组态技术在油田数据监控系统中的应用

2023-01-03

随着工业自动化技术的发展, 人们对自动化检测、监控系统的要求越来越高。一方面希望可靠性、实时性强, 界面友好, 操作简单;另一方面又要求开发周期短, 系统便于升级改造。因此最好的办法就是在系统中利用各种控制软件包, 即组态软件, 并以此为平台进行二次开发。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件, 它为用户提供了多种通用工具模块, 用户不需要掌握太多的编程语言技术, 就能很好地完成一个复杂工程所要求的多种功能。另外, 用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面, 非常便于生产的组织和管理。

1 组态王结构及系统功能

(1) 组态王系统结构由开发环境、数据服务、驱动程序和运行环境构成。充分利用了所提供控件的强大性能, 为工程人员提供方便、高效的数据访问能力。

(2) 通过数据采集模块采集数据, 利用组态技术实时显示压力、流量、温度等参数, 从中得到所需数据, 能够方便、及时地查看现场信息。显示信息包括模拟现场监测图、数据检索、数据的图像显示和数据报表的定义与打印功能。在数据库中, 基本数据表按设定的时间间隔优化, 以保证检索效率[1]。

2 控制系统方案设计

2.1 设计目标

(1) 建立一个集中管理、分散控制、性能可靠的现场控制、过程监视和计算机管理一体化的系统。

(2) 改变了人工抄表、现场手动操作的原始监测方法, 减轻了工作量, 提高了工作效率。

(3) 完成对整个生产过程的自动监测和控制。

(4) 对现场数据进行分析、处理、存储对各类工艺参数做出趋势曲线。

(5) 报警系统将现场设备的各种故障在中控室进行声、光报警, 并能将故障分类打印。

2.2 系统构成[2~3]

监控系统开发包括实时曲线、历史曲线、数据采集、实时报警、历史报警、数据记录、实时数据显示功能等。

2.2.1 数据采集与数据处理

监控软件的重要功能是数据采集和处理, 组态王的实时数据库有内存变量和I/O变量, 内存变量是作为中间变量和系统变量, 而I/O变量负责与PLC、DDE设备、现场仪表等外部设备的通讯。

(1) 报表设计。在系统中, 对温度、压力参数的记录和保存是非常重要的, 可用于事后数据的查询和分析。组态王的数据保存是在变量定义时设定的, 虽然数据采集频率可以设定为毫秒级, 但组态王提供的最快的数据保存频率是1个/s。也就是说, 对每个变量而言, 1s只能有保存1个有效益数据。当现场实际要求1s保存多个数据时, 简单、直接地使用组态王是不能实现的, 利用组态王提供的S O L访问功能, 结合M S ACCESS, 可以实现微机监控系统或数据采集系统中的毫秒级数据保存功能。

组态王提供了丰富的报表函数, 能制成实时报表和历史报表, 表头信息利用编辑框输入, 下拉菜单通过程序定义, 数据包括当时的或某一历史时间间隔内的压力、温度、时间参数, 可以实现历史数据查询, 实时报表和历史报表的保存、打印等功能。

(2) 实进曲线和历史曲线。在控制系统中, 实时曲线和历史曲线能够用来反映信号的变化情况, 实时曲线和历史曲线包括画面坐标的定义、曲线绘制等。对不同控制点, 其实时曲线和历史曲线是类似的。实时曲线用于实时显示数据的变化情况, 在画面运行时实时曲线对象由系统自动更新。数据将从趋势的右边进入, 同时趋势将从右向左移动。历史曲线可用于查询以前的系统工作状况, 组态王图库里备有完整的历史趋势曲线图片, 可对其进行移动、缩放, 并通过定义属性、填充属性, 调整跨度、卷动百分比来界定曲线的具体形式, 曲线定义的数据变量必须是在数据库中已经定义的, 此功能实现了历史状况的趋势再现。

2.2.2 报警设计

运行报警和事件记录是控制软件必不可少的功能。组态王能够自动对“变量定义”对话框中的“报警定义”有效的数据变量进行监视, 如果发生报警事件, 就将这些事件存于内存中的报警事件缓冲器中, 报警窗口的报警和报警事件都是取自报警缓冲器。定义报警变量时, 可以定义报警条件 (如油罐温度的高、低限, 压力的高、低限) 、所在报警组、优先级, 以描述报警的分类信息和严重程度。

2.2.3 通讯的实现

组态王支持串口通讯、数据采集板、DDE通讯、人机界面卡、网络模块5种通讯方式。只需按照设备安装向导的提示即可完成设备的配置工作。

串口通信方式使用计算机的串行口, I/O设备通过RS232 (RS485) 串行通信电缆连接到“组态王计算机”的串口。利用设备配置向导可以完成串行通信方式的I/O设备安装, 主要包括设备选择、设备名称、选择串口号、设备地址和通信参数。

2.3 数据存储

后台数据库采用Access, 为了实现实时显示数据参数, 利用组态王SQL访问功能实现组态王和外部数据库 (通过ODBC访问接口) 之间的数据传输。通过表格模板在数据库表中建立相应的表格, 通过记录体建立数据库字段和组态王之间的联系, 同时允许组态王通过记录体直接操作数据库中的数据。Kv DBGrid数据库访问控件直接访问数据库, 将数据库标准检索语言 (SQL) 提交给数据库系统, 进而对数据进行优化处理, 从中得到所需数据。

3 应用

对监控系统进行了安装、调试和运行, 系统各部分运行正常, 现场流程分布清晰直观, 传输数据正确, 实时和历史趋势曲线准确, 各功能模块符合实际需要, 监测数据与实际数据变化频率吻合, 能够实时监测数据。

3.1 对上位监控软件的要求

被控对象的工作参数包括温度、流量、压力等, 在自动方式和现场有关条件满足的情况下, 可以通过中控室工控机控制各个开关。被控对象的各个模拟量参数要求加以范围限制, 超出范围要求报警;被控对象的各个模拟量参数要有趋势曲线图, 便于查看变化过程;模拟量的数据要求归档, 以保证操作的可靠性和安全性;组态报表打印。

3.2 上位控制画面的设计

显示画面显示各个模拟量的实时值和开关量的状态, 可以实现模拟量的存档、历史曲线以及模拟量的报警表格。

4 结语

监控系统是工业生产的必备系统之一。组态王是国内较好的组态软件, 其功能齐全、操作方便、易于学习, 利用组态王在较短时间内就完成了整个监控系统的开发。该系统也有利于进一步升级改造, 投入运行良好。

摘要：利用工业控制计算机、可编程序控制器PLC、工业自动化组态软件技术、电力电子控制技术以及网络通信等技术, 结合油田数据监控的特性, 设计出了运行状态和参数能够自动检测和自动控制、具有自动故障应急处理能力并具有网络通信能力的高性能、高可靠性的油田数据监控系统。系统集控制技术、数据库技术、计算机图形接口技术于一体, 实现了系统的动态显示、报警、数据记录, 并提供友好的人机界面, 可靠性高、可维护性强。

关键词：组态王,数据,监控