长距离输油管线自动化监控系统.doc

一、前言
随着目前社会经济的快速发展，能源的需求也与日巨增，石油对现今社会的发展起着致关重要的作用，如何能更好的利用石油为人类服务，已成为越来越多人类关心谈论的话题。
开採后的石油如何从油田输送到世界各地的炼油厂，不可能把每个炼油厂都安在油田的附近，这样石油的输送问题就显的格外重要。而石油的输送无非通过水路、铁路、公路和输油管线来完成，而以上各种运输方式中我觉得最好的还是输油管线。因为，水路运输就是利用船泊往返于港口、码头之间，可航行时的天气变化对船泊影响太大，一不小心原油的泄漏会对环境造成破坏。而铁路运力的紧张，也越来越让人头疼。再说公路，相对成本高，一次运输量有限。所以，输油管线便成为人们的理想之选，因为不论长短距离都可以架设，而且配合我设计的这套自动监控系统，在使用上不需要借助文字说明，就可以方便操作本软件，全中文“傻瓜式”界面易于操作，节约时间，还可以通过远程控制，在千里之外就控制现场泵站的工作状态。
二、设计总体思想
（一）方案论证
本设计是一个计算机监控程序，主要任务是长距离的输油管线进行实时监控。
硬件上要求各测控站点之间有远程传感检测装置，如温度传感器压力传感器，而且亦要有远程控制装置，如泵站的启停、报警、加热装置等。
在软件上可以直观地了解控制各泵站的各种信息数据。
本设计采用研华远程数据采集控制模块，现场信号经调制解调器调制后，经由专用电缆传输到主控室进行解调还原为数字信号，再由工业计算机进行数据处理。
本设计采用工业监控组态软件“组态王5.1”作为软件设计开发工具自行设计开发的计算机监控软件。该软件运行于windows平台上，可以方便地对整个输油管线进行全方位的监控，即可以观察控制全部被控对象，也可以分别对某一类的控制量进行监控。
主要功能如下：
1、全部被控对象进行监控。
2、分别对不同控制对象进行监控。
3、显示打印历史数据。
4、显示打印实时数据。
5、实时报警显示。
6、帮助显示。
7、报警界限调整。
8、操作登录确认。
9、对程序运行管理。
10、运行报表打印。
（二）设计内容
1、标题界面
显示设计任务工程硕目的标题并可以显示当前工作时间、日期，还可以进行操作口令的登录，设置若干操作级别，防止无关人员误操作。
2、主控界面——监控平面图
直观的展示被控对象的全部场景，在此界面上可以全部观察各被控对象的各个控制量的量值，并且可以操作相应按钮控制泵站的工作。
3、温度监控界面
该界面将全部被监控的温度参数集中显示出来，通过模拟仪表、数字显示当前各泵站的温度值。还可以直接点击“温度文字”输入温度监控的上下限值。
4、压力监控界面
将全部三个泵站的三个压力参数集中显示出来，通过模拟和数字显示各泵站的压力值，还可以直接修改压力参数的监控报警上下限设定值。
5、泵站实时温度曲线界面
通过实时曲线可以观察被控各泵站的运行状态，亦可以设定历史曲线观察历史数据，最多可以调出其间10年以上的历史数据。
6、泵站压力实时曲线界面
通过实时曲线，可以观察被控各泵站的运行状态，可以最多调阅十几年的历史数据便于分析故障原因。
7、实时历史报表
本界面用于将当前的各个被控对象的数据统计和打印，还可以将几十年的任意时段的数据通过报表方式显示和打印出来。
一方面可以作为生产数据保存，还可以作为故障分析追究责任的依据。
8、加热器控制界面
通过运程控制，可以在千里之外就控制现场泵站的工作状态。
9、帮助界面
提示操作人员的操作方法，注意事项，使得操作者不需借助文字说明书就可以方便操作本软件。
10、关闭程序界面
全中文的“傻瓜式”界面易于操作节约时间。
三、设计要求
（一）下图为本设计（输油管线自动监控系统）简图其中包括：3个温度压力监测点、3个加压泵站、1个减压阀、2个加湿站、3个输油终站。需要分别对各站点的温度、压力进行监控，温度过低则加热器加热，压力过高则打开减压阀减压，压力过低则打开加压泵加压。

温度 压力 加压泵 减压阀 加热器

（二）需要设计的界面
1、主画面：显示标题、设计者姓名等。
2、长距离输油管线自动化监控系统整体平面（主体）监控界面。
3、温度监控界面：用数字和模拟仪表进行显示。
4、压力监控界面：可用数字与模拟仪表进行显示。
5、各加压泵站温度压力监控界面：需要用数字和模拟仪表进行显示。
6、实时曲线界面。
7、实时压力曲线界面。
8、实时温度压力曲线界面。
9、加热器状态监控界面：可以通过人工控制加热器通断。
10、加压泵状态监控界面：可以用人工控制加压泵的启、停。
11、减压阀状态监控界面：可用人工控制减压阀启、停。
12、实时（历史）报表界面。
13、帮助说明界面。
14、口令登录修改界面。
15、关闭程序界面。
16、报警显示界面。
17、报警上下限修改界面。
18、输油终端界面与进油阀、出油阀相应关系界面（进油阀流量是出油阀流量的2倍）。
四、软件介绍
（一）组态王安装与运行
“组态王”适用于IBM586以上的微机及兼容机VGA SVGANNY以及支部windows256色图形卡，主频为100MHZ以上，内存不少于32M，同时运行多个大型程序应使用更大内存，运行于windows98/2000/NT4.0环境。
（二）组态王软件的组成
组态王是在运行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以windows98/2000/NT4.0中文操作系统作为其操作平台，利用了windows图形功能完备，界面一致性好的特点，采用PC机开发的系统工程，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，减少工程软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。
组态王软件包由工程管理器（PROJMANAGER），工程浏览器（TOUCHEXPORER），画面运行系统（TOUCHVEW）三部分组成，其中，工程管理器主要用于组态王工程的管理，如新建工程、工程管理、工程备份、变量的导入导出、定义工程的属性等。
工程浏览器是组态王软件的核心部分和管理开发系统，它将画面制作系统中已设计的图形画面、命令语言、设备程序驱动与管理、配方管理、数据库访问配置等工程资源进行集中管理，并且在一个窗口中以树形结构排列，此种功能与windows操作系统中资源管理器功能相似。
在工程浏览器中内嵌画面开发系统是应用程序的集成开发环境，在这个环境中完成界面设计、动画连接的定义等，并且通守数据库中的多种数据类型合理地控制对象，对数据的报警、趋势曲线过程记录、用利组态王的图库用户可以减少设计界面的时间，从而提高工程软件的质量。
（三）应用程序制作过程概述
建立新的程序一般可以分为四个过程分别是：
1、设计图形界面
2、构造数据库
3、建立动画连接
4、运行和调试
首先，应根据新设计题目要求，选择适当的图形和相应的界面，根据新要设计对象的数据变量，指定变量名和变量类型，并把它们定义完成后与新设计的动画进行连接，最后进行运行并调试新设计的程序。
（四）组态王支持的硬件设备
1、可编程控制器（PLC）
n 莫迪康公司：
MODBUST系列
MODBUST PLUS系列
MICR 037 系列
n 欧姆龙株式会社：
OMRON系列（通过HOSTLINR或CONTROL LINR与串口连接）
n 松下公司
FP和FP3系列
n 三菱公司
MELSEC FX2FX2n系列
MELSEC A和ANA系列
FX2 485系列
n 西门子公司
S5 系统
S7——200系列
S7——300MPI系列
S7——300PROFIBUS—FMS系列
n 富士公司
FLEX——PC NB系列
n 华光公司
SU——6系列
SG——8系列
SR——21系列
n LG公司
MASTER——K系列
MASTER——K——XXXS系列
MASER K30H系列
n GE公司
WERIES——90系列
n 东芝公司
EX 系列
2、智能模块
n 研华公司
ADAM——4000系列
ADAM——5000系列
ADAM——5000（CAN）系列
n 威达公司
NUDAM——6000系列
NUDAM——7000系列
n 中机浦发公司
DRIENT——2000系列
n 集讯系列
ISM——100系列
IDC893系列
n 长英科技
ALPHA900系列
3、智能仪表
ü 欧陆808、818、900系列
ü 理化REXD REX——C系列
ü 岛电SR73、SR53、SR25系列
ü 宇光AI系列
ü 山武——霍尼来尔 SDC30131、SDC4B、SDC40A/40G系列
ü 画屋WEST系列
ü 神王TTM——110系列
ü 神岗FC系列
ü 亚特克AL808系列
ü 霍尼来尔UDC6300、UMC800系列
ü 上润系列
ü 百特系列
ü 昆仑海岸系列
ü 金大陆系列
ü 德莱PANTHER TOLEPO系列
4、变频器
u LENZE系列
u ABB系列
u SAMCO系列
u DANFOSS系列
u DELTA系列
u FUJI系列
u 日立系列
u 佳灵系列
u VACON系列
5、板卡
u 威达 全系列
u 华远 全系列
u 磐仪 全系列
u 研祥 全系列
u 中泰 全系列
u 研华 全系列
u 康拓 全系列
u 中达——斯米克 全系列
u 金科航 全系列
u 天时系列
u 超拓系列
u 众人系列
u 科日新系列
u 宏拓系列
五、程序与界面设计
（一）标题界面设计

输油管线
自动化监控系统
设计者：田志和

关闭程序 口令登录 口令撤销 帮助界面 下一界面

主要有
（1）设计题目，目的在于直观地表现设计标题产生的良好视觉效果。
（2）显示设计任务工程项目的标题，并可显示工作时间、日期。同时，进行操作口令的登录，设定密码形式，防止无关人员误操作只有在输入密码正确的情况下才能进行下一步，否则无法进入这样就为监控系统的安全提供了保障。
（3）制作方法是先制作一个文本文件在文本文件上打入“口令登录”字符，然后软件自动弹起一个对话框，在对话框上单击“弹起”时组态王自动进入一个命令语言内容再写入命令语句“LOGLN（ ）”语句，由软件自行设计。
（三）主控界面——监控平面图

在标题界面右下角有“下一界面”按钮，单击“下一界面”按钮此时显示为主界面，主界面将“标题界面”覆盖，“下一界面”按钮我们选用的是SHOP PICTURE（主界面）语句。主界面主要由当前日期、时间、参数显示、命令按钮组成。通字符与系统内部的年、月、日、时、分、秒的连接可以显示当前日期和时间，为打印报表提供准确的时间。参数显示通守6个模拟控制量进行显示，模拟量的采集是通过研华远程数据采集控制模块完成的。通过命令按钮可以全部观察被测对象各个控制量的值，并且可以操作相当按钮，控制泵站的工作。
（三）温度监控界面

该界面通过模拟仪表数字显示，把被监控温度参数集中显示出来，可以直接点击“温控监控”文字输入温度监控的上下限值。
以加压泵站1为例，对画面的制作进行说明：首先在数据词中建立“加压泵站1”，变量名类型确定为I/O整实数，单击确定建立变量后将界面用动作连接的方法进行连接，这样就可以在运行时，温度监控界面显示新要显示的数据了。
（四）压力监控界面

可以将全部三个泵站的三个压力参数集中显示出来通过模拟和数字显示各泵站的压力值，并可直接修改压力参数的监控上下限值，其制作方法与温度控制界面制作方法相同。
（五）泵站实时温度曲线界面

通过实时曲线可以观察被控各泵站的运行状态，亦可以设定历史曲线观察历史数据。最后可以调出10年以上的历史数据。具体操作方法：首先打开常用工具箱，插入一个文本框，输入泵站实时温度曲线，在工具箱内选取实时曲线单击到文本框下，然后双击文本框，弹出动画连接对话框，对动作加以描述，此时双击相应的连接键，弹出命令语言编辑窗口，利用函数格式驱动应用程序执行相关功能。SHOW PICTURE 实时报表曲线选择。CLOSE PICTURE 历史报表曲线选择。
（六）泵站压力实时曲线界面

通过压力实时曲线界面可以观察被控各泵站的运行状态，最多可调阅十几年的历史数据，便于分析故障原因，制作方法与上图的方法基本相同，只是在文本框内填加“历史压力实时曲线”即可。
（七）实时历史报表曲线界面

通过实时曲线可以观察被控各泵站的运行状态，最多可查看十几年的历史数据，便于分析故障原因，此界面包括10个功能按钮可以非常方便调阅各个不同时期的数据曲线制作值，制作此界面主要应用：SHOW PICTURE 实时报表选择 CLOSE PICTURE历史报表选择。
（八）加热器控制界面

通过加热器远程控制，可以长距离的控制现场泵站的工作状态，打开工具箱制作一个文本框输入“加压泵站1”后选择合适的按钮进行动画连接时先选取“数据词典”建立“加压泵站1”建立变量后，将界面用动画连接即可。
（九）帮助界面

（十）关闭程序界面

[帮助界面]可以提示操作人员以操作方法、注意事项，使得操作者不需要借助文字说明就可以方便操作本软件。
[关闭界面]如操作人员要退出程序时点击“是按钮即可，方便易于操作。
五、设计总结
通过这次设计，对“组态王5.1”这个软件有一个初步的了解，它是以windows98/windows2000/windowsNT4.0中文操作系统作为操作平台，图形功能完备，界面一致性好，使工业控制系统更加具有通用性，丰富了PC机的软件资源二次开发。
在运用工程浏览器的过程中，了解它作为组态王的一个重要组成部分，起到了不可替代的作用。它将命令语言设计驱动程序、配方、报警、报表等工程元素集中管理，可以一目了然地查看各个组成部分，并且简便易学，为工程的管理提供了方便高效的手段。
在使用动画连接中了解到数据库是组态王最核心的部分，在组态王运行时，工业现场的生产状况以动画的形式反映在屏幕上，同时工程人员在计算机前发布的指令，也要迅速送达生产现场，所有这一切以实时数据库为中介环境，数据库是联系上位机和下位机的一个纽带。
学习中还了解到，组态王还有强大的支持硬件功能，其支持的硬件设备包括：可编程序控制器（PLC）、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等，几乎现代工业生产设备中能应用，硬件设施它都囊括了。对于不同的硬件设施，只需为组态王软件配置相应的通信驱动程序即可，在使用时工程人员可以把每一台下位机看作一种设备，他不必关心具本的通讯协议，只需要在组态王的设备库中选择设备类型，然后按照“设备配置向导”的提示一步一步完成安装即可。并且组态王对驱动程序时行了重新设计，采用最新的软件技术，使通讯程序和组态王构成一个完整的系统。这种方式即保证运行系统的高效率，也使和系统能够达到很大规模。
在这次运用“组态王5.1”这个软件，对长距离输油管线监控系统的设计中学习到许多有用的东西。同时也感到了自己有许多不足之处，还有待于进一步的学习充实自己，改正错误。在此此别感谢指导老师周欣，因为她给了我很大的帮助，同时也得到了授课的杨春生、刘丹洁、刘高锁、刘永久等老师的指导和帮助，在此深表感谢。在学习中了解到数据词典、工程浏览器的命令语言、动画连接、变量定义等其它一些功能的运用，并且，知道了自己一些模糊的概念和错误的理解，得以改正过来。
在这次长距离输油管线的监控系统设计中，在文字表述上还存在许多错漏之处。在功能运用上也有不完备之处，希望老师在检查中给予批评指正，帮助我在今后的学习和工作中“百尺竿头，更进一步”。

参考文献

强锡富，《传感器》，机械工业出版社，2001年5月。
李良荣，《现代电子设计技术》，机械工业出版社，2004年7月。
袁秀英，《组态控制技术》，电子工业出版社，2003年8月。
吕国泰、吴项，《电子技术》，高等教育出版社，2001年5月。
张燕宾，《常用变频器功能手册》，机械工业出版社，2004年9月。
刘守义，《单片机应用技术》，西安电子科技大学出版社，2002年8月。
李秀、姚瑞霞、安影莲、田荣牌、王行言，《计算机文化基础》，清华大学出版社，2000年。
张安泰，《电路与电机》，机械工业出版社，2002年2月。
张云生、祝晓红、王静，《网络控制系统》，重庆大学出版社，2003年6月。