基于力控的发油控制系统设计 开放性, 管理层, 封闭式, 控制系统

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引言
随着计算机技术的发展，各企业广泛采用计算机控制技术，新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它们具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等鲜明优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且常在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业微机。
组态软件的功能
组态软件可谓是工业控制不可或缺的工具，组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和i/o设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。
系统概述
某油库发油监控及计量部分，由人工来操作完成，手工录入数据库。因此，发油监控数据库更新速度慢且容易产生差错。发油控制系统和开票系统不能实现数据共享，不便于对数据统计与分析。通过本次系统改造，实现了由原来的四个发油鹤位扩展至十个，对发油控制、计量、温度等各种参数及时准确的显示，并对数据进一步处理分析，能够将在发油过程中产生的异常情况在较短的时间内反应给总控室内的监控人员，来实现对异常情况的及时处理，最后将这些数据都写入数据库，通过网络实现数据共享。系统选择力控组态软件开发环境，针对硬件设备专门开发驱动程序;通过力控提供的丰富的画面组态功能完成用户要求的参数显示，报警提示，多功能报表等，使用关系数据库(sqlserver)完成自动计量功能，并将其嵌入到组态画面的多功能报表中。
系统设计
发油控制器共10台。这10台发油控制器分布集中，一个控制室，发油区与监控室距离近，且不要求网络发布，下位通过购买专门的传感器采集温度、流速、体积、故障等参数，并上传到发油控制器，再通过485总线上传，将数据采集到实时数据库;通过组态软件实现数据的监控、数据处理等，将计量系统嵌人到该系统的报表画面.以实现监控与计量一体化。
系统硬件设计
发油区数据的采集和传输由各种传感器等硬件组成。每个发油控制器上安装有温度计、流量计、电液阀等传感器和流量控制设备，传感器采集到的数据汇集到发油控制器，实现发油参数的底层采集;各个鹤位上的发油控制器通过rs485总线连接，接口与工控机的rs485接口连接，实现整个发油区发油参数上传。采集设备网络分布如图1所示。


系统软件设计发油区监控与采集系统由用户、实时监控、系统设置及帮助部分组成，通过菜单形式组织起来。用户部分包括用户管理、登录、注销等功能。实时监控部分包括鹤位画面显示、故障显示、报警记录等功能。系统设置包括发油鹤位参数设置、设备初始化等功能。帮助中提供了详细的系统操作说明。
软件实现
数据处理流程
系统数据处理流程如图2所示。


软件的实现li/o设备组态
所谓i/o设备组态，就是在力控中建立相应的设备，完成各种通讯设置。由于购买的成套设备，所以有专门的由力控开发的驱动程序。本系统有十个发油控制器，要对十个发油控制器分别组态，选择串口通讯，设置端口，并对每台设备分配地址(如图4)。


数据库组态所谓数据库组态，就是将设备的i/o点与力控中的变量连接起来，从而形成数据库变量，控制数据库变量就如同控制设备一样，实现各种功能(如图5)。


界面开发发油鹤位监控界面
共有11个鹤位(汽油四个，柴油六个，煤油一个)，每一个鹤位信息包括鹤位编号、鹤位状态、油品名称、添加剂、温度、发油单位、应加量、实加量、溢油状态、接地状态、泵状态、流量计、电液阀、鹤位、油罐车(如图6)。


空闲状态 发油状态发油控制器参数设置界面
发油控制过程是一个复杂的过程，而且要求精度较高，误差一般不超过2‰，因此要对发油控制器进行完整的设置，保证发油的速度和精度。需要设置的参数如下：油品名称、密度、对表系数、温度系数、调和比例、是否添加剂、关闭参数、停泵控制、过冲量、机器状态(如图7)。


故障显示界面故障显示对于自控系统是十分重要的，故障显示界面要尽量简洁明了，让操作人员一目了然，因此对应每一个通道的每一个报警点独立设置参数，在正常状态下均显示绿色，在有报警情况下显示红色，直至故障排除恢复绿色，并且伴有声音报警，对于严重故障(如溢油)更会弹出对话框进行报警(如图8)。


事件及报警记录界面为了方便用户对系统故障的检测和排除，力控提供了事件记录控件，它可以监视并记录i/o设备运行、实时数据库、进程管理、网络通信、开发系统等各种动作，并且提供查询功能。在报警记录方面，力控也提供相应的控件，不仅包括报警记录和查询，还有确认报警的功能，使工作人员及时处理。
后台编程
下置发油提单
读取数据库的发油参数，是由windows的远程数据源实现的。此部分程序放在应用程序动作中，进入程序部分的功能是打开数据库。程序运行周期执行中，扫描周期1000ms，检测是否有发油申请，并完成下置(如图9)。


发油过程的监控发油过程的监控包括发油鹤位的状态、实时温度、实发数量、应发数量、应发单位以及溢油和接地报警等等。此部分放入发油鹤位监控界面的脚本中执行，进入窗口动作，从数据库中找到对应鹤位的油品名称。窗口运行时周期执行，用于实时更新发油状态、发油单位、发油数量。
记录发油参数
发油完成后，要将发油的实际数据写入到数据库中，以便日后查询和出据报表。首先要解决的问题是，如何得知一次发油过程的结束，即构造上升沿。
程序周期检测发油是否完成，一旦完成，将把当前的鹤位信息写入数据库中，包括实发数量、完成时间、是否正常完成(误差不超过2‰)。
结语
发油控制过程是十分复杂的，要控制发油误差在允许的范围内，需要软件和硬件的配合，力控很好的实现了这个目标。通过此次改造，无论是从上位机监控，还是在下位机的执行情况来看，都达到了预期的效果，系统运行的可靠性明显提高，在发油过程中改善了操作人员的工作环境，而且将人为因素带来的不利影响降到最低。