CN107289329B - 管汇控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管汇控制系统，包括：管汇本体，其包括多个交叉布置的管线，两个相交的管线在交叉点处通过工艺阀控制连通或阻断，任意两个相交的管线在不设置工艺阀的交叉点处不连通；控制器，其与所述管汇本体通信连接，用于向所述管汇本体发出控制命令，以控制所述管汇本体中的各工艺阀的状态，从而控制选定的物料发出设备与选定的物料接收设备之间连通或阻断；人机交互设备，与所述控制器通信连接，用于与所述控制器进行数据交换，以指示所述控制器向所述管汇本体发出控制信号。采用人机交互界面指示控制器向管汇本体发出控制信号，能够高效、方便地进行管汇控制，降低了管汇控制程序的编写难度。

Description

管汇控制系统

技术领域

本发明涉及石油化工控制领域，尤其涉及一种管汇控制系统。

背景技术

阀门型管汇的现有控制方式是使用工业软件(如STEP 7等)进行编程，通过复杂的逻辑，来控制管汇的每一个阀门。管汇上所有的阀门之间都需具备连锁，尤其是规模比较大的管汇，软件的编程非常困难，需要大量的时间进行调试。如果硬件发生了些许的改动，原来编写的程序就要进行大规模的改动，甚至重做。对于不同规模的管汇，软件的程序都要重新编写。该种软件编程对工作人员的要求极高。

由于阀门型管汇在市场上的广泛使用，每次都要编写复杂的程序需要耗费极大的人力物力，大大延长了产品的供货周期，影响了生产。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何高效、方便地进行管汇控制。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种一种管汇控制器，包括：

管汇本体，其包括多个交叉布置的管线，两个相交的管线在交叉点处通过工艺阀控制连通或阻断，任意两个相交的管线在不设置工艺阀的交叉点处 不连通；

控制器，其与所述管汇本体通信连接，用于向所述管汇本体发出控制命令，以控制所述管汇本体中的各工艺阀的状态，从而控制选定的物料发出设备与选定的物料接收设备之间连通或阻断；

人机交互设备，与所述控制器通信连接，用于与所述控制器进行数据交换，以指示所述控制器向所述管汇本体发出控制信号。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述控制器与所述管汇本体之间通过ASI总线网关连接，通过ASI总线网关向所述管汇本体发出控制命令。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，在所述物料发出设备与所述球站之间设置有所述物料阀，在所述物料接收设备与所述球站之间设置有所述物料阀，每个球站对应设置有用于控制收球或发球的止挡器，每个工艺阀在两个相交的管线内分别设置有用于控制扫线球位置的止挡器；

其中，所述工艺阀、所述物料阀、所述球站和所述止挡器为所述管汇本体中的被控对象，

在所述工艺阀、所述物料阀、所述球站和所述止挡器分别通过对应的传感器和执行器进行检测和控制；

所述传感器用于采集对应的被控对象的状态信息，并通过所述ASI总线网关向所述控制器返回所述状态信息；

所述执行器用于通过所述ASI总线网关从所述控制器接收控制命令，并根据所述控制命令控制对应的被控对象的状态。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备采用OPC通讯的方式与所述控制器的PLC相连接，与所述PLC进行数据交换；

所述人机交互设备包括：

管汇建模单元，用于根据用户设置的管汇规模生成管汇视图，并对所述管汇视图中所显示的所述管汇本体中的各被控对象的进行参数设置和状态管理。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述管汇建模单元还用于将所述管汇本体中的各管线按照功能进行分组，并设置每一组管汇与实际的输入输出控制点的对应关系。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述管汇建模单元还用于在将所述管汇本体中更改或添加分组。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备还包括：

管汇控制单元，用于按照产品工艺指示所述控制器控制所述管汇本体中的被控对象，以实现通过所述管汇本体中管线进行物料传输，和/或对所述管汇本体中管线进行清扫。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备还包括：

报警单元，用于在所述管汇本体中被控对象的工作状态出现异常时，发出报警信息。

对于上述系统，在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备还包括：

显示单元，与所述管汇建模单元连接，用于显示所述管汇视图。

有益效果

本实施例的管汇控制系统，采用人机交互界面指示控制器向管汇本体发出控制信号，能够高效、方便地进行管汇控制，降低了管汇控制程序的编写难度；减少管汇系统的调试时间；可以适用于不同规模的管汇；对于管汇硬件系统的更改，具备通用性，易于编辑。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出根据本发明一实施例的管汇控制系统的结构示意图；

图2示出根据本发明一实施例的管汇控制系统中管汇本体的结构示意图；

图3示出根据本发明一实施例的管汇控制系统中人机交互设备的结构示意图；

图4a至图4g示出根据本发明一实施例的管汇控制系统中管汇建模的显示画面；

图5a和图5b示出根据本发明一实施例的管汇控制系统中管汇控制的显示画面；

图6a和图6b示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中控制器的硬件配置图及网络配置的示意图；

图7示出以6X7管汇为例的组态软件画面的示意图；

图8示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中管汇本体的结构图；

图9示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中管汇和球站的显示画面；

图10a至图10c示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中各操作按钮的示意图；

图10d示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中工艺参数的显示画面；

图10e示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中报警查看的显示画 面；

图11示出根据本发明另一实施例的管汇控制系统中故障指示的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出根据本发明一实施例的管汇控制系统的结构示意图。如图1所示，该管汇控制系统主要包括：

管汇本体1，其包括多个交叉布置的管线11，两个相交的管线在交叉点处通过工艺阀13控制连通或阻断，任意两个相交的管线在不设置工艺阀的交叉点处不连通；

控制器2，其与所述管汇本体1通信连接，用于向所述管汇本体1发出控制命令，以控制所述管汇本体1中的各工艺阀13的状态，从而控制选定的物料发出设备(图中未示出)与选定的物料接收设备(图中未示出)之间连通或阻断；

人机交互设备3，与所述控制器2通信连接，用于与所述控制器2进行数 据交换，以指示所述控制器2向所述管汇本体1发出控制信号。

在一种可能的实现方式中，所述控制器2与所述管汇本体11之间通过ASI总线网关6连接，通过ASI总线网关6向所述管汇本体1发出控制命令。

在一种可能的实现方式中，在所述管汇本体11中，在所述物料发出设备与所述球站之间设置有所述物料阀，在所述物料接收设备与所述球站之间设置有所述物料阀，每个球站对应设置有用于控制收球或发球的止挡器，每个工艺阀在两个相交的管线内分别设置有用于控制扫线球位置的止挡器；

其中，所述工艺阀、所述物料阀、所述球站和所述止挡器为所述管汇本体中的被控对象，

在所述工艺阀、所述物料阀、所述球站和所述止挡器分别通过对应的传感器和执行器进行检测和控制，如图2所示。其中，所述传感器18用于采集对应的被控对象的状态信息，并通过所述ASI总线网关向所述控制器2返回所述状态信息；所述执行器19用于通过所述ASI总线网关从所述控制器2接收控制命令，并根据所述控制命令控制对应的被控对象的状态。

在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备3采用OPC通讯的方式与所述控制器2的PLC相连接，与所述PLC进行数据交换；如图3所示，所述人机交互设备3可以包括：

管汇建模单元31，用于根据用户设置的管汇规模生成管汇视图，并对所述管汇视图中所显示的所述管汇本体中的各被控对象的进行参数设置和状态管理。

在一种可能的实现方式中，所述管汇建模单元31还用于将所述管汇本体中的各管线按照功能进行分组，并设置每一组管汇与实际的输入输出控制点的对应关系。此外，所述管汇建模单元31还可以用于在将所述管汇本体中更改或添加分组。

在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备3还包括：

管汇控制单元33，用于按照产品工艺指示所述控制器2控制所述管汇本体1中的被控对象，以实现通过所述管汇本体中管线进行物料传输，和/或对所述管汇本体中管线进行清扫。

例如，在物料传输过程中，管汇控制单元33根据需要控制的入口管线和出口管线，确定从入口管线至出口管线的路径上所经过的交叉点处的各目标工艺阀，指示控制器向目标工艺阀发送汇接控制命令，通过目标工艺阀的开闭状态来控制所述入口管线和所述出口管线之间的连通或阻断。

再如，在扫线过程中，管汇控制单元33根据入口管线和出口管线，确定对应的扫线装置；在从入口管线向所述出口管线传输物料完成后，指示控制器向所述扫线装置发送扫线控制命令，以控制扫线装置的运动状态。

在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备3还包括报警单元35，用于在所述管汇本体1中被控对象的工作状态出现异常时，发出报警信息。

在一种可能的实现方式中，所述人机交互设备3还包括显示单元37，与所述管汇建模单元31连接，用于显示管汇建模单元31所生成的管汇视图。此外，显示单元37还可以与管汇控制单元33连接，以显示管汇控制单元33的控制过程。显示单元37还可以与报警单元35连接，以显示异常时的报警信息。

具体而言，在人机交互设备(或者称为上位机)中安装控制软件，控制软件优选使用UML(Unified Modeling Language，统一建模语言)和OOA(Object-Oriented Analysis，面向对象分析)进行编制。通过该控制软件能够实现人机交互设备中各单元的功能。具体而言，如图4a所示，通过管汇建模单元31可以将管汇阀门按功能进行分组，同样功能的组为一类。如图4b所示，可以将管汇的模型视图化，可以输入管汇的规模(如5*6)即可自动生成视图。如图4c和图4d所示，在视图编辑界面，可以对管汇模型进行编辑，更改 或添加需要的分组。如图4e和图4g所示，通过OPC通讯的方式与管汇系统的PLC相连接，进行数据交换。如图4f所示，将管汇模型的每个组对应到实际的控制点(I/O)，即完成了管汇的编辑。如图5a和图5b所示，选择管汇的入口和出口，选择需要的功能，即可完成对管汇系统的控制。

此外，控制器还可以支持操作记录、报警记录等，并且可以支持与其他设备进行通讯，协议为OPC。

以下是管汇控制和管理界面的一个具体操作示例：

步骤101、点击图4a上方的新增管汇，即可自动生成一个3X3的管汇本体部分；

步骤102、管汇的规模即扫线方向可以在管汇本体设置区域进行更改，如图4b，将管汇规模更改为6X5的管汇，扫线方向由X至Y；

步骤103、增加外围球站组，如图4c，右键点击已经存在的组，进行编辑或新增；增加完的管汇模型如图4d；

步骤104、设置OPC通讯服务器，如图4e；

步骤105、设置每个组对应的I/O变量，如图4f；

步骤106、设置管汇的OPC通讯变量，如图4g，这样则完成了管汇的编辑。

步骤107、点击管汇控制，切换到管汇控制界面，如图5a；

步骤108、如图5b在小窗口内选择起始站和目的站，选择相应的功能即可完成控制；操作信息级故障信息均位于该画面的最下方。

本实施例的管汇控制系统，采用人机交互界面指示控制器向管汇本体发出控制信号，能够高效、方便地进行管汇控制，降低了管汇控制程序的编写难度；减少管汇系统的调试时间；可以适用于不同规模的管汇；对于管汇硬件系统的更改，具备通用性，易于编辑。

实施例2

本实施例的管汇控制系统中，控制器(主站)与现场传感器/执行器(从站)之间双向交换信息采用ASI(Actuator-Sensor-Interface，执行器-传感器-接口)总线网络。通过ASI总线网关与主控制器如PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)的DP(Data Processing，数据处理)网络连接。举例而言，上位机与管汇控制系统的软件之间采用OPC(OLE(Object Linking and Embedding)for Process Control，对象连接与嵌入过程控制)通讯方式，选用西门子WINCC(Windows Control Center，视窗控制中心)组态软件，为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境。管汇的进出口数量可根据用户需求或实际工艺确定。

具体而言，管汇控制系统主要包括控制器、上位机(人机交互设备)、管汇本体(包括执行器、传感器等)。下面分别对各部分进行具体说明。

(1)控制器。

如图6a和图6b所示，为控制器的硬件配置图及网络配置。控制器可以采用例如西门子公司S7-300系列PLC作为主控制器，配有相应的I/O(Input/Output，输入/输出)卡件，通讯卡件实现本地与远程的控制要求。

(2)上位机。

管汇控制系统的上位机选用西门子wincc视窗组态软件。如图7所示，主画面工艺包括标题区、功能按钮区、报警信息区、主工艺区(包括管汇本体及外围球站工艺)。以一套6X7管汇为例介绍以下组态软件画面结构，本例线框内为管汇本体，线框外球站为管汇进出口外围球站。管汇进出口方向可由用户实际工艺确定。如外围管线有中间球站的可在工艺中添加。

其中，标题区用于显示用户项目名称，并用于显示系统时间。功能按钮区包括工艺参数设定、报警详细信息查看、本地和远程控制的切换按钮、本 地手自动控制的切换按钮。报警信息区可以显示当前最新一条报警信息。

(3)管汇本体。

如图8所示，管汇本体包含有横竖向扫线管(行管、竖管)、沟通横竖向扫线管的工艺阀、止档器。管汇本体球站包括I/O采集模块、执行器、传感器等。

下面以一个6x7的管汇控制系统为例说明操作过程。其中，管汇大小为6行7列，输送和扫线方式为上进左出，支持一进多出(即一个进油口，多个出油口)。如图9所示，整套管汇由5种类型的球站组成，管汇右侧、下侧以及交叉点位置的球站均属于管汇本体；管汇上侧的球站属于管汇入口；管汇左侧的球站属于管汇出口。

球站的构成：在控制画面上，每个球站均有一个位号。例如：A？表示第几行，B？表示第几列，F表示发球站，S表示收球站，如A1S表示第一行收球站。在每个球站上，A表示物料阀(连接输送管道)，B表示止挡器(用于挡球)，C表示气源分配阀(靠近盲板侧)，D表示气源分配阀(靠近止档器侧)，E表示压缩空气入口阀(用于扫线)，F表示空气排放阀(接集气罐)，P1表示位于球站左侧或上侧的球位，P2表示位于球站右侧或下侧的球位(如只有一个球站用P1表示)。

(1)管汇控制系统的主要功能。

管汇控制系统的主要功能主要有两个：输送和扫线。输送是指管汇开启管汇入口、出口球站以及交叉点的物料阀，形成一个通路。扫线是指压缩空气推动扫线球将管汇入口至管汇出口管道中残留的油品清扫干净的过程。这两个功能的实现是由以下几个画面实现的：管汇主工艺(管汇状态的监控)、工艺参数(设置管汇的一些重要参数)、报警查看(记录故障报警信息)。画面的切换通过标题下方的按钮来实现，如图10a所示。

(2)管汇控制系统的主工艺。

管汇画面实现的主要功能有：监视管汇的当前状态；实现对管汇的控制。在画面中，管汇上所有球站的状态都会显示，包括球站上的阀门状态以及球位状态。其中，球站的状态分为空闲、手动、自动三种，可以采用不同颜色表示。例如，当球站空闲时，球站背景显示为白色；手动时，显示为黄色；自动时，显示为紫色。当球站处于空闲或手动状态时，点击球站位号，弹出球站控制窗口，可以实现球站的手动、空闲状态的切换，并实现对球站的手动控制。球站的空闲与自动状态的切换由系统自动完成，自动与手动之间无法切换。

此外，管汇控制功能分为本地和远程两种控制模式：本地模式是指管汇系统由管汇自带的计算机进行控制；远程模式是指管汇系统由上位机(DCS系统)进行控制。如图10b所示，本地和远程的切换可以由控制画面上方的“远程/本地”按钮实现的，状态的显示位于管汇系统的右上角。

管汇的本地模式分为两种功能：手动控制和自动控制。其中，管汇的手动控制与球站的手动控制相同，首先将所使用的球站状态切换至手动状态，然后点击相应阀门的按钮，进行开启和关闭。管汇的手动控制功能主要用于球站的故障解除和调试。注：该功能在远程模式下同样可以使用。

管汇的自动控制是该套系统的核心部分。如图10c所示，点击画面上方的自动控制按钮，弹出“自动控制”的窗口，窗口右上角显示“本地”。在下拉菜单中选择起始站和目的站，点击“添加”按钮，该条扫线工艺自动添加到下面的线路中，按钮右方的括号中显示返回交互信息，如添加成功等。

添加成功后，该条线路所占用的球站的背景颜色可以由白色变为褐色(表示这些球站无法被切换至手动也无法被其他线路占用)。该线路的控制 栏中会显示该线路的工作状态，如具备工作条件，则显示“就绪”，此时该线路具备输送和扫线的能力。输送和扫线功能均可以点击“启动”和“停止”按钮来操作(注：扫线停止后无法再点击启动，只能切换至手动模式完成操作)。完成的线路可以点击右方的“×”按钮进行删除，删除后该线路内容清空，所占用的球站解除占用状态，“()”内显示该线路的一些提示信息。

(3)工艺参数。

如图10d所示，工艺参数画面主要功能为设置扫线过程中几个阶段的时间。除“释压时间”外，其他几个参数均为扫线球未到指定位置产生报警所需的时间，示例如下：

(3.1)先管扫线时间：先管两球扫线至交叉点所用的最大时间，超过此时间系统报警；

(3.2)先管同行时间：先管两球自交叉点到收球站的最大时间，超过此时间系统报警；

(3.3)先管分球时间：先管发球站的球从收球站返回的最大时间，超过此时间系统报警；

(3.4)后管扫线时间：后管扫线球自初始位置扫线至目的站的最大时间，超过此时间系统报警；

(3.5)后管分球时间：后管扫线球自目的站返回初始位置的最大时间，超过此时间系统报警；

(3.6)管道释压时间：每次扫线球动作之后，管道释放压力的时间。

(4)报警查看。

如图10e所示，报警查看画面的主要功能为查看管汇控制系统产生的报警以及解除系统报警。当有故障或报警发生时，系统将该报警发生的时间，位置及报警信息记录至该界面，并存入数据库。用户根据报警信息进行相应 的处理，故障或报警解除后，点击画面上方的“复位”按钮，报警信息得已恢复。可以采用指示灯等形式来指示故障状态，参见图11。

本实施例的管汇控制系统具有以下优点：

(1)采用UML和OOA预先编制管汇控制软件，根据管汇规模能够直接生成对应的管汇画面，并进行参数、状态等设置，因此大大节省了管汇控制的编程时间和调试时间。如5*6管汇用原有的方式编写需要2人*40天，而使用本实施例的管汇控制系统，只需要1人*15天。

(2)对于管汇系统硬件的更改，可以快速简便的完成。只需要在管汇模型视图中更改对应的硬件，即可完成编辑。

(3)能够实现对多个管汇的控制，即多个管汇可以共用一套该软件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种管汇控制系统，其特征在于，包括：

管汇本体，其包括多个交叉布置的管线，两个相交的管线在交叉点处通过工艺阀控制连通或阻断，任意两个相交的管线在不设置工艺阀的交叉点处不连通；

控制器，其与所述管汇本体通信连接，用于向所述管汇本体发出控制命令，以控制所述管汇本体中的各工艺阀的状态，从而控制选定的物料发出设备与选定的物料接收设备之间连通或阻断；

人机交互设备，与所述控制器通信连接，用于与所述控制器进行数据交换，以指示所述控制器向所述管汇本体发出控制信号；

所述人机交互设备包括：

管汇建模单元，用于根据用户设置的管汇规模生成管汇视图，并对所述管汇视图中所显示的所述管汇本体中的各被控对象的进行参数设置和状态管理；

所述管汇建模单元还用于将所述管汇本体中的各管线按照功能进行分组，并设置每一组管汇与实际的输入输出控制点的对应关系；

所述管汇建模单元还用于在所述管汇本体中更改或添加分组。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器与所述管汇本体之间通过ASI总线网关连接，通过ASI总线网关向所述管汇本体发出控制命令。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述管汇本体还包括：与各物料发出设备和各物料接收设备分别连接的物料阀、球站和止挡器，在所述物料发出设备与所述球站之间设置有所述物料阀，在所述物料接收设备与所述球站之间设置有所述物料阀，每个球站对应设置有用于控制收球或发球的止挡器，每个工艺阀在两个相交的管线内分别设置有用于控制扫线球位置的止挡器；

其中，所述工艺阀、所述物料阀、所述球站和所述止挡器为所述管汇本体中的被控对象，

在所述工艺阀、所述物料阀、所述球站和所述止挡器分别通过对应的传感器和执行器进行检测和控制；

所述传感器用于采集对应的被控对象的状态信息，并通过所述ASI总线网关向所述控制器返回所述状态信息；

所述执行器用于通过所述ASI总线网关从所述控制器接收控制命令，并根据所述控制命令控制对应的被控对象的状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述人机交互设备采用OPC通讯的方式与所述控制器的PLC相连接，与所述PLC进行数据交换。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述人机交互设备还包括：

管汇控制单元，用于按照产品工艺指示所述控制器控制所述管汇本体中的被控对象，以实现通过所述管汇本体中管线进行物料传输，和/或对所述管汇本体中管线进行清扫。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述人机交互设备还包括：

报警单元，用于在所述管汇本体中被控对象的工作状态出现异常时，发出报警信息。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述人机交互设备还包括：

显示单元，与所述管汇建模单元连接，用于显示所述管汇视图。