集输站库计量信息化方案的设计

【摘要】由于现场生产数据非常多，为便于管理与今后的扩充，因此采用DCS控制系统。集散控制系统（Distributed Control System--DCS），是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统。DCS的...

摘要：生产现场数据计量的信息化是当前计量工作的重要一部分。基于此，设计了集输站库生产数据信息化的方案，详细介绍了方案中的软、硬件系统，在集输系统有明显的借鉴意义。

关键词：集输 计量 信息化 方案 设计

滨南采油厂稠油首站是一座以处理稠油为主的联合站。日常生产中，主要工艺参数有温度、压力、流量、液位和油水界面等，数据超过100多个，计量工作量较大。同时，由于是分步建设，有的岗位已安装了各自的监控系统，如电脱水岗有PLC监控系统，加热炉岗有加热炉运行监控系统，外输岗有数字调节仪表等。因此，方案的设计应考虑已有的功能模块，充分利用现有资源。

一、信息化方案

1、总体方案

由于现场生产数据非常多，为便于管理与今后的扩充，因此采用DCS控制系统。集散控制系统（Distributed Control System--DCS），是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统。DCS的核心结构可以简单地归为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络；“三点”则是指连接在网络上的三种不同类型的节点：面向被控现场的现场I/O控制站；面向操作人员的操作站；面向DCS监督管理人员的工程师站。这三种节点通过系统网络互相连接并互相交换信息，协调各方面的工作，共同完成DCS的整体功能。

DCS系统选型应考虑系统可靠性、维护性、实用性、经济性、开放性等。综合以上各因素，结合采集的点数，采用了浙大中控的SUPCON JX-300X控制系统。DCS系统结构组成见图1。

2、现有监控系统或带通信接口的设备

对已安装的小型监控系统或带通信接口的设备，如电脱水岗的PLC监控系统，加热炉岗的加热炉运行监控系统，外输岗的数字调节仪，流量计、热电阻等，这些仪表、电气设备均带有RS-232或RS-485等通信接口，或者能够输出电流、电压、脉冲等信号。则可采用联网的方式，利用相应的通讯接口，把数据传送至DCS系统。（见图2）

其中，RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。而RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485通信接口支持半双工通信方式，所以只需采用1对(2条)平衡差分信号线就可以同时进行数据的发送和接收，并支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络。这样所组成的工控设备网络就可将所有设备并联挂接在两条通信总线上，极大地增强了网络组成的灵活性。如果要从网络中摘除(或增加)一个设备时，只需将此设备从通信总线断开(或接入)，而不会影响到整个网络的结构及其它设备的正常工作。同时由于该通信接口可承受l2～-7V的数据信号范围，所以利用这种接口可实现较远距离的数据传输距离，一般情况下采用这种通信接口的数据传输距离可达到1200m。

二、硬件系统

硬件系统主要有控制室内设备和现场仪表组成。

（一）、控制室内设备

1、控制站（CONTROL STATION，简称CS） ：主要由机柜、机笼、供电单元和各种卡件（包括主控制卡、数据转发卡和各种信号输入输出卡）组成。用于过程控制，实现物理位置、控制功能都相对分散的主要硬件设备。

主控制卡采用双微处理器结构，主CPU（Master）和从CPU(Slave)，主频24M。二者协同处理控站的任务，功能更强，速度更快。采用双重化10Mbps以太网标准通讯控制和驱动接口，互为冗余，使系统数据传输实时性、可靠性、网络开放性有了充分的保证，构成双重化、热冗余的Scnet Ⅱ，在其中任一条总线发生故障的情况下，通信网络仍能保持正常的数据传输。

2、操作站（OPERATER STATION ，简称OS ）：用于实现工艺过程监视、操作、记录等功能，以工业PC机为基础的人机接口设备。

3、工程师站（ENGINEERINGSTATION，简称ES）：用于控制应用软件组态、系统监视、系统维护的工程设备。

（二）、现场仪表

现场仪表主要包括压力传感器、温度传感器、液位、界位传感器等。实际应用中，仪表的选择至关重要，直接决定着数据采集的质量，因此应综合考虑多种因素，如仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件、经济因素等，选择出适合于现场、性价比较高的产品。为了满足生产要求，所有仪表精度均达到或超过现场要求；由于现场易燃易爆，危险性较高，所有仪表均采用本安防爆型，或防爆等级符合现场安全要求的仪表。

三、软件系统

（一）、实时监控软件AdvanTrol：用于过程实时监视、操作、记录、打印、事故报警等功能的人机接口软件（见图3）。

实时监控软件的人机界面完全符合Windows的图形用户界面（GUI）标准，真正的中文界面，易学易用。操作软件中的许多界面都作了细致周到的考虑，既可以在一个画面上尽可能地查看更多的数据，又可以将有关的数据及其各种显示方式集中在一起；既可以把众多的数据集中显示，又可以很容易地进入相应画面进行操作；既可以随时观察报警状况，又不影响正常的观察和操作。

（二）、系统组态步骤

（1）、安装组态软件，为不同的工程师站、操作员站、控制站分配地址，确定主从关系。

（2）、确定所有信号名称、信号类型、输入输出方式、供电方式、供电电源、信号量程、实际物理量程、报警限，保存方式，操作权限等级。

（3）、根据控制方案确定控制算法，进行控制组态及软件开发。对所有控制分组显示。

（4）、根据工艺流程绘制流程图。

（5）、确定需要显示的数据，确定报警信息显示方式，历史趋势分组及存储显示方式。确定报表格式，输出方式。

（6）、编译无误后下载至控制站，运行监控系统查看运行状态。需要修改可进入开发系统继续修改直至满意为止。

（三）、OPC规范

OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。

由于OPC规范基于OLE/COM技术，同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议，因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开，分布于网络不同节点上。

图4 OPC的客户/服务器关系图

OPC规范可以应用在许多应用程序中，如它们可以应用于从SCADA 或者DCS系统的物理设备中获取原始数据的最低层，它们同样可以应用于从SCADA 或者DCS系统中获取数据到应用程序中。

（四）、数据库系统

本系统采用两套相互独立的数据库系统存放数据：一是控制系统数据库，二是网络数据库。

（1）、控制系统数据库

控制系统数据库包括两部分：实时数据库和历史数据库。

实时数据库用于监控系统各功能模块之间进行数据更新，始终保存系统最新的数据，与一般的通用数据库系统不同，当数据库中的数据变化时，自动通知引用了该数据的功能模块或触发预定的事件。历史数据库供监控软件通过历史趋势功能模块访问，历史趋势功能模块提供了生产过程数据的采集、存储和显示的功能。历史趋势记录提供生产过程的永久记录，可以跟踪分析生产过程，发生事故时，比较生产过程运行情况，也可以显示从其他相似过程收集到的数据。现场技术人员可以根据存盘数据历史趋势检查生产过程，预测生产趋势，有依据的调节生产。

（2）、网络数据库

通过OPC服务程序将生产数据保存在OPC服务器或网络中其它数据服务器中，采用通用的网络数据库，如ACCESS 2000数据库。网络数据库也包括两部分：实时数据库和历史数据库。

实时数据库用于网页浏览，数据库中存放一条记录，此记录包含所有实时数据，OPC程序用采集到的最新数据定时刷新该记录。当用户浏览网页时，网页中内嵌的ASP语言定时访问该数据库并刷新页面。

历史数据库存放所有采集数据，同时存放所有报表数据，便于上级相关部门通过网络查询统计数据，也为今后功能扩展提供方便。

四、结束语

设计的此套方案，既可将生产数据传输到岗位、控制室的计算机，实现数据的实时显示，便于调节生产。又可把生产数据存储到数据库，实现远程浏览查看，数据库资源共享，甚至今后更可以开发出更加实用的功能，为信息化建设水平的进一步提高打下良好的基础，

参考文献：

[1]吴明等编著.油气储运自动化.北京：化学工业出版社，2005.11

[2]袁秀英主编.组态控制技术.北京：电子工业出版社，2003.08

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。