油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)四(采用PLC方案1)資料.

1、西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)目 錄1 緒論.1 1.1 油庫的介紹.1 1.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的介紹.1 1.3 油庫的工藝流程與主要技術(shù)要求.1 1.3.1 油庫的工藝流程.1 1.3.2 主要技術(shù)指標(biāo).3 1.3.3 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì).32 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).4 2.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu).4 2.2 各結(jié)構(gòu)（模塊）的功能及簡(jiǎn)單說明.4 2.3 控制的總體思路.43 硬件系統(tǒng)設(shè)備選型.54 監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì).6 4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).6 4.2 硬件方案示意圖.6 4.3 監(jiān)控系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖.7 4.4 油田油庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單.85 總結(jié).10參考文獻(xiàn).1110 1 緒 論1.1 油庫的介紹 凡

2、是用來接收、儲(chǔ)存和發(fā)放原油或原油產(chǎn)品的企業(yè)和單位都稱為油庫。同時(shí)，油庫也指用以貯存油料的專用設(shè)備，因油料具有的特異性用以相對(duì)應(yīng)的油庫進(jìn)行貯藏。油庫是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運(yùn)輸?shù)募~帶，是國家石油儲(chǔ)備和供應(yīng)的基地，它對(duì)于保障國防和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。在此過程中，對(duì)含水的原油要進(jìn)行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€(gè)工藝處理過程。在開采原油時(shí)，我國的很多油田都是中后期開采，油田由于注水所開發(fā)出的原油含有較多的水分，目前一般為5080，有的甚至高達(dá)90，因此需要將原油中所含的水用各種方法分離出來。 隨著油田開發(fā)進(jìn)入高含水后期，油庫工藝過程更加復(fù)雜，采用人工監(jiān)控和

3、常規(guī)儀表監(jiān)控已很難滿足生產(chǎn)要求。油庫是油田原油集輸生產(chǎn)運(yùn)輸中最重要的生產(chǎn)工藝過程，它是集發(fā)油、卸油等多個(gè)工藝系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程，主要包括輸油脫水、污水淺處理、污水深處理、注水、鍋爐和配電等生產(chǎn)崗位或工藝環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制是從上世紀(jì)七十年代迅速發(fā)展起來的一種功能強(qiáng)大的現(xiàn)代工業(yè)過程控制方法。它采用計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化儀表相結(jié)合，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、顯示和控制。相對(duì)于常規(guī)儀表控制，它可以提供更為復(fù)雜的控制算法，通過對(duì)各種相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)管理和優(yōu)化控制。綜上所述，在油庫生產(chǎn)過程中，如何合理選擇、設(shè)計(jì)安全可靠和便于維護(hù)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，保證油庫生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)

4、行和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)管理水平，是目前自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)應(yīng)用中面臨的重要課題。1.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的介紹 所謂計(jì)算機(jī)監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對(duì)象中的物理參量（如溫度、壓力、流量、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量，并且在計(jì)算機(jī)的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而時(shí)操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對(duì)象的變化過程。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)，可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。還可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以由以下幾個(gè)部分組成：計(jì)算機(jī)（含可視話的人機(jī)界面）、輸入輸出裝置，監(jiān)測(cè)、變送機(jī)構(gòu)。 設(shè)計(jì)原則有可靠性原則、使用方

5、便原則、開放性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、開發(fā)周期短原則。主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性，可靠性，較強(qiáng)的輸入輸出能力，應(yīng)用軟件豐富。 1.3 油庫的工藝流程與主要技術(shù)要求1.3.1 油庫的工藝流程（1）分離器流程。從各個(gè)采油隊(duì)輸送過來的原油首先通過計(jì)量器計(jì)量后又進(jìn)入聯(lián)合站的油氣水三相分離器，在這里實(shí)現(xiàn)氣體和液體的分離。原油從分離器一端進(jìn)入，然后天然氣從另一端上部流出進(jìn)行天然氣外輸，而油水混合的液體從下部流出進(jìn)入一次沉降罐。（2）油罐區(qū)流程。油罐區(qū)的儲(chǔ)罐主要的任務(wù)是進(jìn)行油水分離，由一次沉降罐、二次沉降罐、凈化油罐組成，分離器將油水混合液體輸入一次沉降罐，一次沉降罐分離出大部分的原油，并把部分天然氣再行收集，而將水輸?shù)轿?/p>

6、水區(qū)，進(jìn)行污水處理。經(jīng)過一次沉降罐的原油流入二次沉降罐繼續(xù)進(jìn)行油水分離，這之后的原油已經(jīng)含水很少了，然后原油進(jìn)入加熱爐加熱和脫水器脫水。經(jīng)過加熱和脫水后的原油進(jìn)入凈化油罐，等待外輸。（3）加熱爐流程。從油罐區(qū)二次沉降罐輸送過來的原油在這里經(jīng)過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。（4）原油外輸流程。經(jīng)過加熱和脫水處理的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原油輸送出聯(lián)合站。（5）污水處理工藝流程。在這一流程里，從一次沉降罐過來的污水首先進(jìn)入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進(jìn)行收集，然后經(jīng)過加藥泵進(jìn)行加藥處理，再進(jìn)入過濾罐過濾，最后將經(jīng)過處理的污水輸出1.3.2 主要技術(shù)要求（1）控制三相分離器上油

7、室、水室的液位恒定。（2）監(jiān)測(cè)三相分離器上油室、水室的液位、溫度、壓力及報(bào)警。（3）監(jiān)測(cè)遍布整個(gè)戰(zhàn)區(qū)的氣體濃度及報(bào)警。（4）監(jiān)測(cè)倆個(gè)沉降罐的油室、水室的液位、溫度、壓力及報(bào)警。（5）監(jiān)測(cè)脫水泵、脫水器、加藥泵、污水外輸泵、外輸泵各自前后的壓力，控制各個(gè)泵的起、停，顯示其運(yùn)行狀況及報(bào)警。（6）監(jiān)測(cè)凈化油罐、污水緩沖罐，過濾罐、加熱爐的溫度及液位及報(bào)警。1.3.3 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 序號(hào)設(shè)備名稱總點(diǎn)數(shù) 控制要求AIAODI DO1計(jì)量器16來油的溫度、壓力2*4=8溫度、壓力控制2*4=82兩個(gè)汽油罐6溫度、壓力、液位3*2=6 3兩個(gè)柴油罐6溫度、壓力、液位3*2=64一個(gè)來油泵4泵前后的壓力2控

8、制泵的起、停 1泵運(yùn)行情況顯示 1 5 站區(qū) 16氣體濃度監(jiān)測(cè) 16合計(jì)58 38 8 1 12 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2-12.2 各結(jié)構(gòu)（模塊）的功能及簡(jiǎn)單說明 計(jì)算機(jī)：按照預(yù)先存放在內(nèi)存中的程序指令，不斷由過程輸入通道獲取被控對(duì)象運(yùn)行工況的信息，并按照程序中規(guī)定的算法，或操作人員通過鍵盤輸入的操作命令自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算和判斷，及時(shí)地產(chǎn)生并通過過程輸出通道向被控對(duì)象發(fā)出相應(yīng)控制命令以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的自動(dòng)控制。 I/O接口：是計(jì)算機(jī)與生產(chǎn)過程之間信息聯(lián)系的橋梁和紐帶。計(jì)算機(jī)與生產(chǎn)過程之間的信息傳遞都是通過其進(jìn)行的。 檢測(cè)/執(zhí)行：用于對(duì)被控對(duì)象的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)變

9、送。2.3 控制的總體思路 根據(jù)此油庫的工藝流程可知系統(tǒng)需要監(jiān)控各個(gè)泵、分離器加熱爐的液位、溫度、壓力、氣體濃度，以及監(jiān)測(cè)及各個(gè)泵運(yùn)行狀況顯示。其中液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的變送氣后都會(huì)轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場(chǎng)最大、最小值對(duì)應(yīng)的 420MA電流信號(hào)，都是模擬量輸入信號(hào)。各個(gè)泵運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入信號(hào)?？刂品蛛x器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡來控制。各個(gè)泵的運(yùn)行狀況及啟停顯示都是數(shù)字量輸入信號(hào)。可以采用西門子的數(shù)字量輸入模塊。當(dāng)前液位的信號(hào)接入PCI-1713總線的隔離高速模擬量輸入卡，與人工設(shè)置的定值相比較，通過分析，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來控制油室、水室的液位恒定。 3 硬件系統(tǒng)設(shè)備選型計(jì)算

10、機(jī)：在油庫工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，腐蝕性氣體多，且需要計(jì)算機(jī)24小時(shí)連續(xù)不斷地運(yùn)行， 因此對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備較其他行業(yè)要求更高。所以針對(duì)主機(jī)，我們選擇由我國臺(tái)灣省研華公司生產(chǎn)的IPC-610H型工控機(jī)，該機(jī)適合于對(duì)數(shù)據(jù)的收集，處理有極高專業(yè)要求的行業(yè)，能給各行業(yè)提供高性能、高可靠性的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)電源：250W工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電源 PS-250ATX-ZE。 主板：PCA-6010V，支持雙通道DDR2 667 SDRAM，最高可達(dá)4 GB，G2版本支持CF插槽和DVI接口。符合PICMG 1.0標(biāo)準(zhǔn)，支持LGA 775 Intel Core? 2 Duo FSB 1066 MHz處理器。單GBE LAN vi

11、a PCIE x1通道。 板卡：PCI-1713。PCI-1713 是一款 PCI 總線的隔離高速模擬量輸入卡， 它提供了 32 個(gè)模擬量輸 入通 道，采樣頻率可達(dá) 100KS/S，12 位分辨率及 2500YDC 的支流隔離保護(hù)。2500YDC隔離保護(hù)，32路單端或16路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位A/D轉(zhuǎn)換分辨率，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率可達(dá)100KS/s，每個(gè)輸入通道的增益可編程，卡上4K采樣FIFO緩沖器，支持軟件、內(nèi)部定時(shí)器出發(fā)或外部觸發(fā)。板卡：PCI-1721。由于AO信號(hào)共有8路，故可選用3塊4路增強(qiáng)模擬量輸出卡PCI-1721。PCI-1721是一款高性能PCI總線模擬

12、輸出卡，每個(gè)模擬量輸出通道都帶有一個(gè)12為的雙緩沖DAC.輸出卡具有強(qiáng)大的獨(dú)特功能，PCI-1721是要求連續(xù)高速模擬量輸出或?qū)崟r(shí)波形輸出應(yīng)用的理想選擇。5MHZ最大數(shù)字更新速率，自動(dòng)校準(zhǔn)功能，4路模擬量輸出帶1KFIFO，每個(gè)模擬量輸出通道帶一個(gè)12位DAC，帶外/內(nèi)部出發(fā)的實(shí)時(shí)波形輸出功能，同步波形輸出功能。PLC:SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊。8通道的數(shù)字量輸入/輸出模塊,可用于連接開關(guān)、2總線近開關(guān)，小功率電機(jī)等可將控制過程的外部數(shù)字量電平轉(zhuǎn)化為S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平。也可將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程的外部數(shù)字量電平4 監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)此油

13、庫的工藝流程可知系統(tǒng)需要監(jiān)控各個(gè)泵、分離器加熱爐的液位、溫度、壓力、氣體濃度，以及監(jiān)測(cè)及各個(gè)泵運(yùn)行狀況顯示。其中液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的變送器后都會(huì)轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場(chǎng)最大、最小值對(duì)應(yīng)的 420mA電流信號(hào)，都是模擬量輸入信號(hào)。各個(gè)泵運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入信號(hào),控制分離器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡來控制。各個(gè)泵的運(yùn)行狀況及啟停顯示都是數(shù)字量輸入信號(hào)?？梢圆捎梦鏖T子的數(shù)字量輸入模塊。當(dāng)前液位的信號(hào)接入PCI-1713總線的隔離高速模擬量輸入卡，與人工設(shè)置的定值相比較，通過分析，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來控制油室、水室的液位恒定。 根據(jù)油庫的流程圖，系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)通過列表的形式列舉如下表。I

14、/O位號(hào)變量名稱變量說明I/O類型工程單位信號(hào)類型量程上限量程下限報(bào)警上限報(bào)警下限偏差報(bào)警正常值1-1QYG汽油罐液位AI mmA10 0 9 1 1 5 1-2QYGK汽油罐液位控制信號(hào)AO mA 100 0 80 30 10 50 表4-1汽油罐液位信號(hào)I/O統(tǒng)計(jì)I/O位號(hào)變量名稱變量說明I/O類型正常狀態(tài)信號(hào)類型信號(hào)上限 信號(hào)下限2-1WSB外輸泵啟動(dòng)DI1 V 24 0 2-2WSBK外輸泵運(yùn)行DO 1 V 24 0 表4-2外輸泵信號(hào)I/O統(tǒng)計(jì)4.2 硬件方案示意圖 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)泵及分離器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制如圖所示。監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖及監(jiān)控系統(tǒng)方案硬件示意圖如下ups 21寸彩顯

15、打印機(jī) 研華工控機(jī) 圖41 系統(tǒng)硬件示意圖 各個(gè)泵的運(yùn)行狀況及啟停顯示都是數(shù)字量輸入信號(hào)?？梢圆捎梦鏖T子的數(shù)字量輸入/輸出模塊。當(dāng)前液位的信號(hào)接入PCI-1713總線的隔離高速模擬量輸入卡，與人工設(shè)置的定值相比較，通過分析，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來控制油室、水室的液位恒定。 根據(jù)集油站的各個(gè)工藝流程，可以看到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量類型主要有壓力、溫度、液位、界位、電量等，所以需要相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以及利用控制閥進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 4.3監(jiān)控系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖21寸工業(yè)平板彩色顯示器打印機(jī)研華工控機(jī)UPS RS-232 ADAM4520ADAM4520 RS-232 RS-485 RS485RS485PCI1721

16、AO3路壓力信號(hào)PCI1713AI16路氣體濃度檢測(cè)信號(hào)PCI1713AI8路溫度信號(hào)12路壓力信號(hào)4個(gè)液位信號(hào)PCI1721AO3路溫度信號(hào)PCI1721AO1路壓力信號(hào)1路溫度信號(hào)PLC SM232DI/DO泵的啟停及運(yùn)行圖4-2監(jiān)控系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖4.4 油田油庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單序號(hào)類別名稱型號(hào)技術(shù)要求數(shù)量1計(jì)算機(jī)部分工控主機(jī)研華IPC610PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X1臺(tái)19寸彩顯19寸LCD19寸工業(yè)平板顯示器1臺(tái)UPS電源山特3KVA3KVA 0.5小時(shí)1臺(tái)彩色打印機(jī)惠普A3,彩色噴墨打印機(jī)1臺(tái)2控制器板卡部分和PLC部分AI板卡研華PCI-171332

17、個(gè)模擬量輸入通道兩塊AO板卡研華PCI-17214個(gè)模擬量輸出通道三塊PLC西門子SM2328數(shù)字量輸入輸出一塊智能多回路PID控制器昌輝SWP-SSR48段PID 自整定控制儀，測(cè)量精度：±0.5%ES，測(cè)量范圍：-19999999字，8路輸入，4路輸出一塊信號(hào)轉(zhuǎn)換器研華ADAM-4520RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器一塊3控制柜儀表盤柜KG-221型儀表控制柜，2100×900×600（高×寬×深），配套接線端子，端子排，匯線槽及內(nèi)部接線 一臺(tái)小型操作臺(tái)西儀橫河西儀橫河計(jì)算機(jī)專用操作平臺(tái)一臺(tái) 表4-3油田油庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單5 總 結(jié) 此次課程設(shè)計(jì)要求進(jìn)一步熟悉相關(guān)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成與方案，學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的步驟和方法，培養(yǎng)初步設(shè)計(jì)小型計(jì)算機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案的能力。熟悉聯(lián)合站工藝流程、監(jiān)控目標(biāo)及要求。學(xué)會(huì)使用常用的監(jiān)控系統(tǒng)硬件，了解其工作原理。學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中各類智能儀表的選型，能用所選硬件搭建符合聯(lián)合站工藝流程和監(jiān)控目標(biāo)的硬件系統(tǒng)。  油庫的安全離不開對(duì)各個(gè)I/O接口的設(shè)置與監(jiān)控，只有將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與安全檢測(cè)技術(shù)結(jié)合起來，共同分析問題，才能達(dá)到更