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自動(dòng)發(fā)油控制軟件設(shè)計(jì)(一)
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1自動(dòng)發(fā)油控制軟件設(shè)計(jì)
4.1.1控制系統(tǒng)分析
4.1.1.1影響系統(tǒng)發(fā)油精度的主要因素
控制系統(tǒng)由可編程控制器、電液閥、流量計(jì)、溫度變送器等組成，影響發(fā)油精度的因素很多，其中主要有以下幾點(diǎn)：
（1）流量計(jì)精度：流量計(jì)的誤差直接關(guān)系到整個(gè)發(fā)油系統(tǒng)的發(fā)油準(zhǔn)確度，而流量計(jì)的發(fā)信裝置是否可靠，在執(zhí)行系統(tǒng)中又關(guān)系到發(fā)油精度。當(dāng)流量維持在流量計(jì)標(biāo)定的范圍內(nèi)時(shí)，呈現(xiàn)穩(wěn)定的誤差值，也就是流量計(jì)的精度等級(jí)；在該區(qū)間以外的部分，誤差急驟增大，流量計(jì)無(wú)法正常工作。所以發(fā)油過(guò)程中，一定將流量控制流量計(jì)的標(biāo)定范圍內(nèi)。
（2）電液閥啟閉特性的影響：電液閥的作用是接受遠(yuǎn)程控制指令，起到自動(dòng)控制液體通斷的功能，它的通斷自控效果間接影響到發(fā)油精度；其啟閉過(guò)程中，使流過(guò)流量計(jì)理論的流量特性呈現(xiàn)如圖4-2中的特性。圖4-2中AOB的面積為流量計(jì)工作下限“死區(qū)”特性造成的；CDE的面積是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)時(shí)間特性引起的“過(guò)沖量”。這兩部分的流量均不能被系統(tǒng)有效地計(jì)量，“過(guò)沖量”的大小主要受電液閥響應(yīng)速度的影響。
圖4-2 理論流量特性曲線(xiàn)
Fig.4-2 Theoritical flow characteristic curve
（3）系統(tǒng)穩(wěn)定性：關(guān)閉電液閥時(shí)的流量越小越容易控制發(fā)油精度。為了保證發(fā)油精度，系統(tǒng)在關(guān)閉電液閥前，都將流量控制在流量計(jì)的最小流量值。可是當(dāng)系統(tǒng)干擾因素引起流量的波動(dòng)較大時(shí)，將導(dǎo)致電液閥多次開(kāi)關(guān)，從圖4-2可知電液閥的多次開(kāi)關(guān)會(huì)增加流量計(jì)“死區(qū)”和“過(guò)沖量”引起的誤差。
（4）發(fā)油溫度的影響：發(fā)油的溫度必然引起油品密度的變化，對(duì)于應(yīng)用體積流量計(jì)進(jìn)行油品計(jì)量的系統(tǒng)，在發(fā)油量計(jì)算時(shí)還要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
4.1.1.2提高系統(tǒng)發(fā)油精度的主要措施
軟件設(shè)計(jì)上，充分考慮系統(tǒng)發(fā)油精度的影響因素，針對(duì)不同的影響因素采取相應(yīng)的措施。
（1）充分發(fā)揮流量計(jì)的工作狀態(tài)：考慮到流量計(jì)的最小分辨率，采取變采樣周期的采樣方式。通過(guò)控制電液閥，使流量穩(wěn)定工作在流量計(jì)的工作范圍內(nèi)。充分利用PLC高速口和中斷功能，對(duì)流量進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算。
（2）提前量自整定：對(duì)電液閥的“過(guò)沖量”進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，采取提前量自整定設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性對(duì)提前量進(jìn)行相應(yīng)的修正。
（3）動(dòng)態(tài)跟隨系統(tǒng)流量波動(dòng)：針對(duì)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，在關(guān)閉電液閥的前一級(jí)控制過(guò)程中，對(duì)流量的波動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)不同的波動(dòng)等級(jí)確定關(guān)閥末級(jí)流量，確定不同的發(fā)油提前量，充分發(fā)揮系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
（4）溫度補(bǔ)償：發(fā)油質(zhì)量的計(jì)算上要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
4.1.1.3發(fā)油末級(jí)流量自適應(yīng)設(shè)計(jì)
由上述分析知道，流量小且穩(wěn)定控制發(fā)油精度越容易，所以為了保證發(fā)油精度，系統(tǒng)在關(guān)閉電液閥前，都將流量控制在流量計(jì)的最小流量值。傳統(tǒng)發(fā)油控制系統(tǒng)多數(shù)采用固定的最小控制流量。由于發(fā)油系統(tǒng)的設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境存在差異，各個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉電液閥的最小流量也不盡相同。另外，對(duì)于特定的控制系統(tǒng)，受到外界干擾引起流量波動(dòng)較大時(shí)，將導(dǎo)致電液閥多次開(kāi)關(guān)，電液閥的每次開(kāi)關(guān)會(huì)增加流量計(jì)“死區(qū)”和“過(guò)沖量”引起的誤差。因此，采用固定的末級(jí)最小控制流量，將引起電液閥的多次關(guān)閉，導(dǎo)致“死區(qū)”和“過(guò)沖量”誤差的累加不利于提高發(fā)油精度。
為了使系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)揮到最佳狀態(tài)，為增強(qiáng)系統(tǒng)的適用能力，我們對(duì)控制程序采取了自適應(yīng)設(shè)計(jì)。在關(guān)閉電液閥的前一級(jí)控制流量時(shí)，對(duì)流量的波動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出流量的波動(dòng)范圍，根據(jù)流量波動(dòng)的范圍，確定不同的末級(jí)流量。
對(duì)于給定的系統(tǒng)，自適應(yīng)設(shè)計(jì)能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)的最佳狀態(tài)，使系統(tǒng)具有發(fā)油末級(jí)流量自適應(yīng)的功能。
4.1.1.4控制軟件編程思路
控制軟件采取模塊化設(shè)計(jì)�？刂栖浖饕譃橹鞒绦�、初始化模塊、發(fā)油模塊、流量計(jì)算模塊、報(bào)警檢測(cè)模塊、模擬量采集模塊、輸入輸出接口模塊等。程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)掃描主程序，在主程序中根據(jù)條件調(diào)用相關(guān)的子程序模塊，子程序模塊完成各自的功能。模塊化設(shè)計(jì)使程序?qū)哟畏置�，易于閱讀和移植，同時(shí)還可以簡(jiǎn)化程序結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試。
4.1.2監(jiān)控主程序設(shè)計(jì)
監(jiān)控上位機(jī)通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行核對(duì)。在驗(yàn)證發(fā)油信息正確的情況下，上位機(jī)發(fā)出允許發(fā)油指令，同時(shí)記錄發(fā)送指令的信息于數(shù)據(jù)庫(kù)中。下位機(jī)接收到上位機(jī)的發(fā)油指令后執(zhí)行發(fā)油控制程序；如果信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息不吻合則拒絕執(zhí)行允許發(fā)油指令。PLC接收到發(fā)油命令，在檢測(cè)到無(wú)報(bào)警的情況下，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)后運(yùn)行自動(dòng)發(fā)油控制程序。如果在發(fā)油過(guò)程中出現(xiàn)報(bào)警，控制系統(tǒng)立刻停止發(fā)油同時(shí)記錄下未發(fā)油質(zhì)量，等待報(bào)警消除后繼續(xù)完成未完成的發(fā)油量。到達(dá)指定發(fā)油量關(guān)閉電液閥、油泵，同時(shí)記錄發(fā)油完成信息。監(jiān)控主程序流程圖如圖4-3所示。
圖4-3 主程序流程圖
Fig.4-3 Main program flow process diamgram
4.1.3發(fā)油模塊設(shè)計(jì)
發(fā)油模塊是控制系統(tǒng)的核心，發(fā)油過(guò)程大體分為三部分：開(kāi)啟部分、高速發(fā)油部分、精確控制部分。為了減少“水擊”，避免靜電的產(chǎn)生，在開(kāi)啟部分采取多級(jí)開(kāi)啟的控制模式，使流量逐漸達(dá)到最大值；高速發(fā)油部分主要為了提高發(fā)油效率，該部分的時(shí)間盡可能要長(zhǎng)；精確控制部分逐漸降低流量值，在確定末級(jí)發(fā)油段的流量前對(duì)系統(tǒng)流量的波動(dòng)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為確定末級(jí)發(fā)油段的流量提供依據(jù)。發(fā)油曲線(xiàn)如圖4-4所示。M0為預(yù)發(fā)油量；M1為中等流量發(fā)油的開(kāi)啟點(diǎn)；M2為大流量發(fā)油的開(kāi)啟點(diǎn)，M3~M5為多級(jí)關(guān)閉點(diǎn)；Mg為電液閥關(guān)斷點(diǎn)；Qc為末級(jí)發(fā)油段流量。
圖4-4 發(fā)油曲線(xiàn)圖
Fig.4-4 Oil delivery curve
M0~M2開(kāi)啟部分為了減小“水擊”和防止靜電的產(chǎn)生，發(fā)油速度不宜過(guò)快，將電液閥先開(kāi)啟一個(gè)小開(kāi)度并維持小流量。M1~M2段將電液閥開(kāi)到中等開(kāi)度，穩(wěn)定一段時(shí)間后進(jìn)入高速發(fā)油部分。
M2~M3高速發(fā)油部分在該部分發(fā)油流量大，能在較短時(shí)間內(nèi)使發(fā)油量迅速達(dá)到給定值的80％～95％,以保證發(fā)油效率，M3為高速發(fā)油減速點(diǎn)。
M3~Mg精確控制部分M3~M4為一級(jí)減速發(fā)油階段；M4~M5為二級(jí)減速發(fā)油階段，在這一階段對(duì)實(shí)際流量的波動(dòng)Qb進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在選擇點(diǎn)M5處根據(jù)Qb值確定末級(jí)發(fā)油段流量Qc，并選擇相應(yīng)的控制提前量以確定關(guān)閉電液閥點(diǎn)Mg值；M5~Mg為末級(jí)發(fā)油段，在該階段發(fā)油流量小，發(fā)油速度低，確保精度控制。
系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)始，根據(jù)總發(fā)油量確定好各控制點(diǎn)的剩余發(fā)油量值和相應(yīng)的流量值。在發(fā)油過(guò)程中，控制程序?qū)崟r(shí)采集流量計(jì)脈沖數(shù)，根據(jù)發(fā)油量計(jì)算公式計(jì)算已發(fā)油量和剩余發(fā)
圖4-5 發(fā)油模塊流程圖
Fig.4-5 Flow process diagram of oil delivery
油量，同時(shí)計(jì)算流量值。根據(jù)流量的大小，調(diào)節(jié)電液閥的開(kāi)度使流量保持在穩(wěn)定值。當(dāng)剩余發(fā)油量到達(dá)預(yù)關(guān)閉階段，逐級(jí)降低流量值，直到發(fā)油量達(dá)到控制給定值。發(fā)油模塊的流程圖如圖4-5所示。
4.1.4發(fā)油提前量的控制
4.1.4.1發(fā)油提前量
發(fā)油控制過(guò)程中,由于電液閥存在一定的滯后性,如果在實(shí)際發(fā)油等于預(yù)發(fā)油量時(shí)再發(fā)出關(guān)閉電液閥命令,那么電液閥完全關(guān)閉時(shí)，實(shí)際的發(fā)油量必然大于預(yù)發(fā)油量,會(huì)造成發(fā)油量不準(zhǔn)確，因此需設(shè)定一個(gè)參數(shù)ΔM,對(duì)預(yù)發(fā)油量進(jìn)行修正，當(dāng)實(shí)際發(fā)油量加上ΔM等于預(yù)發(fā)油量時(shí)發(fā)出關(guān)電液閥命令,則電液閥完全閉合時(shí)實(shí)際發(fā)油量等于預(yù)發(fā)油量。我們把ΔM稱(chēng)為發(fā)油提前量。
4.1.4.2影響提前量的主要因素
如果提前量ΔM的值過(guò)大，會(huì)使實(shí)際發(fā)油量小于目標(biāo)值；如果提前量ΔM的值過(guò)小，會(huì)使實(shí)際發(fā)油量大于目標(biāo)值。由此可見(jiàn),提前量ΔM的大小直接影響發(fā)油的精度。
影響發(fā)油提前量的因素主要有以下兩點(diǎn)：第一是流量的大小，在電液閥滯后時(shí)間一定的情況下，流量大時(shí)提前量應(yīng)略大，相反，流量小時(shí)提前量應(yīng)略��；第二是電液閥的特性，主要是電液閥的響應(yīng)時(shí)間。電液閥的響應(yīng)時(shí)間較短，則發(fā)油提前量應(yīng)略小，反之，發(fā)油提前量應(yīng)略大。
4.1.4.3提前量控制算法
根據(jù)發(fā)油過(guò)程的三個(gè)部分：開(kāi)啟部分（t0~t2）；高速發(fā)油部分（t2~t3）；精確控制部分（t3~t7）。圖4-6給出了發(fā)油量與時(shí)間的曲線(xiàn)。
圖4-6 發(fā)油量-時(shí)間曲線(xiàn)
Fig. 4-6 Oil quantity - time curve
在精確控制部分，t3~t4為第一級(jí)減速發(fā)油階段；t4~t5為第二級(jí)減速發(fā)油階段，在這一階段對(duì)實(shí)際流量的波動(dòng)Qb進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；在t5時(shí)刻根據(jù)Qb值設(shè)定末級(jí)發(fā)油段流量的大小并選擇相應(yīng)的提前量對(duì)發(fā)油量進(jìn)行修正；t5~t6為末級(jí)發(fā)油段，在該階段發(fā)油流量小，發(fā)油速度低；在t6時(shí)刻關(guān)閉電液閥,由于電液閥響應(yīng)滯后性,會(huì)使發(fā)油量繼續(xù)增加至t7后才穩(wěn)定。ΔM=M7–M6為發(fā)油提前量。
由于現(xiàn)場(chǎng)的干擾、系統(tǒng)自身等原因會(huì)造成關(guān)閉電液閥后油品的增加量不等,甚至有較大的誤差存在,所以,必須用一定的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正提前量。每次發(fā)油結(jié)束后，根據(jù)實(shí)際發(fā)油量誤差值對(duì)上一次發(fā)油提前量進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。
M為發(fā)油量設(shè)定值；Mg為第一次發(fā)油提前量預(yù)置值；M6（i）代表第i次關(guān)斷點(diǎn)的選擇值；M7（i）為第i次發(fā)油的實(shí)際值；ΔM(i)為第i次發(fā)油提前量的修正值也是第i+1次發(fā)油提前量的預(yù)置值；ΔＵ(i)為第i次發(fā)油實(shí)際發(fā)油誤差；ΔE為發(fā)油控制誤差；修正系數(shù)取0.618。可以用以下方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正提前量:
令
……
i=1，2…
根據(jù)上述模式編寫(xiě)控制程序，理論上,只要經(jīng)過(guò)若干個(gè)發(fā)油過(guò)程以后,就可以準(zhǔn)確地控制發(fā)油關(guān)斷點(diǎn),使發(fā)油控制誤差進(jìn)入發(fā)油允差范圍,進(jìn)而為以后的發(fā)油控制過(guò)程提供可靠的控制參數(shù)。因?yàn)镾7-200PLC數(shù)據(jù)寄存器具有掉電保護(hù)功能，所以系統(tǒng)不需要經(jīng)常輸入相關(guān)參數(shù)就可正常運(yùn)行。
4.1.5發(fā)油量的計(jì)算
目前，國(guó)內(nèi)各石油煉化及銷(xiāo)售企業(yè)已經(jīng)或正在安裝的自動(dòng)發(fā)油系統(tǒng)從計(jì)量原理上講大致分為三大類(lèi):采用質(zhì)量流量計(jì)發(fā)油；采用稱(chēng)重法發(fā)油；采用體積流量計(jì)發(fā)油。
由于我國(guó)規(guī)定石油產(chǎn)品的銷(xiāo)售以質(zhì)量進(jìn)行結(jié)算，所以發(fā)油系統(tǒng)都應(yīng)該是定質(zhì)量發(fā)油，也就是說(shuō)油品質(zhì)量應(yīng)該是油品在空氣中的質(zhì)量。橢圓齒輪流量計(jì)輸出的是脈沖數(shù)，控制器通過(guò)高速計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行累積，再根據(jù)流量計(jì)的儀表系數(shù)就可計(jì)算出油品體積�？紤]到溫度對(duì)體積的影響，還需根據(jù)當(dāng)時(shí)的溫度對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最后轉(zhuǎn)化油品的質(zhì)量。
發(fā)油量的基本計(jì)算公式為:
式中M——油品質(zhì)量；
——溫度t下的油品真實(shí)密度；
——溫度t下的油品體積。
由公式(4-1)看出，溫度t下油品的質(zhì)量等于溫度t下油品的真實(shí)密度與t
溫度t下油品的體積的乘積。GB/T1884-1885-83(91)規(guī)定油品質(zhì)量計(jì)算是t在標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行的。這是因?yàn)樵趯?shí)際溫度下，由于計(jì)量器具本身的特點(diǎn)，其中然包含好多系統(tǒng)誤差在測(cè)量結(jié)果中。另外，任意溫度下的密度ρt包含著溫度誤差，密度計(jì)示值因溫度而產(chǎn)生的誤差。同樣，在油品體積測(cè)量時(shí)也會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為了消除上述系統(tǒng)誤差，根據(jù)計(jì)量器具設(shè)計(jì)要求，必須將任意溫度下的密度ρt和任意溫度下計(jì)量體積vt都換算到標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃狀態(tài)，再進(jìn)行計(jì)算[8]。
我國(guó)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISQ91-2制定的新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)流量計(jì)測(cè)得vt的進(jìn)行修正，即
式中VCF20——可由油品的和計(jì)量溫度t，查GB/T1885-1998《體積修正系數(shù)表》交叉數(shù)值得出。
又因?yàn)?br />
式中K——為流量變送器的儀表系數(shù)（脈沖/升）；
L——為脈沖數(shù)。
這樣發(fā)油量的計(jì)算公式為
式中——可根據(jù) 鋼筆套885-1998《標(biāo)準(zhǔn)密度表》由某一實(shí)驗(yàn)溫度t下的密度交叉數(shù)值查出；
——考慮了空氣浮力的修正；
4.1.6流量的計(jì)算
流量是指在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的液體的體積。流量是控制得主要參數(shù)。從前面的內(nèi)容可知，流量計(jì)輸出的是脈沖數(shù)，控制器（PLC）采用定時(shí)中斷的方式對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，再根據(jù)流量計(jì)儀表系數(shù)就可以計(jì)算出發(fā)油體積。用定時(shí)中斷周期內(nèi)的油品體積增量除以定時(shí)中斷周期就可以得到瞬時(shí)流量。從控制角度而言，定時(shí)中斷周期越小越準(zhǔn)確。但是，受流量計(jì)的最小分辨的影響，定時(shí)中斷周期太小，在定時(shí)中斷周期內(nèi)，流量計(jì)的脈沖數(shù)沒(méi)有變化，流量會(huì)出現(xiàn)零值，會(huì)導(dǎo)致電液閥誤動(dòng)作，引起流量的波動(dòng)，影響計(jì)量精度。在流量的計(jì)算中，我們?cè)诓煌髁靠刂贫尾捎貌煌牧髁坎蓸訒r(shí)間。在低速發(fā)油段，流量采樣時(shí)間是幾倍的定時(shí)中斷周期；在高速發(fā)油段，流量采樣時(shí)間是單倍定時(shí)中斷周期。其倍數(shù)由流量計(jì)的最大流量與設(shè)定流量的比值決定。這樣既保證了流量計(jì)算的準(zhǔn)確性，又避免了流量的過(guò)大波動(dòng)。
4.1.7多功能數(shù)字電液閥的控制
4.1.7.1多功能數(shù)字電液閥特性分析
DYF型多功能電液閥的相對(duì)開(kāi)度ε(某一開(kāi)度時(shí)活塞行程與全開(kāi)時(shí)活塞行程之比)與相對(duì)流量Q(某一開(kāi)度時(shí)流量與全開(kāi)時(shí)流量之比)的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為電液閥的特性曲線(xiàn)，它取決于閥的結(jié)構(gòu)。DYF型多功能電液閥具有直線(xiàn)特性[9]，在進(jìn)出口壓差恒定時(shí)，其相對(duì)流量的變化量與相對(duì)開(kāi)度的變化量之比等于1，即
積分得
式中——閥在某一開(kāi)度的相對(duì)流量；
——閥在某一開(kāi)度的相對(duì)開(kāi)度。
DYF多功能電液閥的直線(xiàn)特性，電液閥瞬時(shí)流量與進(jìn)出口壓差、主閥開(kāi)啟度有關(guān)系，它們的關(guān)系可由下面的公式近似:
采樣時(shí)間內(nèi)，流量變化主要因進(jìn)口壓力波動(dòng)產(chǎn)生，即
調(diào)控時(shí)間中，流量變化不僅取決于仍在持續(xù)的因外部干擾而觸發(fā)的進(jìn)口壓力的波動(dòng)，而且因調(diào)控行為的實(shí)施，使得流量也受到主閥開(kāi)啟度變化的影響，故：
收斂調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，近似有，，
調(diào)控算法的關(guān)鍵是要根據(jù)采集到的流量脈動(dòng)信息，確定調(diào)控時(shí)間內(nèi)相應(yīng)電磁
閥的動(dòng)作時(shí)間。顯然，為保證一個(gè)調(diào)控周期后流量的總脈動(dòng)量趨于0應(yīng)滿(mǎn)足：
即
式中——設(shè)定流量；
——設(shè)定流量下主閥開(kāi)度。
公式(4-11)表明，為獲得恒定流量，應(yīng)對(duì)主閥開(kāi)啟度進(jìn)行比例調(diào)節(jié)。實(shí)際上，
為克服因調(diào)節(jié)電磁閥和主閥慣性環(huán)節(jié)造成的調(diào)節(jié)行為的滯后，在比例調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上，疊加微分調(diào)節(jié)，即令
式中T——采樣周期；
——微分時(shí)間；
——第n次流量的變化量；
——第n-1次流量的變化量；
——第n-2次流量的變化量。
4.1.7.2多功能電液閥控制算法
對(duì)主閥開(kāi)啟度的控制限于硬件，采用改變發(fā)送給電磁閥固態(tài)繼電器脈沖波占空比的方法實(shí)現(xiàn)。脈沖的周期為某一設(shè)定流量時(shí)開(kāi)電液閥所用的時(shí)間，脈沖寬度為電磁閥調(diào)控的時(shí)間。下面推導(dǎo)調(diào)控時(shí)間內(nèi)電磁閥動(dòng)作時(shí)間與開(kāi)度變化量的關(guān)系。
設(shè)主閥全開(kāi)時(shí)活塞行程為H，開(kāi)度為ε時(shí)對(duì)應(yīng)活塞行程為h，則：
即
為減少電磁閥動(dòng)作的頻率，采用單邊調(diào)節(jié)的方法，打開(kāi)電液閥時(shí)，未達(dá)到目標(biāo)值開(kāi)大電液閥，達(dá)到目標(biāo)值時(shí)就保持開(kāi)度；關(guān)閉電液閥時(shí)，未達(dá)到目標(biāo)值關(guān)閉電液閥，達(dá)到目標(biāo)值時(shí)就保持開(kāi)度。分別對(duì)以下兩種情況進(jìn)行調(diào)控。
（1）電液閥開(kāi)啟控制設(shè)在時(shí)間t內(nèi)，主閥套排出的介質(zhì)為V，介質(zhì)的流量為q，則：
設(shè)主閥進(jìn)、出口壓力分別為P2、P1控制管路的截面面積為A1主閥套中活塞面積為A2,主閥套中彈簧的伸長(zhǎng)量為x0，控制管路和主閥套的流速分別為υ1、υ2，對(duì)于理想液體，由貝努力方程得
由連續(xù)性方程得
由上面兩式得
式中——主閥進(jìn)出口壓力差；
——電液閥截面系數(shù)
由以上公式整理可得
為了便于計(jì)算，對(duì)公式進(jìn)行了簡(jiǎn)化。對(duì)于同一個(gè)電液閥、、、、為常數(shù)，視油品密度和壓力差為常數(shù)，可將公式簡(jiǎn)化為：
式中——電液閥開(kāi)啟系數(shù)。
（2）電液閥關(guān)閉控制。關(guān)閉電液閥時(shí)主閥進(jìn)、出口壓力、 相等，控制管路的截面面積為，主閥套中活塞面積為，住閥套中彈簧的伸長(zhǎng)量為，控制管路和主閥套的流速分別為、，對(duì)于理想液體，公式可簡(jiǎn)化為：
對(duì)于同一個(gè)電液閥、、、、、油品密度為常數(shù)，忽略主閥彈簧的變化量，上式可簡(jiǎn)化為：
式中——電液閥的關(guān)閉系數(shù)。
4.1.8報(bào)警模塊設(shè)計(jì)
油庫(kù)的安全至關(guān)重要，如果有報(bào)警發(fā)生，必須給出聲、光報(bào)警提示，并采取相應(yīng)的措施。報(bào)警提示可以有效地減少事故的發(fā)生，將事故破壞程度降到最低。報(bào)警信息不僅通知現(xiàn)場(chǎng)的工作人員，而且也要給監(jiān)控室的操作人員相應(yīng)的提示。在控制軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)每一種報(bào)警都給出指示燈和語(yǔ)音提示，同時(shí)采用自鎖/互鎖關(guān)系，禁止相應(yīng)的操作。同時(shí)對(duì)每一種報(bào)警進(jìn)行編碼，這樣，上位機(jī)就可以通過(guò)報(bào)警代碼了解到報(bào)警的相關(guān)信息，以便采取有效的措施。報(bào)警事件與代碼對(duì)照見(jiàn)表4-1所示。
表4-1報(bào)警事件代碼對(duì)照表
Table4-1Contrastofwarningeventandcode
報(bào)警事件 報(bào)警代碼
無(wú)報(bào)警 0
靜電接地報(bào)警 1
溢油報(bào)警 2
靜電接地未摘除報(bào)警 3
鶴管未到位報(bào)警 4
鶴管未復(fù)位報(bào)警
可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警 5
6
超差報(bào)警 7
模擬量模塊錯(cuò)誤指示 8
模塊電源錯(cuò)誤指示 9
溫度過(guò)低報(bào)警 10
4.2監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
4.2.1組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件選擇
4.2.1.1組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件的發(fā)展及現(xiàn)狀
在20世紀(jì)80年代末期，PC機(jī)開(kāi)始走上工業(yè)控制的歷史舞臺(tái)，與此同時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)基于PC總線(xiàn)的各種數(shù)據(jù)I/O板卡，加上軟件工業(yè)的迅速發(fā)展，開(kāi)始有人研究和開(kāi)發(fā)通用的PC監(jiān)控軟件-組態(tài)軟件。世界上第一個(gè)把組態(tài)軟件作為商品進(jìn)行開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售的專(zhuān)用軟件公司是美國(guó)的Wonderware公司，它在80年代末期率先推出第一個(gè)商品化監(jiān)控組態(tài)軟件Intouch，此后組態(tài)軟件得到了迅猛的發(fā)展。
4.2.1.2組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件的特點(diǎn)
組態(tài)軟件的用戶(hù)是自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)人員，組態(tài)軟件的目的就是讓用戶(hù)迅速開(kāi)發(fā)出適合自己需要的可靠的應(yīng)用系統(tǒng)。因此組態(tài)軟件一般具備以下特點(diǎn)：
（1）使用簡(jiǎn)單，用戶(hù)只需編寫(xiě)少量自己所需的控制算法代碼，甚至可以不寫(xiě)代碼。
（2）運(yùn)行可靠，用戶(hù)在組態(tài)軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)可靠運(yùn)行，在運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。
（3）提供數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，以便將控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)中，并把運(yùn)算的結(jié)果送回到控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
（4）提供自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)所需的通用監(jiān)控軟件的組件。
（5）強(qiáng)大的圖形設(shè)計(jì)工具。
4.2.1.3組態(tài)軟件的選擇及其功能
目前世界上的組態(tài)軟件有幾十種之多，國(guó)際上知名的監(jiān)控組態(tài)軟件有：Fix，Intouch，Wincc，Labview，Citech等。國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件行業(yè)占有主導(dǎo)地位的產(chǎn)品有組態(tài)王、力控、MCGS等。而組態(tài)王性能在許多方面都已趕上或接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，且價(jià)格較低是同類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格的1/3-1/8，采用中文界面，在國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，因此，系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件選擇組態(tài)王為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
組態(tài)王工控組態(tài)軟件是由北京亞控自動(dòng)化軟件公司開(kāi)發(fā),它以Window98/WindowsNT4.0中文操作系統(tǒng)為其操作平臺(tái),充分利用了Windows的圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)。它使采用微機(jī)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)工程比以往的使用專(zhuān)用機(jī)開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性,大大減少了工控軟件開(kāi)發(fā)者的重復(fù)性工作,并可運(yùn)用微機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
（1）強(qiáng)有力的安全管理系統(tǒng)組態(tài)王提供了一個(gè)強(qiáng)有力的基于用戶(hù)的安全管理系統(tǒng)，組態(tài)王采用分級(jí)和分區(qū)的雙重保護(hù)策略。應(yīng)用系統(tǒng)中的每一個(gè)可操作的元素都可制定保護(hù)級(jí)別(最大999級(jí))和安全區(qū)(最多64個(gè))。對(duì)應(yīng)地，操作者的優(yōu)先級(jí)（最大999級(jí)）和工作安全區(qū)（64個(gè)）。對(duì)于有不同類(lèi)型的用戶(hù)共同使用的控制系統(tǒng)，組態(tài)王采用用戶(hù)標(biāo)識(shí)符和口令來(lái)區(qū)分和保護(hù)操作者。每一個(gè)操作者將獲得唯一的用戶(hù)標(biāo)識(shí)符和口令，非法使用者不能進(jìn)入系統(tǒng)。
（2）強(qiáng)大的通訊能力組態(tài)王可以連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等幾百種外部設(shè)備。支持設(shè)備之多之廣可與國(guó)外優(yōu)秀同類(lèi)軟件相媲美。組態(tài)王通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序和這些工控設(shè)備通訊，組態(tài)王的大部分驅(qū)動(dòng)程序采用組件（COM）技術(shù)，使通訊程序和組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。這種方式既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模。組態(tài)王同時(shí)保留了DDE通訊方式，一些應(yīng)用軟件可以通過(guò)DDE方式和組態(tài)王進(jìn)行通訊。
（3）先進(jìn)的報(bào)警和事件管理組態(tài)王能夠檢測(cè)到非正常狀態(tài)的發(fā)生，并將報(bào)警信息按照正確的順序登陸到數(shù)據(jù)庫(kù)，以便事后對(duì)其進(jìn)行分析。組態(tài)王通過(guò)報(bào)警和事件兩種情形來(lái)通知操作人員過(guò)程的活動(dòng)情況。組態(tài)王為模擬變量和長(zhǎng)整型變量提供了三類(lèi)報(bào)警條件（越限報(bào)警——高高、高、低、低低；偏差報(bào)警——大、小偏差報(bào)警限；變化率報(bào)警），為離散變量設(shè)計(jì)了一種報(bào)警條件（變量值——開(kāi)、關(guān)或改變）。報(bào)警輸出文本可以自由定義，每個(gè)變量的多種報(bào)警條件可并存，根據(jù)每種條件檢測(cè)到的報(bào)警信息都會(huì)被記錄下來(lái)。報(bào)警可以分組管理，每種報(bào)警均可以定義其所屬的報(bào)警組合優(yōu)先級(jí)。
（4）快速便捷的應(yīng)用設(shè)計(jì)組態(tài)王工程瀏覽器為用戶(hù)提供了便捷的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在工程瀏覽器中可以查看畫(huà)面、數(shù)據(jù)庫(kù)、配置通訊驅(qū)動(dòng)程序、設(shè)計(jì)報(bào)表等大部分系統(tǒng)配置。組態(tài)王系統(tǒng)內(nèi)部提供了全新的龐大的圖形庫(kù)，包含了大量預(yù)先建立好的組合對(duì)象，如按鈕、指示表、閥門(mén)、電機(jī)、泵、管路和其他標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)元件，這就極大地加快了應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造。組態(tài)王提供了靈活簡(jiǎn)便的變量定義和管理，在數(shù)據(jù)字典里可以方便快捷地新建變量、編輯變量的屬性，組態(tài)王實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存放所有變量的最新數(shù)據(jù)。
4.2.2監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)
運(yùn)用組態(tài)軟件-組態(tài)王（Kingview）對(duì)發(fā)油控制系統(tǒng)進(jìn)行了組態(tài)設(shè)計(jì)。
（1）主監(jiān)控界面設(shè)計(jì)該畫(huà)面對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了組態(tài)，通過(guò)該畫(huà)面可以
比較直觀地看到這個(gè)控制系統(tǒng)的組成及發(fā)油系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。如圖4-7所示。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，管路中的油品動(dòng)態(tài)地模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際油品的流動(dòng)，油泵、電液閥指示燈顯示實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，流量計(jì)顯示現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)前的流量值，溫度變送器顯示溫度。當(dāng)系統(tǒng)有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警指示燈以紅色閃爍。同時(shí)，報(bào)警窗體自動(dòng)彈出，操作員可以執(zhí)行相應(yīng)的操作。右半部分的命令按鈕可以使不同等級(jí)的用戶(hù)進(jìn)入不同的界面執(zhí)行相應(yīng)的操作。為了方便習(xí)慣于Windows操作的用戶(hù)使用，左上部份還設(shè)計(jì)了下拉菜單，可以執(zhí)行和命令按鈕同樣的操作。
圖4-7主監(jiān)控界面
Fig.4-7Mainsupervisoryinterface
（2）狀態(tài)顯示畫(huà)面設(shè)計(jì)
為了方便操作人員更詳細(xì)地掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了狀態(tài)顯示界面，見(jiàn)圖4-8。在狀態(tài)顯示畫(huà)面上以文字的形式實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)，如：瞬時(shí)流量、已發(fā)油量、所須油量等。
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