原油换热自动控制系统的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 信息葚术　２００８年第ｇ期　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２５５２｛２００８）０９—０１５４—０３　原油换热自动控制系统的研究　田晶京　（兰州交通大学自动化与电气工程学院，兰州７３￣３０）　摘要：根据原油换热时对温度，压力等参数的具体控制要求设计了一个由ＰＬＣ和上位机构成　的自动控制系统，从而实现原油换热系统的自动控制，参数检测以及生产数据的自动化管理。　关键词：换热；可编程序控制器；数据检测　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　０ｆ　０ｉｌ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ａｕｔｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ　ＴＩＡＮ　Ｊｉｎｇ．ｊｉｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩＡＭＩｚｈｏｕ　ＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ａｕｔｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＳＯ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｃａｒｒｉｅｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ａｕｔｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｒｅａｔｉｏｎ　ｄａｔａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅ；ＰＬＣ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　０　引言　确认为：４个电动调节阀，以分别控制井排、伴热、郑　换热系统要对原油进行加热，是集油站输油的　家、外输蒸气管线的蒸气量，进一步精确控制相应的　重要环节，在石油生产过程中起到了非常重要的作　被加热原油的出口温度；实时对原油的出口温度进　用。目前，一些集油站对原油加热主要依靠蒸气进　行监测；实时对原油及蒸气压力进行监测，并进行高　行换热。在换热过程中由于受进油量，进油温度，外　压报警；能同时实现４路被加热原油温度的连锁控　界环境等因素的影响，被加热原油的出口温度不稳　制。根据以上现场情况本文把此系统分为远控管理　定。现场操作人员必须频繁地人工调整进换热器蒸　监测系统，现场数据集中监测系统，主控制系统，现　气阀的开度以控制原油出口温度；但由于温度存在　场数据传输系统，现场数据采集系统五部分。系统　滞后反映，现场人员很难准确地调整好阀的开度，致　结构图１所示。　使整个换热系统不能达到一个热平衡状态，造成原　２控制系统硬件方案　油出口温度不恒定，影响了正常的生产，使整个集油　在自动控制系统中现场有了准确地控制信号反　站的热交换系统不能达到一个最佳效果。随着信息　馈量后，必须还要有精确的控制执行机构。在本系　产业的高速发展，建立起以数据集成为核心的数字　统中精确的控制执行机构为电动调节阀，控制进入　化采油厂是油田产业信息化规划要求，通过实践表　换热系统的蒸气量，它在该控制系统中起主要作用。　明：它能够将生产调度和管理方法应用于流程工业，　其现场安装简图如图２所示。　将生产成功的经验和领域专家的知识结合起来，协　传感器输出信号和控制信号为４ｍＡ～２０ｍＡ电　调并参与实时生产管理过程，从而创造更大的经济　流信号，为提高信号传输的可靠性，信号传输采用　效益。　ＫＶＶＰ２２信号电缆。现场数据经ＰＬＣ控制系统采集　１　控制系统概况　处理后，通过串口或以太网口与上位机（计算机）进　鲁胜集油站目前拥有相变加热炉三座，换热器　行通讯，通过上位机软件处理后，显示给现场用户。　三座，伴热系统两座。被换热的原油有井排油、郑家　油、外输油，伴热系统。根据集油站的要求及现场调　收稿日期：２００８一Ｏ１—２８　作者简介：田晶京（１９７２一），女，讲师，硕士，从事自动控制与检测技　研，把原油换热系统自动化控制工作范围有关内容　术的研究。　一】５４一　维普资讯 http://www.cqvip.com

现场数据采控系统：数据传输系统ｉ主控制系统　：数据集中监测　：远控管理监测　图１系统结构图　—ｊ一卜　万达蒸　换热器　换热器换热器　换热器换热器　换热器换热器　换热器　图２电动执行阀现场安装简图　３　控制系统软件实现　可编程序逻辑控制器（ＰＩＥ）作为一种高效的工　业产品，在工业控制领域占据着无可替代的地位…，　Ｉ　Ｉ！　Ｉ　Ｉ　！　ｌ　ｌ　竺　图３　ＰＬＣ数据包的信息格式　以ＰＩＥ作为下位控制机实现对现场操作过程的控　制，用Ｐｃ机作为上位管理机对操作过程进行远程　实时监控，可以实现一点对多点的远程监控，提高控　ＤＳＴ：一个字节，信息接收方的节点号或文件号。　ＳＲＣ：一个字节，信息发出方的节点号。　ＣＭＤ：一个字节，命令类型如０１Ｈ，４１Ｈ，０８Ｈ　或４８Ｈ。　制系统的整体自动化程度，节省人力成本。　控制系统的软件编制分为两部分：上位Ｐｃ机　人机对话界面的开发和下位ＰＩＥ程序的开发，为以　工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视　ＳＴＳ：一个字节，通信状态，表示通信有无错误　或错误类型，Ｏ为无错误。　ＴＮＳ：二个字节，信息包的业务批号，可作为本　信息的识别编号。　Ａｄｄａｔａ：地址／字节数／数据，具体内容由不同的　化工具。这些制造信息系统集成了操作人员所必需　的各种信息，可以在工厂内部和各工厂之间共享。　下位ＰＩＥ的程序编制要实现对温度，压力等各个参　数的控制以及实时读取和调节计量仪表的功能。　３．１　ＰＬＣ数据包的信息格式　命令类型决定。　ＰＬＣ与ＰＣ机的数据通信采用自由端口通信模　式，参数设置成为波特率９６００ｂｐｓ，每个字符８位数　据，无奇偶校验。采用主从式通信协议，Ｐｃ机为主　机，只有Ｐｃ机有权主动发送报文，ＰＬＣ则采用报文　接受数据。串口设置如下：　（１）ｓｅｔ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　ｆｕｌｌ　ｄｕｐｌｅｘ　ＢＳＣ（ＤＦ１　ｆｕｌｌ　ｄｕｐｌｅｘ）　（２）ｓｅｔ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　—ＰＩＥ与上位机进行数据交换以二进制字节数据　进行，它包含四种主要命令：读命令，代码：０１Ｈ；　响应读命令，代码：４１Ｈ；写命令，代码：０８Ｈ；响应　写命令，代码：４８Ｈ。故ＰＬＣ数据包的信息格式如　图３所示。　ｌ　５５—　维普资讯 http://www.cqvip.com （３）ｓｅｔ　ｄｅｔｅｃｔ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　要对接收的数据进行处理，并按照ＰＬＣ温度采集的　（４）ｄｉｓａｂｌｅ　ｄｕｐｌｉｃａｔｅ　ｐａｃｋｅｔ　ｄｅｔｅｃｔ　精度（１／８度）转换成温度值用于显示。　（５）ｓｅｔ　ｔｈｅ　ｂａｕｄ　ｒａｔｅ　ｆｏｒ　９６００．　４　结束语　３．２　ＰＣ机程序　整个集油站换热自动控制系统能够实现现场数　ＰＣ机编程主要实现的功能有监控界面、当前温　据的自动采集和智能集中监控能够实现重点参数的　度显示、动态温度曲线显示、温度数据库管理、参数　自动化控制，基本实现现场无人值守的目标。系统　设置以及与ＰＬＣ通信等方面的设计。通信参数设　以满足和符合有关油田产业信息化规划要求、符合　置程序如下：　和满足油田自动化信息系统技术方案要求为原则，　Ｗｉｈｔ　ＭＳＣｏｍｍ１／／通信参数设置　现场采用数字化智能仪表，系统采用先进的、高可靠　ＣｏｍｍＰｏｒｔ＝１∥通信口ＣＯＭ１　性的工业控制设备及网络通讯技术，充分保证系统　Ｓｅｔｉｔｎｇｓ＝“９６００，年ｎ，８，１”∥波特率９６００ｂｐｓ，　的高实用性、高可靠性。控制系统技术先进，安全可　无奇偶校验，　靠，技术性能稳定，工作站监控软件和控制系统编程　８位数据，１位停止　应用软件成熟先进，配备精确、可靠的现场检测仪　ＩｎｐｕｔＬｅｎ＝２∥一次读取２个字节　表，确保控制系统平稳运行，提高自动化水平，降低　ＩｎｐｕｔＭｏｄｅ＝ｃｏｍｈａｐｕｔＭｏｄｅＢｉｎａｒｙ／／Ｚ．进制数据格式　生产成本。系统提供数据上传接口，为将来数字化　ＰｏｒｔＯｐｅｎ＝Ｔｕｒｅ／／打开通信端口　采油厂建设，完成生产、管理部门全部联网，实现生　Ｅｎｄ　Ｗｉｔｈ　产动态网上监控打下坚实的基础。　ＰＣ机采用中断方式接受ＰＬＣ传来的实时温度。　参考文献：　即串口收到数据，ＶＢ通信控件会触发ＯｎＣｏｍｍ事　［１］郭宗仁．可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术［Ｍ］．　件，在ＯｎＣｏｍｍ事件程序中接受数据并处理。一个　人民邮电出版社，２００４：１２６—１３４．　温度数据为１６位两个字节，ＰＬＣ传送温度数据时，　［２］武新，罗尚民，辛伊波．ＰＬＣ通信功能的设计与实现［Ｊ］．自动化　博览，２００６（６）：４８—５０．　按报文传送格式高低字节正好相反，因此，ＶＢ程序　责任编辑：么丽苹　（上接第１５３页）　表１测试结果　５测试结果　方　案　周　期　测试选取了３８４＊２８８的图片，其中包含了１４个　纯软件　８０，１９５，９２　人脸。级联器有９级分类器构成，总共有２９１个Ｈａａｒ　硬件加速的Ｓｏ（２架构　７，∞ｌ，８２９　特征。硬件平台方面，处理器、总线和加速模块都使　加速器的ＳｏＣ方案。本文设计了一种ＡｄａＢｏｏｓｔ算法　用同一时钟频率。测试包含纯软件和硬件加速的　的硬件实现结构，它使用阵列单元架构，通过流水等　ＳｏＣ架构两种方案，结果如表１所示。可见ＳｏＣ架构　技术实现了快速计算积分图和Ｈａａｒ特征。本文使　大大提高了检测速度。系统在２００ＭＨｚ的时钟下，检　用ＥＳＬ工具进行架构探索，描述了整个系统的周期　测速度可以达到２８帧／秒。图６是检测的结果。　精确模型，并进行测试和验证。仿真结果显示，与纯　软件方案相比，硬件加速的ＳｏＣ架构可以达到１１倍　的加速比。在２００ＭＨｚ的时钟下，系统的检测３８４＊　２８８的图像速度可以达到２８帧／秒。　参考文献：　［１］Ｖｉｏｌａ　Ｐ，Ｊｏｎｅｓ　Ｍ．Ｒａｐｉａ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｄｅｔｃｅｔｉｎｏ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｂｏｏｓｔｅｄ　Ｃａｓｃａｄｅ　０ｆ　Ｓｉｍｐｌｅ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　ＣＶＰＲ，２００１（１）：Ｉ一５１１一Ｉ一５１８．　［２］　Ｉｎｔｅｌ　Ｏｐｅｎ　ｓ０ｕｒｃｅ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ　Ｌｉｂｒａｒｙ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｉｗ：／／ｗｗｗ．ｉｎ—　ｔｅ１．ｃｏｒｎ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ｝ｏｐｅｎｃｖ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ．　［３］Ｃｈｅｎ　Ｂ，Ｓｕ　Ｇ，Ｄｅｎｇ　Ｙ．２－ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｆａｃｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｂｏａｒｄ　Ｕｓｉｎｇ　Ｔｗｏ　ＴＭＳ３２０Ｃ，６２０１　ＤＳｅｓ［Ｊ］．Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｉｅａｍｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，２００５　（７）：４４４６—４４５１．　［４］　Ｋｉａｎｚａｄ　Ｖ，Ｓａｈａ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ａｎ　Ａｒｃｈｉｔｃｅｔｕｒａｌ　Ｌｅｖｅｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｅ山０ｄｏ１ｏ　ｆｏｒ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｆａｃｅ　Ｄｅｔｃｅｔｉｏｎ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　图６检测结果　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｃｏｄｅｓｉｇｎ，２００５：１３６—１４１．　６　结束语　［５］Ｒｏｂ　ＭｃＣｒｅａｄｙ．Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ　Ｆａｃｅ　Ｄｅｔｃｅｔｉｏｎ　Ｏｉｌ　ａ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　本文对ＡｄａＢｏｏｓｔ人脸检测算法的嵌入式化进行　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ＦＰＬ，２０００；１５７—１６２．　［６］Ｔｈｅｏｃｈａｒｉｄｅｓ　Ｔ，Ｖｉｊａｙｋｒｉｓｈｎａｎ　Ｎ，ｈ－ｗｉｎ　Ｍ　Ｊ［Ｊ］．Ａ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ａｒｈｃｉｔｃｅｔｕｒｅ　了研究。通过对算法的性能分析，确定了使用硬件　ｆｏｒ　Ｈ￣Ｅ１ｗａｒｅ　Ｆａｃｅ　Ｄｅｔｃｅｔｉｎｏ，ＩＳＶＩＳＩ．２０Ｏ６，１３０：２．　责任编辑：肖滨　・・－——１５６・・－——