CN104020709A - 一种炼油过程展示的动态控制演示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种炼油过程展示的动态控制演示系统,它是由上位机、下位机和模型设备构成;其中上位机采用组态王6.55组态软件开发上位监控界面,与下位机通过PC电缆连接,进行相互通信,从而实现上位机对下位机的运行控制;下位机包括PLC、传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块和管道控制模块;PLC作为整个现场设备系统的工作核心,并上位机的不同指令对现场设备进行控制,实现演示炼油工艺的整个过程;模型设备包括常减压装置、催化装置、加氢裂化装置、重整装置、焦化装置和加氢精制装置,用流水灯表示石油管道的流动、用多个点阵演示各反应器液位的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种炼油过程展示的动态控制演示系统。
背景技术
目前全国各大学对炼油工艺、石油和柴油的加工过程、天然气的提取、油层物理等多门课程的教学,大部分只是以简单的图文形式进行教学。这种教学方式枯燥、乏味,也使得新接触这些课程的学生对炼油过程没有生动、直观的认识;虽然部分大学在图文教学的同时,增添了静态模型,但静态模型只能初步的向学生展示炼油厂的结构,而不能让学生亲自动手进行实际操作,也不能直观、动态地展示炼油过程的每一个环节,使得教学不能达到预期的效果。与此同时,当前石油企业的炼油加工模型多以静态的为主,而石油炼制过程复杂,使得企业人员对石油炼制的整个过程并没有深刻、直观的印象。随着科技的发展,一切都开始“自动化”和“以人为本”,但是在相关的炼油过程展示方面却很少体现到这一点。
发明内容
本发明的目的是为了克服背景技术中的不足之处,提供一种现代化的动态控制演示系统,该系统既可用于各大学石油专业的教学方面,使课程变得更生动、直观、易于理解;也可用于各个石油企业,作为一个动态的炼油过程演示模型。
为了解决上述存在的技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种炼油过程展示的动态控制演示系统,该演示系统采用分布式系统结构,它是由上位机、下位机和模型设备构成;
所述的上位机采用组态王6.55组态软件开发上位监控界面,完成远程的实时监控和管理任务,通过工控机的显示屏显示,并连接打印机实现报表、画面的打印,与下位机通过PC电缆连接,进行相互通信,从而实现上位机对下位机的运行控制;
所述的下位机包括PLC、传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块和管道控制模块;所述的下位机以所述的PLC作为整个现场设备系统的工作核心,所述的PLC根据所述上位机的不同指令对现场设备进行控制,实现演示炼油工艺的整个过程;所述的PLC分别与传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块和管道控制模块进行连接通信,并通过不同的协议实现对整个现场设备的显示控制;所述的无线通信模块是由远程控制器组成,完成超视场的远程监测任务;
所述的传感器模块包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器;所述的温度传感器用于检测加热炉、换热系统等装置的温度;所述的压力传感器用于检测常压塔、减压塔、分馏塔等装置的压力;所述的湿度传感器用于检测脱水塔的湿度;
所述的模型设备包括常减压装置、催化装置、加氢裂化装置、重整装置、焦化装置和加氢精制装置,用流水灯表示石油管道的流动、用多个点阵演示各反应器液位的变化。
所述的PLC还可以与无线通信模块、红外收发模块和以太网控制模块连接,根据红外收发模块、无线通讯模块或以太网控制模块的不同指令对现场设备进行控制,实现远程控制、红外遥控以及网络控制的功能。
更进一步,所述的上位机可以采用网络协议和动态语言制作Web浏览器监控界面,实现对演示系统乃至工业现场的实时、异地监测,与下位机的连接主要由以太网控制模块实现。
本发明配有组态王软件设计的上位机界面,可实现上位机和下位机的同步控制,通过组态王的控制界面能够生动的展示出炼油系统的工作情况。本发明还配备了红外接收系统,可实现远程红外控制;利用无线通信技术和FPGA技术,实现超视场的远程监测;利用以太网控制技术和网络技术,实现实时网上监测;模型设备中的各个工序可与工业现场工序进行对接,实现对整个炼油过程的工程控制以及实时动态展示。
本发明在运行时,上位机实时的采集由下位机的PLC所传递来的炼油系统运行的动态信息(包括管道的流动、液位的变化、温度、湿度、压力传感器的预警等),并将其在组态王上位机界面上显示出来;同时,上位机可以向下位机的PLC发送运行和停止等信息,并由下位机的PLC对整个模型设备进行控制。下位机的PLC又与无线通信模块、红外收发模块和以太网控制模块连接,分别实现远程控制、红外遥控以及网络控制的功能。
本发明分为软件和硬件两个部分,软件部分主要涉及组态王软件的应用以及互联网络界面的设计,软件部分设计了用户登录、联机系统、流程展示、历史曲线、报表查询以及报警窗口等多个功能,用户可根据自己的需求注册用户以及使用权限,不同的用户权限可使用不同的系统功能,也可通过联机系统与硬件部分进行实时的对接监控,并通过历史曲线、报表查询等功能查询各个反应器温度、压强等参数的信息;硬件部分包括上位机、下位机和模型设备,用流水灯表示石油管道的流动、用多个点阵演示模型设备中各反应器液位的变化,以PLC为控制核心,结合FPGA以及多种单片机的设计与通信,构成一个完整的动态演示模型设备。
由于采用上述技术方案,本发明与现有技术相比具有这样的有益效果:
当本发明应用于各个炼油企业作为动态演示模型时,可以真实的与工业现场的工序进行对接,对整个炼油现场进行远程监视。当应用于石油加工工程等课程的教学时,学生或石油企业员工不但可以清楚地看到炼油的具体过程,从而对整个环节有一个更直观的认识,且有助于学习者对相关专业的学习和掌握。同时其还具备实际操作、控制的机制,可以让学生或石油企业员工利用红外、无线模块或网络自己操作石油加工的各个环节。该系统还具有学习PLC、单片机、无线通信、网络技术的实验操作,具有一机多能的功能。
本发明各演示工序可与工业现场的工序相对接,以实现对整个炼油过程的工程控制以及实时动态展示。
本发明因配备了红外接收系统,可实现远程红外控制;利用无线通信技术和FPGA技术,可实现超视场的远程监测;利用以太网控制技术和网络技术,可实现实时网上监测。
附图说明:
图1是本发明的总体结构示意图;
图2是本发明的软件工作流程图;
图3是本发明的组态软件制作的上位机控制系统功能图;
图4是本发明的Web浏览器控制界面的系统功能图;
图5是本发明实施例整体炼油工艺结构图;
图6是本发明中所选用实施例的炼油工艺流程示意图;
图7是本发明的组态功能的联机系统界面图;
图8是本发明的外部电气结构图;
图9是本发明的运行展示图。
具体实施方式:
以下结合附图与具体实施方式对本发明做更为详细的说明:
一种炼油过程展示的动态控制演示系统,如图1该演示系统采用分布式系统结构,它是由上位机、下位机和模型设备构成;炼油过程工艺选取的是大庆某炼油厂的整体炼油流程,如图6、图7和图9所示,因此所述的模型设备包括常减压装置、催化装置、加氢裂化装置、重整装置、焦化装置、加氢精制装置等多个部分,构成一个完整的炼油工艺流程。当本发明系统应用于实验教学时,学生可以通过所述的模型设备直观地看到炼油厂的结构以及各装置的分布;所述的模型设备以流水灯代表管道的流动,用点阵来演示反应罐液位的变化,通过所述的下位机对所述的模型设备进行控制,完成整个系统的动态演示过程;在所述的模型设备上还布置有多个传感器,分别用来观测在系统运行过程中的温度、压力以及粉尘等参数的变化,在应用于实验教学时,也可向学生展示各反应罐周边的环境参数变化以及报警参数的大小;所述的上位机通过PC电缆与所述的下位机进行通信,组态界面可实时的监测,实现软件教学与硬件教学相结合,方便学生理解;在整体系统动态展示之余,本系统还对常减压装置、催化装置等多个流程进行了模拟,在教学演示中可针对这些流程对学生进行更为详细全面的讲解。
所述的上位机采用组态王6.55组态软件开发上位监控界面,完成远程的实时监控和管理任务,通过工控机的显示屏显示,并连接打印机实现报表、画面的打印,与下位机通过PC电缆连接,进行相互通信,从而实现上位机对下位机的运行控制;所述的上位机还采用网络协议和动态语言制作Web浏览器监控界面,实现对演示系统乃至工业现场的实时、异地监测,与下位机的连接主要由以太网控制模块实现;
所述的下位机包括PLC、传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块和管道控制模块,所述的下位机以PLC作为整个现场设备系统的工作核心,采用三菱FX2N型PLC作为该炼油工程演示系统的下位机使用,该PLC根据上位机的不同指令对现场设备进行控制,利用PLC系统演示炼油工艺的整个过程,所述的PLC分别与由51系列单片机控制的点阵液位显示模块、由AVR单片机控制的管道控制模块、传感器控制模块、红外接收模块、无线通信模块以及以太网控制模块进行连接通信,并通过不同的协议实现对整个现场设备的显示控制,实现远程控制、红外遥控以及网络控制的功能;
所述的无线通信模块是由远程控制器组成,完成超视场的远程监测工作任务;
所述的传感器模块包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器,所述的温度传感器用于检测加热炉、换热系统等装置的温度,所述的压力传感器用于检测常压塔、减压塔、分馏塔等装置的压力,所述的湿度传感器用于检测脱水塔的湿度。
图1所示是本发明的总体结构示意图。该图清晰地展示了整个系统的总体结构。上位机有两部分:采用组态软件开发的组态王界面,通过工控机的显示屏显示,界面简洁友好,并可连接打印机实现报表和画面的打印。上位机与下位机通过PC电缆连接,可进行相互通信,从而实现上位机对下位机的运行控制;采用网络协议和动态语言制作Web浏览器监控界面,可以实现对演示系统乃至工业现场的实时、异地监测,与下位机的连接主要由以太网控制模块实现。下位机及现场设备方面,以PLC作为整个现场设备系统的工作核心,分别与传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块、管道控制模块进行连接通信,通过不同的协议实现对整个现场设备的显示控制。
图2是本发明的软件工作流程图,用户通过用户登陆进入软件系统的主界面,若下位机与模型设备正常供电,则系统自动与下位机进行对接。用户发出开始运行命令后,下位机开始运行,动态演示炼油系统的整个流程。软件系统根据采集的下位机运行信号,构建实时监控系统,对下位机的工作流程进行实时显示;根据采集的传感器信号,在运行界面上实时显示系统的工作参数;根据采集的液位信号,构建历史曲线,便于用户对历史工作状态进行查询;制定报警参数,当下位机运行过程中的环境温度、气压等参数超过报警参数时,系统将进入报警界面,进行报警提示;软件系统还具备流程展示功能,该功能详细介绍了常减压、催化裂化等五个部分的工作流程。软件运行停止后可手动退出系统。
图3所示是本发明的组态软件制作的上位机控制系统功能图。组态系统通过工控机与远程PLC终端连接,在组态界面上设置有启动停止按钮和暂停按钮,可实时同步的对整个系统进行远程控制。整个组态界面又包括用户登录、联机系统、流程展示、历史曲线、报表查询以及报警窗口等多个功能。其中用户登录部分,用户可根据自己的需求注册用户以及使用权限,不同的用户权限可使用不同的系统功能。联机系统部分是上位机组态王对现场模型进行实施监控界面,二者流程同步。流程展示部分详细的介绍了常减压、催化裂化等五个部分的工作流程。历史曲线、报表查询以及报警窗口部分,可分别对各传感器产生的数据进行处理,使整个系统更加友好、完善。
图4所示是本发明的Web浏览器控制系统功能图。Web浏览器控制系统通过网络协议与Internet连接,并最终通过以太网控制模块与PLC终端连接,在Web浏览器控制界面上设置有启动停止按钮和暂停按钮,可实时同步的对整个系统进行远程控制。整个组态界面又包括用户登录、联机系统、流程展示、历史曲线、报表查询以及报警窗口等多个功能。其中用户登录部分,用户可根据自己的需求注册用户以及使用权限,不同的用户权限可使用不同的系统功能。目前涉及的一般用户只登陆观看,不能监控;而管理员既可以观看也可以实现异地监控。流程展示部分详细的介绍了常减压、催化裂化等五个部分的工作流程。历史曲线、报表查询以及报警窗口部分。联机系统部分是通过以太网控制模块对现场模型进行实施监控界面,二者流程同步。这对本发明的功能扩展和实用性的提高具有很重大意义。
图5所示是本发明实施例整体炼油工艺结构图。该图是所选炼油厂的整体炼油过程结构图,该图将整个炼油过程分成6个大的环节,每个环节均产生不同成分的中间产物和最终产物,经过不同的加工环节之后,最终提炼出汽油和柴油。
图6所示是本发明中所选用实施例的炼油工艺流程图。该图展示了原油在经过初馏塔、加热炉、换热系统等多个环节的加工、提炼后,产生柴油、汽油以及芳烃化合物的整个过程。
图7所示是本发明的组态功能的联机系统界面图。在图中设置了启动停止按钮和暂停按钮。画面中各个管道与流水灯对应,用AVR进行统一控制,各反应罐液位变化与点阵变化一致。当启动按钮按下时,组态王演示系统与外围展示板同时同步启动运行,运行指示灯变为绿色,流水灯管道以及反应罐液位按照炼油过程依次变化。当暂停按钮按下时,组态王演示系统与外围展示板同时进入暂停状态,暂停指示灯变为黄色。而且在组态界面上设置了实时曲线、报表和报警灯多种功能,能够及时反映整个系统运行的工作状态。
图8所示是本发明的外部电气结构图。当在组态王界面上按下开始开关或者用红外遥控按下开始开关时,PLC程序运行,通过Y21至Y25五个输出引脚向AVR传递需要控制的管道信息,AVR接收数据之后,控制相应的流水灯闪烁。PLC通过不同的输入输出引脚与89C52单片机进行通信,在经过单片机控制点阵的亮灭,用以表示各反应器液位的上升、反应、下降。
图9所示是本发明的运行展示图。其中左侧的PC机为上位机部分,其展示界面由组态王6.55软件进行开发,界面友好,功能齐备,可操作性强。右侧为本发明的模型设备,由流水灯和点阵液位的变化展示炼油过程的进程,生动直观。另外模型设备还配备多个传感器和红外设备、射频设备等,使得整个系统功能更齐全,更贴近工业实际情况。
Claims (4)
1.一种炼油过程展示的动态控制演示系统,其特征在于:该演示系统采用分布式系统结构,它是由上位机、下位机和模型设备构成;
所述的上位机采用组态王6.55组态软件开发上位监控界面,完成远程的实时监控和管理任务,通过工控机的显示屏显示,并连接打印机实现报表、画面的打印,与下位机通过PC电缆连接,进行相互通信,从而实现上位机对下位机的运行控制;
所述的下位机包括PLC、传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块和管道控制模块;所述的下位机以所述的PLC作为整个现场设备系统的工作核心,所述的PLC根据所述上位机的不同指令对现场设备进行控制,实现演示炼油工艺的整个过程;所述的PLC分别与传感器模块、点阵液位显示模块、红外收发模块、无线通信模块和管道控制模块进行连接通信,并通过不同的协议实现对整个现场设备的显示控制;所述的无线通信模块是由远程控制器组成,完成超视场的远程监测任务;
所述的传感器模块包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器;所述的温度传感器用于检测加热炉、换热系统等装置的温度;所述的压力传感器用于检测常压塔、减压塔、分馏塔等装置的压力;所述的湿度传感器用于检测脱水塔的湿度;
所述的模型设备包括常减压装置、催化装置、加氢裂化装置、重整装置、焦化装置和加氢精制装置,用流水灯表示石油管道的流动、用多个点阵演示各反应器液位的变化。
2.根据权利要求1所述的一种炼油过程展示的动态控制演示系统,其特征在于:所述的上位机可以采用网络协议和动态语言制作Web浏览器监控界面,实现对演示系统乃至工业现场的实时、异地监测,与下位机的连接主要由以太网控制模块实现。
3.根据权利要求1或2所述的一种炼油过程展示的动态控制演示系统,其特征在于:所述的上位机可以采用网络协议和动态语言制作Web浏览器监控界面,实现对演示系统乃至工业现场的实时、异地监测,与下位机的连接主要由以太网控制模块实现。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种炼油过程展示的动态控制演示系统,其特征在于:还配备了红外接收系统,可实现远程红外控制;利用无线通信技术和FPGA技术,实现超视场的远程监测;利用以太网控制技术和网络技术,实现实时网上监测。
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