4系统软件设计
4.1自动发油控制软件设计
4.1.1控制系统分析
4.1.1.1影响系统发油精度的主要因素
控制系统由可编程控制器、电液阀、流量计、温度变送器等组成，影响发油精度的因素很多，其中主要有以下几点：
（1）流量计精度：流量计的误差直接关系到整个发油系统的发油准确度，而流量计的发信装置是否可靠，在执行系统中又关系到发油精度。当流量维持在流量计标定的范围内时，呈现稳定的误差值，也就是流量计的精度等级；在该区间以外的部分，误差急骤增大，流量计无法正常工作。所以发油过程中，一定将流量控制流量计的标定范围内。
（2）电液阀启闭特性的影响：电液阀的作用是接受远程控制指令，起到自动控制液体通断的功能，它的通断自控效果间接影响到发油精度；其启闭过程中，使流过流量计理论的流量特性呈现如图4-2中的特性。图4-2中AOB的面积为流量计工作下限“死区”特性造成的；CDE的面积是由执行机构响应时间特性引起的“过冲量”。这两部分的流量均不能被系统有效地计量，“过冲量”的大小主要受电液阀响应速度的影响。
图4-2 理论流量特性曲线
Fig.4-2 Theoritical flow characteristic curve
（3）系统稳定性：关闭电液阀时的流量越小越容易控制发油精度。为了保证发油精度，系统在关闭电液阀前，都将流量控制在流量计的最小流量值。可是当系统干扰因素引起流量的波动较大时，将导致电液阀多次开关，从图4-2可知电液阀的多次开关会增加流量计“死区”和“过冲量”引起的误差。
（4）发油温度的影响：发油的温度必然引起油品密度的变化，对于应用体积流量计进行油品计量的系统，在发油量计算时还要进行温度补偿。
4.1.1.2提高系统发油精度的主要措施
软件设计上，充分考虑系统发油精度的影响因素，针对不同的影响因素采取相应的措施。
（1）充分发挥流量计的工作状态：考虑到流量计的最小分辨率，采取变采样周期的采样方式。通过控制电液阀，使流量稳定工作在流量计的工作范围内。充分利用PLC高速口和中断功能，对流量进行及时准确地计算。
（2）提前量自整定：对电液阀的“过冲量”进行预补偿，采取提前量自整定设计，使系统能够根据系统自身的稳定性对提前量进行相应的修正。
（3）动态跟随系统流量波动：针对系统的不稳定性，在关闭电液阀的前一级控制过程中，对流量的波动进行统计，根据不同的波动等级确定关阀末级流量，确定不同的发油提前量，充分发挥系统稳定性，提高系统的适应能力。
（4）温度补偿：发油质量的计算上要进行温度补偿。
4.1.1.3发油末级流量自适应设计
由上述分析知道，流量小且稳定控制发油精度越容易，所以为了保证发油精度，系统在关闭电液阀前，都将流量控制在流量计的最小流量值。传统发油控制系统多数采用固定的最小控制流量。由于发油系统的设备和现场环境存在差异，各个系统关闭电液阀的最小流量也不尽相同。另外，对于特定的控制系统，受到外界干扰引起流量波动较大时，将导致电液阀多次开关，电液阀的每次开关会增加流量计“死区”和“过冲量”引起的误差。因此，采用固定的末级最小控制流量，将引起电液阀的多次关闭，导致“死区”和“过冲量”误差的累加不利于提高发油精度。
为了使系统的稳定性发挥到最佳状态，为增强系统的适用能力，我们对控制程序采取了自适应设计。在关闭电液阀的前一级控制流量时，对流量的波动进行统计分析，计算出流量的波动范围，根据流量波动的范围，确定不同的末级流量。
对于给定的系统，自适应设计能够根据系统的实际运行状态进行调整，能够充分发挥系统的最佳状态，使系统具有发油末级流量自适应的功能。
4.1.1.4控制软件编程思路
控制软件采取模块化设计。控制软件主要分为主程序、初始化模块、发油模块、流量计算模块、报警检测模块、模拟量采集模块、输入输出接口模块等。程序运行时，系统实时扫描主程序，在主程序中根据条件调用相关的子程序模块，子程序模块完成各自的功能。模块化设计使程序层次分明，易于阅读和移植，同时还可以简化程序结构，便于调试。
4.1.2监控主程序设计
监控上位机通过与数据库信息进行核对。在验证发油信息正确的情况下，上位机发出允许发油指令，同时记录发送指令的信息于数据库中。下位机接收到上位机的发油指令后执行发油控制程序；如果信息与数据库中的信息不吻合则拒绝执行允许发油指令。PLC接收到发油命令，在检测到无报警的情况下，经现场人员确认后运行自动发油控制程序。如果在发油过程中出现报警，控制系统立刻停止发油同时记录下未发油质量，等待报警消除后继续完成未完成的发油量。到达指定发油量关闭电液阀、油泵，同时记录发油完成信息。监控主程序流程图如图4-3所示。
图4-3 主程序流程图
Fig.4-3 Main program flow process diamgram
4.1.3发油模块设计
发油模块是控制系统的核心，发油过程大体分为三部分：开启部分、高速发油部分、精确控制部分。为了减少“水击”，避免静电的产生，在开启部分采取多级开启的控制模式，使流量逐渐达到最大值；高速发油部分主要为了提高发油效率，该部分的时间尽可能要长；精确控制部分逐渐降低流量值，在确定末级发油段的流量前对系统流量的波动性进行统计，为确定末级发油段的流量提供依据。发油曲线如图4-4所示。M0为预发油量；M1为中等流量发油的开启点；M2为大流量发油的开启点，M3~M5为多级关闭点；Mg为电液阀关断点；Qc为末级发油段流量。
图4-4 发油曲线图
Fig.4-4 Oil delivery curve
M0~M2开启部分为了减小“水击”和防止静电的产生，发油速度不宜过快，将电液阀先开启一个小开度并维持小流量。M1~M2段将电液阀开到中等开度，稳定一段时间后进入高速发油部分。
M2~M3高速发油部分在该部分发油流量大，能在较短时间内使发油量迅速达到给定值的80％～95％,以保证发油效率，M3为高速发油减速点。
M3~Mg精确控制部分M3~M4为一级减速发油阶段；M4~M5为二级减速发油阶段，在这一阶段对实际流量的波动Qb进行统计。在选择点M5处根据Qb值确定末级发油段流量Qc，并选择相应的控制提前量以确定关闭电液阀点Mg值；M5~Mg为末级发油段，在该阶段发油流量小，发油速度低，确保精度控制。
系统运行开始，根据总发油量确定好各控制点的剩余发油量值和相应的流量值。在发油过程中，控制程序实时采集流量计脉冲数，根据发油量计算公式计算已发油量和剩余发
图4-5 发油模块流程图
Fig.4-5 Flow process diagram of oil delivery
油量，同时计算流量值。根据流量的大小，调节电液阀的开度使流量保持在稳定值。当剩余发油量到达预关闭阶段，逐级降低流量值，直到发油量达到控制给定值。发油模块的流程图如图4