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1、可编程自动化控制器 (PAC)在移动式 输油管线中的应用 本论文将介绍用 PAC及虚拟仪器技 术组建现代化的自动 控制系统；编制监控 软件，用以达到系统 控制可靠、调节稳定 的目的。 - 楠 刘, 北京 油料研究所 The Challenge: 使用LabVIEW 及可编程自动化控制 器（PAC） FieldPoint 设计自动控制系统， 首次实现移动式输油 管线泵站机组无人值 守。 The Solution: 基于PC104的嵌 入式低功耗加固计算 机，使用 National Instruments 公司的 FieldPoint 数采单元，用该公司 的图形化编程环境图1：系统三级控制1.移动
2、式输油管线自动控制系统重要性移动式输油管线采用“泵泵”的密闭输送方式，全线成为一个统一的水力系统，各个泵站机组工作互相牵制，单台机组的工作不稳定会造成全线震荡崩溃，系统控制的可靠性、调节的稳定性设计是一大难题。移动式输油管线常在一些小、远、散城市和乡镇使用，这些地区管路沿线没有现有通信手段可以利用，为短期输油临时架设的通信线路比较脆弱易遭受人为破坏。综上分析移动式输油管线输送方式、使用条件和工作环境等特点，其自动控制系统首先必须以泵站机组就地控制为主，通信依赖性强的集中或集散控制不可取；其次，地形不定、环境不定、任务不定、通信有限，也不宜采用复杂的非线性时变自适应控制系统。应采用分布式测控技术
3、，成熟且应用广泛的PID调节和模糊控制技术。本自控系统提出并实现“模糊控制加双位定值带状调节加比例积分”复合控制方式和“泵机组自动保护控制为主、输油工况自动调节为辅”、“进口压力双位定值带状调节为主、出口压力单边带保护调节为辅”调节原理，基于PC104的嵌入式低功耗加固计算机，使用National Instruments公司的FieldPoint数采单元，用该公司的图形化编程环境LabVIEW编制监控软件，开发一种基于三级控制带有智能电调的自动控制系统，解决系统控制的可靠性、调节的稳定性设计难点。2.传统的控制方法第一代移动输油管线泵机组自控装置采用单片机技术，硬件部分主要为自行设计制作的印刷
4、板电路，因此控制的可靠性和调节的稳定性不是非常高；另外，当时管线系统通信手段非常落后，自动化需求不是非常迫切，设计自动化程度起点较低，具体表现在以下几方面：（1）泵机组运行工况参数如发动机机油压力和冷却系统的温度、增速箱的温度等没有采集，不具备泵机组自动保护功能，泵机组运行时司泵员必须值班，且精神高度紧张丝毫不可懈怠；（2）泵机组“就地控制”，没有信号远传功能，泵站值班室人员不能实时掌握泵机组工况；（3）缺少对必要参数的检测，如流量等，无法对管线泄漏进行定位；（4）挂车泵和油泵车燃油箱液位靠人工目测加油，加冒油现象时有发生；（5）传统控制系统采用定值单点或双位极限控制方式的弊端-在定值左右或双
5、位极限易引起频繁调节，导致系统振荡不稳。第一代移动式输油管线泵机组自控装置无法满足机动、实际使用条件、环境等需要。3.自动控制系统的结构结合本项目的特点，以及系统使用的实际情况，我们用虚拟仪器系统技术组建了现代化的自动控制系统。移动式输油管线自动控制系统分为三级，如图1所示：第一级具有升、降、启、停等功能。第二级具有工作参数设定、信号实时采集、信号处理、计算、显示、调节、控制、判断、事故报警。第三级具有信息收发、显示、存储、打印、远程控制等功能。4.硬件设计基于虚拟仪器技术的系统硬件结构主要分为六部分：（1）传感器/变送器（2）FieldPoint数采单元（3）嵌入式计算机（4）执行器单元（5
6、）开关操作面板（6）仪表显示第一：传感器或变送器（见表1）第二：FieldPoint数采单元（见表2）数采单元工作原理见图2第三：嵌入式计算机开发研制抗震动、抗冲击、基于PC104的嵌入式低功耗加固计算机，如图3所示，具有就地控制、显示、处理、远程通信等功能。嵌入式加固计算机安装在油泵车和挂车泵上，担负着泵机组和输油运行工况采集、泵机组保护、运行参数调节及信息远传等重任，是整个移动式管线泵站自控装置的灵魂。嵌入式加固计算机的研制，必须符合泵机组的机动、高低温、抗震动、抗冲击、防盐雾等要求，运行需具有高可靠性。由机箱、底板、电源、充电电路、主板、存储设备、EL8色显示屏、三防鼠标、外部扩展口、连
7、接电缆、航空插件及减震件等部件组成。第四：执行器单元开发研制的执行器单元如图4所示，包括带CPU的智能电调、执行器、速度传感器及相关附件。其原理是：比较从发动机采集的速度信号和速度设定值，并根据比较结果输出适当的信号，通过执行器调节发动机的脉宽调速器，对发动机的速度进行调整。5.1驱动程序驱动程序顾名思义是驱动系统中所用FieldPoint数采模块，它通过基于RS232标准的I/O接口实现和嵌入式计算机通讯，使其执行参数设置、数据采集和控制等任务。5.2开发平台Windows9X/2000或WindowsNT操作系统，基于图形编程组态软件LabVIEW。5.3监控系统软件研制开发的应用软件模块
8、分就地测控级和远程监控级。就地测控级包括：初始化模块、自诊断模块、采样模块、信号处理模块、工况显示模块、判断模块、泵机组自动保护模块、泵油压力调节控制保护模块、输出模块、报警与事件处理模块、通信模块。就地测控级软件模块结构框图见图7。远程监控级包括：通信模块、显示模块、数据管理模块、报警与事件处理模块、遥控模块。远程监控级软件界面见图8。6. 技术特点（1）以人为本的设计特点使用图形化数据流式编程语言流程图，简化应用程序的开发；模块化编程设计，使软件扩展、升级方便；显示页标签、交互式、层次化界面编程设计使系统工况显示、参数设置、系统调试功能齐全、操作灵活、层次分明；泵机组输油工况参数的设定与调
9、整必须在非自控状态下进行，以免由于输入失误引起非正常调节、停机，甚至造成全线停输。因此软件编程中采用函数属性控制技术，使系统运行在自控状态下，工况参数设定项自动隐藏以防止误操作；用LabVIEW平台开发的应用程序的外观和操作方式都与实际仪表，比如压力、转速仪表盘类似，是基于虚拟仪表的人性化界面，更加形象逼真，突出了以人为本的设计特点。（2）即插即用、积木式结构FieldPoint数采单元I/O模块具有带电热插拔，即插即用，使系统的安装、组态、维护简便。7. 结论：LabVIEW提供了一种基于图形化编程环境的平台，它大大减轻了系统软件开发人员的负担，使其能将主要精力集中投入到系统设计中，而不再是
10、具体软件每句语句细节的推敲上。它是一种有效的语言，使用户FieldPoint数采单元驱动程序和系统应用软件的编程变得简单、快捷。人机界面友好。用LabVIEW开发的软件为操作人员进行参数设定和数据监控提供了一种清晰友好的界面。FieldPoint数采单元各模块具有-4070宽运行温带特性，抗强冲击与振动，击穿电压在3000Vrms以上，系统适合在恶劣的工业环境条件下运行。目前，该自动控制系统已开发组建完成，并对该系统进行了基本性能试验和试用性试验。分别对单台机组和管线系统试验，检验了单台机组自动控制功能：采集、显示、保护、控制、调节、通信、远程监视、遥控能力；检验了自控系统在整个管线系统中自动
11、调节、跟随、匹配情况。试验表明：系统控制可靠、调节稳定，首次实现移动式输油管线泵站机组无人值守。3/11图1：系统三级控制 4/11图2：数采单元工作 原理图 图3：嵌入式低功耗 计算机 5/11图4：执行器单元 图5：微机显示及开 关操作面板 6/11图6：仪表盘显示、 指示灯及开关操作面 板 7/11图7：就地测控级软 件模块结构框图 8/11图8：远程监控级软 件界面 9/1110/11图9：智能电调软件 框图 Legal This case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED AS IS WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND AND SUBJECT TO CERTAIN RESTRICTIONS AS MORE SPECIFICALLY SET FORTH IN NI.COMS TERMS OF USE 11/11
