输油泵站机泵控制系统设计-学位论文.doc
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1、 本 科 毕 业 设 计题 目 输油泵站机泵控制系统设计 系 别 信息工程系 学生姓名 专 业 电气工程及其自动化 学 号 指导教师 职 称 教授 2年月20日输油泵站机泵控制系统设计摘 要传统输油泵站的机泵有人职守,大量物力财力用于人工。主管部门和监控部门不能随时掌握输油泵站情况。输油泵站设备隐患不能被及时发现。为了提高管理效率,本文设计了一套可以实现输油泵站无人职守、监控泵站运行状态,集中管理泵站的自动控制系统。本设计采用以单片机为控制核心的自动控制系统。结合输油泵站的实际运行情况,设计相应的硬件电路和系统的软件实现对输油管道温度和压力的自动控制。此自动控制系统通过温度感应器和压力感应器采
2、集电位数据,数据通过A/D转换模块传送给单片机AT89C51系统进行数据处理。同时把模拟量转换成数字量,得到数据在LCD液晶显示器上显示。可以通过按键实现对温度值和压力值的调节。由LED和蜂鸣器组成报警系统。本次设计的软件部分由C语言完成, 软件设计分为主程序,A/D转换程序,跑马灯程序,显示程序等,实现了对输油泵站的自动控制,配合软件仿真可以直观的查看此系统的功能。本文设计的输油泵站机泵控制系统的特点是成本较低,管理效率高,可以实现对输油线路工作状态的监控。关键词:输油泵站;单片机;控制;自动化;仿真ABSTRACTTraditional oil pumping station pumpin
3、g station unattended and substantial costs for artificial. The competent authorities can not Keep pumping station. The pumping station the hidden equipment can not be found. In order to improve management efficiency, we designed a pumping station unattended monitoring stations run state, centralized
4、 management of the pumping station automatic control system.This design uses a microcontroller as the control core of the automatic control system. The actual operation of the oil pumping station design the hardware and system software to automatically control the temperature and pressure of the pip
5、eline. This automatic control system by temperature sensors and pressure sensors capture potential data, the data is transmitted through the A / D converter module to the the microcontroller AT89C51 system data processing. Analog into digital data obtained in the liquid crystal display on the LCD di
6、splay. The regulation of the temperature values and pressure values can be realized through the button. LED and buzzer alarm system. The software portion of the design is completed by the C language, the software design is divided into the main program, A / D conversion process, horse race lamp prog
7、ram, display program, to achieve automatic control of oil pumping station, with the simulation can view this intuitive system functions.In this paper, the design of the oil pumping station pump control system is characterized by low cost, high efficiency management can be achieved the oil line worki
8、ng condition monitoring.Key words:Oil pump station ;SCM;Control ;Automation; simulation 目录1 绪论11.1 研究目的及意义11.2 国内研究现状11.3 国外研究现状21.4 本文的主要研究内容22 设计需求32.1 系统的功能需求与技术指标32.2 系统的总体设计方案32.2.1 输油泵站工作原理32.2.2 系统设计流程图32.3 系统的相关技术42.3.1 单片机技术42.3.2传感器技术52.3.3通信技术53 系统的硬件设计73.1 中央处理电路73.1.1 中央处理器电路核心芯片73.1.2
9、AT89C52引脚接口电路93.1.3 复位电路93.1.4 时钟电路103.2 A/D转换电路设计113.2.1 A/D转换芯片ADC0832113.2.2 A/D转换芯片ADC0832引脚说明113.2.3 单片机对ADC0832的控制原理123.3 跑马灯电路设计133.3.1 74HC138译码器133.3.2 跑马灯设计原理143.4 液晶显示电路设计143.5 温度传感器电路设计163.5.1 DS18B20数字温度传感器163.5.2 DS18B20数字温度传感器引脚说明164 系统的软件设计174.1 系统主程序设计174.2 传感器程序设计184.2.1 A/D转换程序设计1
10、84.2.2 传感器说明及仿真184.3 显示模块程序设计194.3.1 显示模块程序流程194.3.2 显示模块说明及仿真204.4 跑马灯程序设计214.4.1 跑马灯程序流程214.4.2 跑马灯说明与仿真215 调试与仿真225.1 proteus简介225.2 proteus仿真结果226 总结27参考文献28致 谢29附 录:电路原理图30附 录:源程序31届毕业设计1 绪论1.1 研究目的及意义随着现代工业的进一步发展和全球化趋势的加强,世界对资源的需求在不断增加,作为目前最重要的能源之一-石油,为经济的发展及社会的进步提供了动力。石油产业是现代文明发展的支柱,是国家的命脉所在,
11、在国民经济中占有非常重要的地位,石油的质量和产量关系着国家生产部门的方方面面。相比发达国家,我国石油工艺水平、生产技术手段及管道运输起步较晚,自动化管理水平较低。输油泵站是长输管线的主要组成部分之一。其任务是提供油流一定的能量(包括压力能、热力能),以使油品保质保量、安全经济的输送到目的地。目前国内输油泵站数量较多且大部分处于偏远地区,位置分散,环境恶劣,交通不便,主管部门和监控部门对输油泵站的工作状态和输油管道的监测难度很大。目前国内主要使用传统的人工定期巡检、巡查的方式对输油管道进行监测,导致在具体实施的过程中存在着较大的误差,监测流程复杂,监测周期较长,监测费用高等很多缺点,在技术上,经
12、济上都不能适应管道监测的自动化、信息化发展的要求。由于没有一种有效可行的现场设备的网络化监测管理系统,输油管道的监测秩序得不到安全、有效的保护,监测设备维护管理操作混乱,设备故障得不到及时的修复,这成为油田生产企业的一个重大难题。由于输油管道分布范围广而且数量多,人工监测方式必定会使人员劳动强度加重,并且影响了输油管道数据采集的实时性和准确性,给输油管道的监测和数据的统计带来了许多不便。因此,国内各大输油泵站需要一种低成本、高效率的自动控制系统,来解决实际生产问题。1.2 国内研究现状我国管道自动化随着输送工艺、计算机应用、通信技术、自控技术的不断发展,经历了一个由低级向高级的发展过程。80年
13、代中期以来,我国先后在几条改建、新建的管道上实现自动化监控。通过引进国外先进技术及自行设计改造等方式,使我国输油管道自动化监控技术逐步提高,缩短了与国外的差距。90年代,我国长输管道广泛地采用SCADA系统进行全线监视、生产管理、调度及控制。新建的管道,如抚顺营口成品油管道、轮南库尔勒输油管道及复线、库尔勒部善输油管道等均采用SCADA系统,管道自动化控制系统与管道同步投产。我国长输管道的自动化水平有了很大的提高。目前我国自行研制成功5000kW微机控制直接式原油加热炉,接近国际先进水平,加热炉效达91%。输油管道用的5000kW及以下的加热炉己形成标准系列,己在东北、华北输油管道上广泛应用。
14、最大加热能力已达8000kW。我国石油工业的不断发展,促进和带动了原油储运技术的进步。目前我国已掌握了国际上通用的常温输送、加热输送、加剂输送、顺序输送、间歇输送及密闭输送等各种先进的管输工艺。特别在高凝点、高枯度、高含蜡原油的加热输送,原油热处理以及加剂输送等方面己达国际水平。同时输送工艺的进步也对设备材料的制造提出了更高的要求,通过不断的摸索与实践,使我国在埋地金属管道和储罐的防腐保温、阴极保护和腐蚀探测等研究领域也接近国际水平1。1.3 国外研究现状目前,世界范围内的高粘、易凝原油管道长距离输送基本上仍是采用加热和稀释两种工艺。针对现役管道输量逐年下降,稠油开采日益增多,以提高管道运行安
15、全性、节能降耗为目的的各种新技术、组合工艺的研究日益成为热点,象物理场处理(磁处理、振动降粘)、水输(液环、悬浮、乳化)、器输(滑箱、膜袋)、充气降粘(充饱和气增加输量)、混输和顺序输送等等多种工艺的研究,有些己进入工业试验与短距离试输阶段。总体来说,国外原油管道的输送工艺正朝着多元化和新型化的方向发展。国外先进的原油管道普遍采用密闭输送工艺、高效加热炉和节能型输油泵;运用高度自动化的计算机仿真系统模拟管道运行和事故工况,进行泄漏检测,优化管线的调度管理;对现役管道定期进行安全检测和完整性评价。例如:美国的全美管线就是世界上最先进的一条热输原油管道,全长2 715 km,管径760,全线采用计
16、算机监控和管理系统(SCSS),在控制中心的调度人员通过计算机可实现管道流量、压力及泵、炉、阀等设备的自动控制,仿真系统软件可完成泄漏检测、定位、设备优化配置、运行模拟等功能。世界各国尤其是盛产含蜡粘性原油的大国,都在大力进行长距离管道常温输送工艺的试验研究。随着含蜡高粘原油开采量的增加以及原油开采向深海发展,各国都特别重视含蜡高粘原油输送及流动保障技术研究。挪威、法国、英国、美国等石油工业发达国家在含蜡高粘原油流变性及其机理、管道蜡沉积预测等方面达到很高水平,并即将带来应用技术的新突破1。1.4 本文的主要研究内容本设计是一个输油泵站自动控制系统,主要任务是长距离的输油管线进行实时数据采集和
17、控制。硬件上要求各测控站点之间有远程传感检测装置,如温度传感器压力传感器,而且要有远程控制装置,如泵站的启停、报警、加热装置等。在总站上可以直观地了解控制各泵站的信息数据。本系统的研发主要包括了系统硬件和系统软件的设计。硬件的设计主要包括了各个功能模块的方案论证和电路设计;软件设计主要包括主程序、LCD显示、A/D转换等子程序编制。本系统的主要设计内容是以单片机系统为核心,结合现代通信技术,设计相应的硬件电路和系统软件实现对输油泵站的自动控制和无线监测。采集传感器电位,通过电位放大后进行A/D转换,同时把数据上传给单片机进行处理分析。电位精度达到0.5%,根据技术指标,硬件设计工作主要包括:中
18、央处理器设计、A/D转换电路设计、LCD液晶显示电路设计、时钟电路设计、跑马灯显示设计;在软件方面则是利用单片机组成控制系统,编程实现温度、压力的数据输入、A/D数据转换及液晶显示等功能。2 设计需求2.1 系统的功能需求与技术指标本次毕业设计系统的功能要求及技术指标:(1) 使用5V DC供电。(2) 环境温度:-15+60摄氏度。(3) 电位精度达到:0.5%。(4) 实时数据显示。(5) 超过阀值自动报警,停止工作。(6) 可手动设置数据。(7) 系统具有仿真功能和良好的可视性。2.2 系统的总体设计方案2.2.1 输油泵站工作原理油气集输是把油、气田生产的原油和天然气收集起来,通过计量
19、、初加工(净化、稳定)和输送的全过程。输油泵站是长输管线的主要组成部分之一。其任务是供给油流一定的能量(包括压力能、热力能),以使油品保质保量、安全经济的输送到目的地。输油站按所处位置分为首站、中间站和末站,中间站按其功能还可分为加热站(只能提供热能)、加压站(只能提供压能)及热泵站(既提供热能又提供压能)。首站:是长输管线的起始站。主要任务是接收来油,经计量后,加压加热向下站输送。首站设有输油机泵和加热装置,还设置较大容积的储油罐,以满足计量及调节来油与输油间不平衡的需要。中间站:是长输管线沿途设置的输油站。其主要任务是对所输油品按工艺要求供给一定的能量,使油品继续流动。末站:是长输管线的终
20、点站。主要任务是接收输油管线所输的全部油品,经过计量后将油储存起来或直接把油品输给用油单位,或以其它运输方式转运给用户。2.2.2 系统设计流程图根据系统功能的要求和系统构成的需要其总体设计方案如图1所示。系统硬件组成分为以下几个部分:A/D转换电路、液晶显示电路、时钟电路、报警电路、跑马灯电路、加热加压电路、数据采集电路及核心控制电路。实现输油泵站自动控制功能的总体思路如下:系统由电源进行供电,当启动自动控制系统后,加热加压电路和跑马灯电路(模拟油路的传输)开始工作。采集的温度和压力电位数据通过A/D转换模块将模拟量转换成数字量,同时传递给单片机系统进行数据分析并处理。液晶显示模块LM016
21、L显示数据。通过按键实现对温度值和压力值的调节。当压力低于5MPa时,系统低压报警,加压电路开始加压;当压力高于20MPa时,系统高压报警,减压电路开始减压;当温度低于30摄氏度时,系统低温报警,加热电路开始加热;当温度高于50摄氏度时,系统高温报警,加热电路停止加热。系统原理框图如图1所示:时钟电路CPU(单片机AT89C51)液晶显示电路报警电路A/D转换电路压力传感电路温度传感电路跑马灯电路加热加压电路图1 系统组成的原理框图2.3 系统的相关技术2.3.1 单片机技术随着微电子科技的不断发展,计算机技术也得到快速发展,并且由芯片的集成度的提高而使计算机微型化,出现了单片微型计算机(Si
22、ngle Chip Computer),简称单片机,也可称为微控制器MCU(Micro controller Unit)。单片机,即集成在一块芯片上的计算机,集成了中央处理器CPU(Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器(Read Only Memory)、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件。单片机具有功能强,体积小,成本低,功耗小,配置灵活等特点,使其在工业控制、智能仪表、技术改造、通信系统、信号处理等领域以及家用电器、高级玩具、办公自动化设备等方面均得到应用。从1976年9月Intel公司推出
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