可直接與pt100熱電阻相連 3. 靈活性 當實際應用變化時，plc可以相應地進行擴展，并可非常容易的調(diào)整用戶程序。通用技術(shù)規(guī)范 尺寸(w x h x d) 重量 功率損失(耗散) 71.2mm x 80 x 62 mm 186 g 2 w 物理i/o數(shù)量 4模擬量輸入點，1模擬量輸出點 功耗 從+5v dc(從i/o總線) 30 ma 從l+ 60 ma(輸出均為20 ma) l+電壓范

50、圍，級2或dc傳感器供電 20.4至28.8 led指示器 24 vdc電源良好 on=沒有故障，off=無24vdc電源 模擬量輸入技術(shù)規(guī)范 數(shù)據(jù)字格式 雙極性，全量程范圍 單極性，全量程范圍 (見圖a-21) -32000至+32000 0至32000 輸入阻抗 10 m 輸入濾波器衰減 -3 db 3.1 khz 最大輸入電壓 30 vdc 最大輸入電流 32 ma 分辨率 12位a/d轉(zhuǎn)換器 模擬量輸入點數(shù) 4 隔離(現(xiàn)場側(cè)到邏輯線路) 無 輸入類型 差分 em 235的校準和配置位置 4.2主控單元的硬件設(shè)計本系統(tǒng)的主控單元由一個cpu226帶3個模擬量擴展模塊em235和一個cpu

51、224帶2個模擬量擴展模塊em235組成。組成原理框圖如圖3-3所示。 圖4.1系統(tǒng)硬件組成原理框圖數(shù)字量輸入/輸出點配置：由主機輸入輸出點和擴展模塊輸入輸出點組成，用于開關(guān)量的輸入輸出。本系統(tǒng)中數(shù)字量輸入為3區(qū)瞬時流量檢測，7區(qū)1號泵瞬時流量檢測，7取2號泵瞬時流量檢測，在cpu226上各接i0.0、i0.6和i1.2,采集脈沖信號。數(shù)字量輸出為3區(qū)壓力和溫度報警，7區(qū)2個泵壓力和溫度報警，共接6個報警指示燈。模擬量輸入/輸出點配置：模擬量輸入全部為420ma電流信號，使用5個模擬量擴展模塊em235完成a/d、d/a轉(zhuǎn)換。共采集19個模擬量，數(shù)據(jù)字數(shù)值范圍為032000。通信口配置；plc

52、通訊端口0以由口通訊模式與上位機實現(xiàn)串口通信。4.3 檢測部件的選取信號的采集一般可以以電流、電壓、脈沖的形式采集，而傳感器器模擬信號的采集則要求以電壓電流信號為準。在本系統(tǒng)中送入plc主機中的信號是直流420ma電信號。采用直流電信號的優(yōu)點是傳輸過程中易于和交流感應干擾相區(qū)別，且不存在相移問題。采用電流制的優(yōu)點是不受傳輸線中負載電阻變化的影響，適于信號的遠距離傳送。在本系統(tǒng)中，對于溫度的檢測選取的是鉑電阻溫度傳感器和信號轉(zhuǎn)換模塊，該傳感器的核心是鉑電阻。鉑在氧化性介質(zhì)中、以及在高溫下，其物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定，測量精度高，性能好。在0630.7以內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為rt=ro(1+at+bt

53、2+ct3+.)式中 rt 溫度為t時的電阻值ro 溫度為0時的電阻值abc 分度系數(shù)，隨著鉑電阻等級而不同 t任意溫度值鉑電阻在恒定電流作用下，可輸出與溫度成正比的電壓信號轉(zhuǎn)換模塊是將傳感器的電壓信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成420ma標準信號。需要檢測的溫度為0500與傳感器檢測范圍相近，可以減少誤差，提高精確度。對于壓力的檢測當前有兩種主要形式：擴散硅壓阻式和硅電容式。在這里我們選擇一體化陶瓷壓力變送器，由電容式壓力傳感器和信號轉(zhuǎn)換模塊組成。硅電容式許多性能指標優(yōu)于擴散硅壓阻式，在膜片尺寸和測量范圍類同條件下，電容式靈敏度高于壓阻式10倍以上。而功耗卻低兩個級數(shù)。因為應變敏感電阻的壓阻系數(shù)隨溫度變化

54、明顯，而硅電容式的傳感機理則避開了壓阻溫度效應，具有良好的重復性和穩(wěn)定性。硅電容式壓力傳感器的核心部件是一個對壓力敏感的電容器，該電容器有兩個極板，一個置在玻璃上為固定極板；另一個在硅膜片的表面上為活動極板。電容式的大小由電容電極的面積和兩個極板間的距離決定。當硅膜片受壓力作用變形時，距離極板，距離變化導致電容變化；此時信號轉(zhuǎn)換模塊將傳感器的電壓信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成420ma的標準電流信號。對于流量傳感器，由于我們采集的是脈沖信號數(shù)字量輸入。在本系統(tǒng)中選取lpjfb型光電式電脈沖/電流轉(zhuǎn)換器，主要是把各種輸出軸的角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，測出轉(zhuǎn)軸量的角位移總量和角速度量。與各種容積式流量計配套使用，可輸出與流量相對應的電脈沖信號。信號可遠距離傳送供顯示儀表或計算機，對流體計量和檢測，規(guī)格如下：輸出波形：脈沖方波環(huán)境溫度：-20+60供電電源：24vdc 對于變頻器，由于我們是用采集的頻率來控制加藥電機，在本系統(tǒng)中我們選取富士的1.5kw變頻器，選用富士的變頻器主要優(yōu)點是應用進口材料，耐用性能強，節(jié)省能源。而選用1.5kw的變頻器主要與加藥電機與關(guān)系，因為它要控制電機轉(zhuǎn)數(shù)，所以它的功率要與電機的功率相對應。4.4 電路設(shè)計