升382中转站计量系统软件设计.docx

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升382中转站计量系统软件设计

毕业设计（论文）

升382中转站计量系统软件设计

学生姓名xxx

指导教师xxx

专业电子信息工程

学院计算机与电子信息工程

2008年6月4日

GraduationProject（Thesis）

HarbinUniversityofCommerce

TheSoftwareDesignofCalculatingSysteminSheng382Oil-fieldTransferStation

Student

xxx

Supervisor

xxx

Specialty

ElectronicInformationEngineering

School

ComputerandInformationEngineering

2008-6-4

毕业设计（论文）任务书

姓名：

xxx

学院：

计算机与电子信息工程

班级：

xxx

专业：

电子信息工程

毕业设计（论文）题目：

升382中转站计量系统软件设计

立题目的和意义：

从油井中开采出来的原油是油、气、水的混合物。

原油从油井到集输总站要经过计量站、中转站、联合站等,在每一处都要分别准确地计量出油、气、水的瞬时产量及总产量。

油与水是混合在一起的,因此测定原油含水率是油、气、水三相计量的关键技术。

在采油输油流程中,油、气、水三相的体积可由体积流量计辅以温度、压力测量仪表分别测出流量和温度、压力,再依据理论公式或经验公式给出;质量则必须在给出密度后方可给出。

原油中油、水是混在一起的,混合比例即原油含水率是分别计量油和水的关键参量。

在信息化的不断推进的今天，对石油计量数据的采集和传递的要求越来越高。

利用现场计量系统，实现数据源头自动采集，借助中转站现有网络资源自动加载到实时数据库，为各级管理部门应用提供开放的数据平台，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，从而实现整个生产过程的自动化；并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证生产设备正常运转、降低生产成本提供重要依据。

为了实现中转站计量的自动化、现代化、规范化，提高中转站生产运行的安全平稳，现提出一种面向石油的中转站计量系统。

技术要求与工作计划：

要求完成中转站计量系统的组态设计，实现中转站现场数据监控、参数汇总、报表打印、实时数据曲线记录、历史数据曲线记录和报警等功能。

要求采用工业控制计算机及常用国产工业级板卡，软件采用国产组态软件，设计的系统要求数据准确、工作稳定、结构合理、最小化设计。

推荐使用研祥硬件，三维力控组态软件。

（1）查阅资料，了解国内外相关技术和产品的发展过程和现状；

（2）学习力控相关内容；

（3）了解油田中转站控制及外输工艺；

（4）了解典型现场仪表的使用方法及信号处理；

（5）学会数字量、模拟量及开关信号的数据采集、控制处理方式；

（6）学会内存单元的分配和使用；

（7）学会数据连接、动画连接、脚本程序、组态策略等基本知识；

（8）了解PID控制理论及方法。

时间安排：

2008年3月1日-----2008年4月1日毕业实习和搜集资料

2008年4月2日-----2008年4月22日确定研究方向与研究深度

2008年4月23日-----2008年5月15日系统总体设计

2008年5月16日-----2008年5月22日程序编写

2008年5月23日-----2008年6月1日系统运行与调试

2008年6月2日-----2008年6月10日撰写论文

2008年6月19日-----2008年6月20日准备答辩

指导教师要求：

（1）搜集、查阅资料，认真学习相关知识；

（2）掌握三维力控组态软件；

（3）了解油田中转站控制工艺；了解典型现场仪表的使用方法及信号处理；

（4）发挥团队精神；

（5）掌握数字量、模拟量及开关信号的数据采集、控制处理方式；

（6）掌握内存单元的分配和使用；

（7）掌握数据连接、动画连接、脚本程序、组态策略等基本知识；

（8）掌握PID控制理论及方法。

（9）负责油田中转站计量系统的软件设计

（签字）年月日

教研室主任意见：

（签字）年月日

院长意见：

（签字）年月日

毕业设计（论文）审阅评语

一、指导教师评语：

指导教师签字：

年月日

毕业设计（论文）审阅评语

二、评阅人评语：

评阅人签字：

年月日

毕业设计（论文）答辩评语及成绩

三、答辩委员会评语：

四、毕业设计（论文）成绩：

专业答辩组负责人签字：

年月日

五、答辩委员会主任单位：

（签章）

答辩委员会主任职称：

答辩委员会主任签字：

年月日

摘要

中转站计量系统是实现中转站计量自动化管理的一项成果，中转站计量系统由上位机与工业板卡构成。

随着计算机技术发展的日新月异，可用计算机管理来代替人工进行工作，具有安全、经济、自动化水平高的优点。

三维力控监控组态软件是北京三维力控科技有限公司推出的一个产品。

文章采用此软件完成了整个中转站计量系统的上位机组态设计，实现中转站计量系统工艺图的组态、现场数据监测、数据记录、报警记录、参数报表、趋势曲线和连接MicrosoftAccess数据库等用户所需要的功能，相信对实际工作有一定的指导作用。

关键词：

中转站；中转站计量系统；三维力控；板卡

Abstract

Transferstationcalculatesystemisadesigntorealizetheautomationmanagementofthecalculationoftransferstation.ItiscomposedofmonitorcontrolledcomputerandIndustrialplankcard.Alongwithquicklychangeanddevelopmentofthecomputerscience,wecanusecomputerinsteadofmanpowerinordertoattaintheadvantageofsafety,economicsandhighlyautomatization.

TheSunwayForceControlconfigurationsoftwareistheproductionofBeijingSunwayForceControlTechnologyCo.InthispaperIusethissoftwaretocompletethedesignofmonitorcontrolledcomputerofthewholetransferstationcalculatesystem.Thisprocessalsorealizethefunctionasfollows:

theconfigurationdesignofthetechnics,timingdatamonitoring,dataregistering,alarmprocess,parameterreporting,trendcurvesandsoon.StillthesystemprovidethefunctionforuserstoconnectthesedatatoMicrosoftAccess.Ithinkthepaperwillguidancethepractice.

KeyWords:

Transferstation;IntermediateRepeaterMeasurementSystem;SunwayForceControl;Plankcard

1绪论

1.1中转站计量的发展现状

中转站是把数座计量（接转）站来油集中在一起，进行油气分离、油气计量、加热沉降和油气转输等作业的中型油站。

在中转站采集的油品数据（主要有温度、压力、流量等）直接关系到油田生产的稳定及原油质量。

而目前数据的计量一直采用人工的方法，数据管理部门把仪表记录的数据和累积数据收集起来进行统计、分析后形成数据报表提供给决策部门。

因其数据量大，工作十分繁杂，再加上仪表的记录误差、数据统计和分析中的人为因素等等，人工数据的管理工作已不适应现代化生产和企业管理对计量工作的要求。

这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。

随着计算机技术、通信技术的发展，石油天然气行业生产计量系统也得到了很大发展。

所以石油中转站计量系统的自动化、信息化就显得极为突出。

1.2中转站计量系统的需求及市场前景

随着油田的发展及工业自动化水平的提高，一种服务于中转站计量的新技术展现在了眼前，那就是利用现代计算机所组成的系统对石油数据的采集。

即目前的以计算机、通信技术为基础的油田计量和操作系统可大大提高油田生产效率，降低综合成本，实现油田生产、管理的自动化、信息化[4]。

为了达到这个目标，必须开发一个可靠的以微型计算机技术、现代通信技术为基础的中转站计量和操作系统；开发新而廉价的中转站作业计量方法；开发一个易为用户存取的数据库和记录系统。

因此，设计自动计量系统，可以对现场进行实时检测，当出现温度超限、压力超限等问题及时解决，将系统采集出来的数据传输到监控中心系统主机上，通过图形画面显示输出。

该系统具有趋势、报警、查询等功能，使操作人员在控制室内了解全部计量间区域的生产情况，进行调度管理，也为今后建立全公司综合信息管理，实现无纸办公和决策信息支持打下坚实的基础。

1.3课题研究的背景及意义

石油工业是保障国家经济发展的重要产业，其产品已经渗入到人类生活的各个方面，例如工业、军事、交通运输等。

人们常用眼睛来比喻计量工作在工业生产中的重要性。

在是由工业中，原油、天然气和各种成品油的贸易交接计量是计量管理以及计量技术发展的重点，直接涉及石油企业的经济利益和社会效益，应引起足够的重视；而在原油开采、集输工程中的计量工作也不应被忽视，更应在形式和技术上不断革新以满足新情况下的新要求，用以有效监督原油的集输工程，为以后原油及其相关产品的精确计量奠定良好基础。

随着中国经济持续稳定的发展，开放的中国石油工业给世界带来了巨大的商机。

因此对石油的计量工作也有着越来越高的要求。

在信息化的不断推进的今天，对石油计量数据的采集和传递的要求越来越高。

且计算机技术发展的日新月异，计算机技术在工业生产中的应用越来越广泛，给数据管理的科学化和合理化指明了方向，用计算机管理来代替人工进行数据的统计和分析等数据管理工作已成为必然。

利用现场计量系统，实现数据源头自动采集，借助中转站现有网络资源自动加载到实时数据库，为各级管理部门应用提供开放的数据平台，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，从而实现整个生产过程的自动化；并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证生产设备正常运转、降低生产成本提供重要依据。

为了实现中转站计量的自动化、现代化、规范化，提高中转站生产运行的安全平稳，现提出一种面向石油的中转站计量系统。

1.4课题实现的功能

课题是设计一款石油计量系统的软件部分，用于进行显示界面的操作。

在模拟输入状态下能进行模拟运行，从而可观测计量系统是如何进行计量工作的。

（1）概述

三维力控软件具有功能强大、组态灵活、运行可靠、操作简单等特点。

软件采用实时数据库作为系统核心，配以组胎管理子系统、人机界面（MMI）管理子系统、数据存储和查询子系统、报表管理子系统、报警管理子系统、备份，自动数据接续、自通讯管理子系统和硬件接口模块等组成一个实时数据处理平台，为保证系统的稳定可靠运行，除在程序设计中采用高安全级别编程代码外，又特别设计了自动系统热动系统运行记录功能，并能通过硬件接口模块驱动系统的看门狗时钟，保证系统的可靠运行。

（2）提供如下几个监测软件菜单功能模块：

1通道参数修改，密码修改，时间较正等参数修改模块。

2报表汇总模块，报警记录模块，通讯联网模块。

3历史数据存储模块，要求至少存储一年的数据，并有历史变化趋势图。

（3）系统功能：

①可实时监测外输气、自耗气、返输气各路的差压、压力、温度及气瞬时量和累积量的变化。

密度、含水、产油量、产水量、产液量等。

②具有定时打印日报表功能，可以任意时刻查询日报表、并打印。

③查询历史趋势图的功能，并能够打印输出。

④具有声音和图象报警功能，并且可显示出报警信息，能够查询、打印输出。

⑤记录系统停机、启机的时间，便于进行各项补偿。

⑥记录运算参数修改的功能。

⑦可在线修改个通道的上、下限值，提供对现场仪表的软件检查功能并设置了码口令防止非法进入。

⑧显示器具有修面保护功能，按任意键进入正常显示状态。

（4）生产过程监视：

①电脑动画图像模拟显示各数据点实时数据。

②电脑动画图像模拟显示各阀门、机电的开关控制状态。

③系统采用B/S结构，若配有打印机，能够打印报表。

（5）系统的优点

①可靠性高，对采集到的报警信号可以自动进行调节控制，也可以由操作人员进行手动控制。

免去操作人员到现场去开关用电器的时间，防止事故的发生；

②动画模拟显示，界面检测清晰明了，数据安全和保密性好，能够存储一年以上的记录，操作简单，操作系统易学，一般情况下，学习半小时即可使用；

度高，可靠性好，免维护，稳定性好，安装简单，现场安装方便、快捷，硬件构成集中，寿命长，性能价格比高；

③可通过站长室工业计算机对终端设备运行状态进行全程监控，提示工作人员，终端设备是否在工作状态；

④I/O点的智能化，系统每个I/O点都可以完成智能化的功能。

分布式现场化，可做到控制单元的现场全分布；

⑤数据采集和控制系统结购合理，软硬件技术成熟，可扩展性好。

2中转站计量系统总体设计

2.1中转站计量系统工作原理

中转站计量系统在宏观上由软件和硬件两部分组成，系统采用工控计算机配合各种外设共同完成测控功能。

构成如下图2-1，见图所示。

图2-1中转站计量系统组成

2.2中转站计量系统硬件配置

2.2.1工业控制计算机

（1）键盘：

工业用触摸键盘；

（2）机箱：

ACP—7000、7U、20槽上架式机箱，6个热拔插Ultra320SCSISCA硬盘驱动器托架和冗余电源

（3）工业母板：

AIMB—760

（4）硬盘：

80G以上

（5）内存：

512M以上；

（6）显示器：

工业用高清晰度25寸彩色显示器；

（7）打印机：

EPSON激光宽行打印机；

（8）电源：

UPS电源，1000W在线2小时；

（9）光驱：

DVD光驱；

2.2.2板卡配置

根据用户的要求，需要检测的参数有：

外输液的温度、压力、密度、流量，外输气的温度、压力、流量，自耗气的温度、压力、流量。

6个模拟量（4~20mADC标准信号）：

4个流量计信号（0~2KHz脉冲信号）；因此我们共选择1块PCL-813B、1块PCL-836，仅2块板卡，即满足用户要求，又留有扩展空间。

2.2.3模拟量测量板卡研祥PCL-813

PCL-813为一个12字节，32单向数/模隔离卡，服务于IBM个人电脑与相兼容的设备中，PCL-813在工业测量与监控中均为一个理想的系统模块体系。

PCL-813提供32位信号模拟输入通道，而信号模板仅仅有一个相关的输入地面。

PCL-813的通道与基本地址可以更改，通过设置跳槽与DIP开关（在卡板上的）。

PCL-813需要16个连续的地址位置在I/O地址空间，而PCL-813基本地址被限制在如下的条件中：

①基址地址范围必须在OOH-3FH之间；②基址不能与任何的PC保存的I/O地址相冲突,见表2-1，见表所示。

表2-1PCL-813地址表

I/O端口地址（hex）

1

A9

2

A8

3

A7

4

A6

5

A5

6

A4

000-00F

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

010-01F

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

OFF

（1）

：

：

：

：

：

：

：

210-21F

OFF

（1）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

OFF

（1）

（*）220-22F

OFF

（1）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

OFF

（1）

ON

（0）

230-23F

OFF

（1）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

ON

（0）

OFF

（1）

：

：

：

：

：

：

：

3F0-3FF

OFF

（1）

OFF

（1）

OFF

（1）

OFF

（1）

OFF

（1）

OFF

（1）

（*表示默认设置）

2.2.4数字量测量板卡研祥PCL-836

研祥PCL-836是一款ISA插槽的计数器/定时器和数字量I/O卡.该卡提供了6个16位计数器通道.它还带有16路数字量输出和16路数字量输入.卡上的2个8245芯片提供了各种计数器/定时器功能模式,是工业应用和实验室应用的理想选择.

基址的选择：

数据采集卡是通过计算机的I/O口来控制的,每个I/O口各自都有一个独立的I/O存储空间以免相互之间发生地址冲突,下图给出了它的I/O地址选择,地址的选择可通过面板上的5位DIP开关SW1的设置来设定。

PCL-836的有效地址范围是200到3E0（十六进制）,初始默认地址为240,可以根据系统的资源占用情况,分配正确的地址。

按照下图来设置它的地址.A5~A9与计算机地址线相对应。

见表2-2

表2-2PCL-836地址表

I/O端口地址（hex）

A9

A8

A7

A6

A5

200

0

0

0

0

220

0

0

0

1

240*

1

0

0

1

0

280

0

1

0

0

……

……

……

……

……

……

3E0

1

1

1

1

（A5~A9与计算机地址线相对应，*表示默认设置）

2.3中转站计量系统软件功能

中转站是把数座计量（接转）站来油集中在一起，进行油气分离、油气计量、加热沉降和油气转输等作业的中型油站。

在中转站采集的油品数据（主要有温度、压力、流量等）直接关系到油田生产的稳定及原油质量。

中转站计量系统的主体设备是二相计量流量计、压力计、温度计和密度计，控制任务主要是控制计量的操作，采集计量间的各种石油数据，并将测量结果上传给中央控制室[16]。

中转站计量系统的正常运转取决于原油的输入量、数据上传和工控机的正常运行。

本监控系统的基本部件是一套分散的智能前端单元。

可用来进行数据采集、事件处理以及其它许多智能控制单元。

这对中转站站和计量车间的情形特别适合。

中转站的工作也大大减少人工的干预。

原来，每次计量是必须要人到场的。

计量数据采用抄表的方式送到数据管理部门。

现在，计量数据随时上传到中央控制室。

中控室还可以通过这套站外的无线计量系统看到油压、油温、流量等，大大减少了数据采集的工作量。

采用本系统还有额外的收获，由于是连续采样，并且数据同时送到外输和中控室，避免了进油和出油量差错发生。

系统提供了外输液、外输气及自耗气人机界面，可用图形方式显示各个设备的工作状态。

操作员可以从PC机上观察到整个中转站计量系统的运行状况。

2.2.1计量软件系统各部分窗口界面

（1）动画演示窗口：

可实时监测外来油、外来气、外来水各路的差压、压力、温度及气瞬时量和累积量的变化。

密度、含水、产油量、产水量、产液量等。

（2）报表：

具有定时打印日报表功能，可以任意时刻查询日报表、并打印。

（3）分析曲线：

查询历史趋势图的功能，并能够打印输出。

（4）报警：

具有声音和图象报警功能，并且可显示出报警信息，能够查询、打印输出。

（5）数值显示窗口：

记录运算参数修改的功能。

（6）主窗口：

可在线修改个通道的上、下限值，提供对现场仪表的软件检查功能并设置了码口令防止非法进入。

①动画演示窗口：

本图能够准确实时的反映所测外来油、外来气及外来水的温度、压力、累积流量、密度值，如图2-2，见图所示。

图2-2动画演示窗口

②数值显示窗口：

提供各种数据的直接显示界面，方便更改模拟输入时的数值灵活显示。

如图2-3，见图所示。

图2-3数值界面

③报表：

能够显示和打印按时间所要求的所测各种数据，如图2-4，见图所示。

图2-4报表窗口

④报警：

液位、温度、压力、外输密度超过最高、最低值时，系统会进行报警，当运行正常后可自动停止报警，并可进行历史报警查询，如图2-5，见图所示。

图2-5报警窗口

⑤分析曲线：

以曲线的形式显示数据的变化，如图2-6，见图所示。

图2-6分析曲线

⑥登录说明窗口：

对系统的需求和用户的权限进行说明，如图2-7，见图所示。

图2-7说明窗口

⑦主窗口：

显示进入系统的主画面和用户登录的界面，如图2-8，见图所示。

图2-8主窗口

3上位机组态软件的选型

3.1组态软件的发展趋势与现状

3.1.1总体发展趋势　　

组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制约。

归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。

未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高，有的用户甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程。

有的装置直接内嵌“WebServer”，通过以太网就可以直接访问过程实时数据。

即使这样，也不能认为不再需要组态软件了。

用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有要求，这就导致组态软件不可能退出市场，因为需求是存在的。

类似OPC这样的组织的出现，以及现场总线、尤其是工业以太网的快速发展，大大简化了异种设备间互连、开发I/O设备驱动软件的工作量。

I/O驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展[11]。

3.1.2组态软件功能的变迁

由单一的人机界面朝数据处理机方向发展，管理的数据量越来越大。

最早的组态软件用来支撑自动化系统的硬件。

那时侯，硬件系统如果没有组态软件的支撑就很难发挥作用，甚至不能正常工作。

现在的情况有了很大改观。

一方面软件部分地与硬件发生分离，大部分自动化系统的硬件和软件现在不是由同一个厂商提供，这样就为自动化软件的发展提供了可以充分发挥作用的舞台。

实时数据库的作用将进一步加强。

实时数据库存储和检索的是连续变化的过程数据，它的发展离不开高性能计算机和大容量硬盘，现在越来越多的用户通过实时数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据，作为指挥、决策的依据。

三维力控、Intellution、Wonderware都在宣传各自的实时数据库产品[5]。

在最终用户的眼里，组态软件在一个自动化系统中发挥的作用逐渐增大，甚至有的系统就根本不能缺少组态软件。

这其中的主要原因是软件的功能强大，用户也存在普遍的需求，广大用户