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目录TOC\o1-4\h\z\u一.绪论1二.初步分析5三.系统监控硬件选型与介绍6四.监控系统实现及监控系统方案设计11____14附录14一.绪论随着科学技术的不断进步,特别是工业控制技术的飞速发展,我们已经开始步入一个崭新的自动化控制新时代计算机自动监控系统已经广泛的应用于离散过程、连续过程等各种工业自动化领域以及电力、化工、食品、水处理等各个行业现在国内外都将计算机监控系统对油田联合站的各个生产工艺过程进行实时监控、与数据采集等,计算机监控系统的发展为油库的自动化监测注入了新的活力因为油库是油气运输过程中的一个重要环节,它直接关系到外输原油的质量,其工艺特点是系统关联紧密、操作规程严格、系统运行状况复杂多变且系统过程中流程多变所以采用计算机监控系统对其工艺过程进行实时监控可以有效的提高生产率、减少事故发生率、降低工人的劳动强度本文主要针对油库发油、卸油等工艺过程介绍了其计算机监控系统硬件以及软件的设计
1.1油库油库的简介所谓油库是指将开采的原油集中进行管线运输,进行油罐的存储,完成对来油、输油及有关储油量的计算、盘存管理在此过程中,对含水的原油要进行脱水工艺处理,这样就形成了原油集输的若干个工艺处理过程在开采原油时,我国的很多油田都是中后期开采,油田由于注水所__出的原油含有较多的水分,目前一般为50%~80%,有的甚至高达90%,因此需要将原油中所含的水用各种方法分离出来 随着我国自动化水平的提高,油库生产实施自动化监控已经迫在眉睫油库是油田集输的重要组成部分,油库是实现油的安全储存,保证运输的油质量的重要过程,它直接关系到后一级单位如加油站的运作能否__、安全平稳生产,对整个油从开采到投产使用的整个流程的经济效益有极大的影响随着油田__进入高含水后期,油库工艺过程更加复杂,采用人工监控和常规仪表监控已很难满足生产要求油库是油田原油集输生产运输中最重要的生产工艺过程,它是集发油、卸油等多个工艺系统为一体的综合性生产过程,主要包括输油脱水、污水浅处理、污水深处理、注水、锅炉和配电等生产岗位或工艺环节上世纪九十年代,计算机控制开始应用于联合站生产过程,并取得了一定的应用效果但由于在方案选型、设计和管理维护等方面存在一些问题,总的来讲,应用效果不够理想目前,油库生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制等三种方法人工监测控制是由岗位操作人员根据检测仪表反映的工艺参数变化情况,凭经验对生产过程进行人工控制,其工作效率和安全系数都很低,已不能满足较高的工业过程控制的要求常规仪表控制采用各种检测和控制仪表实现对现场各种工艺参数的采集处理、显示、__和调节控制,保证生产过程的高效、安全和平稳运行这种控制方式已在油库生产中得到了广泛的应用计算机监测控制是从上世纪七十年代迅速发展起来的一种功能强大的现代工业过程控制方法它采用计算机技术与自动化仪表相结合,对工业生产过程中的各种工艺参数进行处理、运算、显示和控制相对于常规仪表控制,它可以提供更为复杂的控制算法,通过对各种相关参数进行综合分析,实现协调管理和优化控制综上所述,在油库生产过程中,如何合理选择、设计安全可靠和便于维护的计算机监控系统,保证油库生产的平稳运行和优化控制,实现节能降耗和安全生产,提高生产管理水平,是目前自动化技术在油田生产应用中面临的重要课题
1.2机算机监控系统的介绍计算机监控技术时一门综合性的技术他是计算机及技术(包括软件技术,接口技术,通信技术,网络技术,显示技术)、自动控制技术、自动检测技术和传感技术的综合应用任何一个计算机监控系统的设计与__基本上由六阶段组成的既可行性研究、初步设计、详细设计、系统设施、系统测试和系统运行当然,这六个阶段并不是完全按照直线顺序进行的在任何一个阶段出现了问题都可以返回到前面的阶段进行修改所谓计算机监控就是利用传感器装置将被监控对象中的物理参量(如温度、压力、流量、液位、速度)转换为电量,并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来,从而时操作人员能够直观而迅速的了解被监控对象的变化过程通过应用计算机监控技术,可以稳定和优化生产工艺,提高产品质量,降低能源和原材料的消耗,降低生产成本还可以降低劳动这的强度,并且提高管理水平,从而带来极大的社会效益正因为如此计算机监控技术以在各个领域都有所发展计算机监控系统可以由一下几个部分组成计算机(含可视话的人机界面)、输入输出装置(板卡),监测、变松机构设计原则有可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、__周期短原则图1-1就是一个典型的计算机测控系统组成原理图图1-1计算机监控系统结构图
1.3计算机监控系统的主要特点与原则主要特点
(1)实时性对工业生产过程进行实时在线检测与控制,按优先级进行采集和输出调节,保证被控系统的正常运行
(2)可靠性具有在较为恶劣的工业现场__工作的能力,并具有良好的故障诊断和维护性
(3)较强的输入/输出能力可与工业现场的检测仪表和控制装置相连接,完成各种测量控制任务
(4)应用软件丰富目前大多数计算机监控系统以WINDOWS做工作平台,系统软件、应用软件丰富,可提供良好的人机界面,特别是组态软件更为用户提供了方便设计原则可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、__周期短原则
1.4某油田油库监控系统的硬件设计1.
4.1油库简介所谓油库是指将开采的原油集中进行管线运输,进行油罐的存储,完成对来油、输油及有关储油量的计算、盘存管理在此过程中,对含水的原油要进行脱水工艺处理,这样就形成了原油集输的若干个工艺处理过程,如下图
1.4油库的工艺流程与主要技术指标
(1)分离器流程从各个采油队输送过来的原油首先通过计量器计量后又进__合站的油气水三相分离器,在这里实现气体和液体的分离原油从分离器一端进入,然后天然气从另一端上部流出进行天然气外输,而油水混合的液体从下部流出进入一次沉降罐
(2)油罐区流程油罐区的储罐主要的任务是进行油水分离,由一次沉降罐、二次沉降罐、净化油罐组成,分离器将油水混合液体输入一次沉降罐,一次沉降罐分离出大部分的原油,并把部分天然气再行收集,而将水输到污水区,进行污水处理经过一次沉降罐的原油流入二次沉降罐继续进行油水分离,这之后的原油已经含水很少了,然后原油进入加热炉加热和脱水器脱水经过加热和脱水后的原油进入净化油罐,等待外输
(3)加热炉流程从油罐区二次沉降罐输送过来的原油在这里经过加热,以利于原油的输送,然后送到脱水器脱水
(4)原油外输流程经过加热和脱水处理的原油含水已经很少,通过原油外输泵将原油输送出联合站污水处理工艺流程在这一流程里,从一次沉降罐过来的污水首先进入缓冲罐,将含有的残留天然气进行收集,然后经过加药泵进行加药处理,再进入过滤罐过滤,最后将经过处理的污水输出根据联合站的工艺流程和各个设备的工作原理,整个监控系统需要处理
(1)控制三相分离器上油室、水室的液位恒定
(2)监测三相分离器上油室、水室的液位、温度、压力及__、
(3)监测遍布整个战区的气体浓度及报
(4)监测俩个沉降罐的油室、水室的液位、温度、压力及__
(5)监测脱水泵、脱水器、加药泵、污水外输泵、外输泵各自前后的压力,控制各个泵的起、停,显示其运行状况及__
(6)监测净化油罐、污水缓冲罐,过滤罐、加热炉的温度及液位及__二.初步分析根据此油库的工艺流程可知系统需要监控各个泵、分离器加热炉的液位、温度、压力、气体浓度,以及监测及各个泵运行状况显示其中液位、温度、压力、气体浓度等__经过相应的变送气后都会转换为与现场最大、最小值对应的4~20__电流__,都是模拟量输入__各个泵运行状况对应数字量输入__控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡来控制各个泵的运行状况及启停显示都是数字量输入__可以采用西门子的数字量输入模块当前液位的__接入PCI-1713总线的隔离高速模拟量输入卡,与人工设置的定值相比较,通过分析,调节泵的转速来控制油室、水室的液位恒定根据油库的流程图,先要列出统计出系统的I/O点数,系统的I/O点数如表1所示.系统I/O点数通过列表的形式列举如下表表2-1油库监控系统I/O变量表序号设备名称总点数控制要求AIAODIDO1计量器16来油的温度、压力2*4=8温度、压力控制2*4=82两个汽油罐6温度、压力、液位3*2=63两个柴油罐6温度、压力、液位3*2=64一个来油泵4泵前后的压力2控制泵的起、停1泵运行情况显示15站区16气体浓度监测16合计5838811在详细统计完I/O点数后,还要列写每个点的参数表,参数表中每一个值都必须与现场完全对应,在此仅模拟两个表2-2模拟量I/O点参数表I/O位号变量名称变量说明I/O类型工程单位__类型量程上限量程下限__上限__下限偏差__正常值1-1QYG汽油罐液位AIm__10091151-2QYGK汽油罐液位控制__AO℃__100080301050表2-3数字量I/O点参数表I/O位号变量名称变量说明I/O类型正常状态__类型__上限__下限逻辑极性2-1LYB来油泵启动DO1V240正2-2LYBK来油泵运行情况DI1V240正三.系统监控硬件选型与介绍
3.1主机部分在联合站工业生产现场,腐蚀性气体多,且需要计算机24小时连续不断地运行,因此对生产现场的设备较其他行业要求更高所以针对主机,我们选择由我国__省研华公司生产的IPC-610H型工控机,该机适合于对数据的收集,处理有极高专业要求的行业,能给各行业提供高性能、高可靠性的工业级计算机平台研华工控主机主要特征•IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计•支持14槽ISA/PCI底板•支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置
3.5”硬盘•1个带防尘过滤网的86CFM风扇选配·InterPIV
2.4GMCPU·西部数据80G硬盘·Kingston256M内存·工业键盘及光电鼠标显示器带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器主要特征·19寸SXGATFTLCD分辨率达到1280*1024·输入__自动识别·最高亮度可达250cd/m2·多扫描功能支持SXGA,XGA,SVGA,VGA和文本模式·支持多__输入:VGADVIVideo和S-Video·不锈钢机箱符合NE__4/IP65标准的防锈前面板·支持面板__壁挂式__机架__和VESA悬臂__
3.2PLC·__322数字量输出模块该模块是德国西门子公司生产的S7-300PLC系列数字量输出模块,为16通道的数字量输出模块主要性能与指标·可用于连接电磁阀,接触器,小功能电机、灯和电机启动器·数字量输出模块将S7-300的内部__电平转化为控制过程所需的外部__电平·16路增强数字量输出模块·额定负载电压,输出范围为
20.4-
28.8V·输出电流,__为0是电流为
0.5____为1时-60℃时的电流为
0.5__·RS-232C接口·__323数字量输入/输出模块主要性能与指标·8通道的数字量输入/输出模块·可用于连接开关、2总线近开关,小功率电机等·可将控制过程的外部数字量电平转化为S7-300的内部__电平·也可将S7-300的内部__电平转化为控制过程的外部数字量电平·RS-232C接口·研华工控主机主要特征•IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计•支持14槽ISA/PCI底板•支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置
3.5”硬盘•1个带防尘过滤网的86CFM风扇选配·InterPIV
2.4GMCPU·西部数据80G硬盘·Kingston256M内存·工业键盘及光电鼠标·RS-232C接口显示器带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器主要特征·19寸SXGATFTLCD分辨率达到1280*1024·输入__自动识别·最高亮度可达250cd/m2·多扫描功能支持SXGA,XGA,SVGA,VGA和文本模式·支持多__输入:VGADVIVideo和S-Video·不锈钢机箱符合NE__4/IP65标准的防锈前面板·支持面板__壁挂式__机架__和VESA悬臂__某油田联合站监控系统设备清单
3.3仪表由于所有气体浓度、液位、温度和压力__比较重要,必须要在现场控制柜显示,所以要选用控制柜上的显示仪,这里我们选择昌晖公司的SWP-LCD-M型多通道巡检控制仪,该表可以轮流显示十六路模拟数据,选择RS-485接口型气体浓度、压力和温度__共45路,所以可选用3台,有3*16-45=3路冗余仪表都选用RS-485接口1SWP-LCD-M概述SWP-LCD-M多路仪表适合于需要同时对多组过程参量(≤16)进行集中监测,超限__,变送输出及远传的场合SWP-LCD-M多路仪表在设计上吸纳了当今电脑结构思路硬件上采用内带快闪存储器的新型微处理器,扩充了大容量的数据存储区,显示器采用大屏幕液晶图形显示板,软件上引入中文Windows的框架思路,并采用了数据压缩技术准电脑化的结构,高度地体现了微处理器化仪表的灵活性,成功地解决了多路仪表的分度号可自由设定,测量值集中显示等难题SWP-LCD-M多路仪表在人机操作与观察界面上都对传统的二次仪表做了挑战性的__,以中文菜单引导组态操作以集中的数据画面显示多路测量结果,以明确的文字信息标识画面内容的涵义,简洁直观地给人以“智能”的__SWP-LCD-M多路仪表可接16路被测__,根据用户设定要求完成从__采集,显示,变送到远传的全过程SWP-LCD-M多路仪表的打印接口可直接与带有RS232串行口的打印机连接,完成定时打印,即时打印或__打印SWP-LCD-M多路仪表的串行通讯接口可与上位机进行数据传输,实现记录数据的集中管理2SWP-LCD-M技术指标输入__模拟量输入电压0——5V1——5V电流0——10__4——20__输出__模拟量输出电流0——10__(负载≤750Ω)4——20__(负载≤500Ω)电压0——5V(负载≥250KΩ)1——5V(负载≥250KΩ)开关量输出继电器触点容量AC220V/3A,DC24V/5A(阻性负载)SCR输出——400V/
0.5ASSR输出——6–9V/
0.05A馈电输出DC24V/30m精度
0.5%FS±1字或
0.2%FS±1字采样周期1秒/通道输入回路8路或16路测量范围-1999-------9999字显示方式背光式大屏幕液晶(LCD)图形显示板显示内容由汉字、西文、数字、工程单位等组成通过面板按键可完成画面翻页,LCD背光时间长短等操作控制方式可选择带回差的ON/OFF控制通讯输出RS232/485,波特率1200pbs——
28.8kpbs可设置参数设定中文菜单提示,面板按键设定或上位机通过通讯口设定,设定参数__锁定保护方式设定参数永久保存,记录数据断电保存,内置Watchdog电路功耗≤5W使用环境环境温0—50℃相对湿度≤85%RH避免强腐蚀性气体电源电压AC220V+10-15%50—60HzAC90V—260V(开关电源)DC24V±2V(开关电源)3SWP-LCD-M工作原理本仪表原理如图3-1所示,仪表以单片微处理器为基础,通过输入电路把模拟__经A/D转换器转换成数字__,微处理器根据采样的结果与设定内容进行计算,比较后显示结果及输出控制__频率/�模拟量输入通道�A/D转换器光电隔离微处理器LCD图形显示板面板设定光电隔离光电隔离光电隔离变送输出开关量输出通讯接口输出图3-1SWP-LCD-M工作原理
3.4其他设备系统还需要选用打印机、电源及显示器等其他设备,这里我们选用惠普彩色喷墨打印机、山特3KVA型UPS电源(不间断电源)某油田联合站监控系统设备清单序号类别名称型号技术要求数量1计算机部分工控主机研华IPC610PIV
1.8/521MDRAM/40G/
1.4M/50X1台19寸彩显19寸LCD19寸工业平板显示器1台UPS电源山特3KVA3KVA
0.5小时1台彩色打印机惠普A3彩色喷墨打印机1台2控制器板卡部分和仪表部分AI板卡研华PCI-171332个模拟量输入通道一块AO板卡研华PCI-17214个模拟量输出通道一块多通道巡检控制仪昌辉SWP-LCD-M16路多通道巡检控制仪控制输出方式电压/电流输出,设定/显示精度;+
0.5%FS+1位数__x两块智能多回路PID控制器昌辉SWP-SSR48段PID自整定控制仪,测量精度±
0.5%ES,测量范围-1999——9999字,8路输入,4路输出一块__转换器研华ADAM-4520RS-232到RS-485转换器一块3软件部分操作系统Windows2000NTMicrosoftWindows2000NT一套组态软件Kingview
6.51北京亚控“组态王
6.51”一套4控制柜仪表盘柜KG-221型仪表控制柜,2100×900×600(高×宽×深),配套接线端子,端子排,汇线槽及内部接线一台小型操作台西仪横河西仪横河计算机专用操作平台一台四.监控系统实现及监控系统方案设计监控系统采用一台研华工控机,配带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器,带有UPS电源的A3幅面彩色喷墨打印机系统采用板卡和PLC对三相分离器和各个泵的油室、水室的液位恒定控制现场所有模拟输入量都是先接入昌辉公司十六路巡检仪,然后计算机通过RS-485总线与巡检仪及PID控制仪通信,将现场数据采集进计算机现场所有数字量都是计算机通过研华公司的板卡PCI-1713数字量读入现场泵的运行状态,再通过研华公司的板卡PCI-1721输出现场泵的启停指令监控系统的方案硬件示意图
4.1及监控系统的输入输出原理图
4.2如下图19寸彩显研华工控机西门子__322西门子__323SWP-LCD-SSRSWP-LCD-MSWP-LCD-MSWP-LCD-M16路增强DO8增强DO/DI48段PID自整16路多通道16路多道16路多道模块模块控制仪巡检控制仪巡检控制仪巡检控制仪图4-1系统硬件示意图RS-232RS-4851路泵状1路泵启4路液位7路压力5路液位16路气体态显示停控制PID控制__监测__监测浓度监测6路温度__监测4-2监控每个系统方案硬件示意图____
[1]程__,李增华.消防工程学[M].中国矿业大学出版社,
2002.97-101
[2].徐竟天,汪跃龙.《石油安全工程》课程设计指导书.西安石油大学
[3].汪跃龙.《石油安全工程》,西安石油大学
[4].《计算机监控系统》,西安石油大学附录这次课程设计主要是对油库进行计算机监控系统的硬件设计,对原油液位、温度、压力进行实时监测,对液位进行恒定控制,当出现异常情况时,及时发出警报,从而提高联合站的安全性在这次课程设计中,要进行硬件的设计,本次设计中采用PLC和监控仪表,在现场端,我们以PLC和监控仪表作为主控制系统,对联合站监控系统进行控制,由板卡和监控仪表向计算机发送数据,计算机处理数据后根据具体情况向板卡和监控仪表发出相应的指令,控制板卡和监控仪表的运行这种通过板卡和监控仪表和计算机通信的方式可以对联合站的现场设备进行实时监控通过此次课程设计,我不仅了解了板卡和监控仪表的实际应用以及其与计算机的连接,要求运用已学过各类传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识,完成监控系统硬件方案、设备选型、设备接线等各功能的设计同时要求进一步熟悉相关计算机监控系统的硬件组成与方案,学会计算机监控系统硬件设计的步骤和方法,培养初步设计小型计算机安全监控系统硬件方案的能力熟悉联合站工艺流程、监控目标及要求学会常用的监控系统硬件(尤其是各类仪表、PLC等)参数,了解其工作原理学会计算机监控系统各类板卡、仪表、PLC、模块等的选型,能用所选硬件搭建符合联合站工艺流程和监控目标的硬件系统这次课程设计也使我认识到,在以后的工作中要通过建立实时监控系统来监测设备、预防事故,为我以后的学习指明了方向ups打印机打印机19寸工业平板彩色显示器ups研华工控机IPC-610ADAM4520SWP-LCD-M316路AISWP-LCD-M316路AISWP-LCD-M116路AISWP-LCD-SSR8增强DO/DI控制仪西门子__3238增强DO/DI模块西门子S16路增强DOM322模块。