聯(lián)合站安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計七采用板卡PLC方案

1、書目第1章 緒論11.1 國內(nèi)外油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的探討現(xiàn)狀1國外油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的探討現(xiàn)狀1國內(nèi)油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的探討現(xiàn)狀11.2 油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的意義21.3 原油聯(lián)合站簡介2油氣集輸系統(tǒng)3污水處理系統(tǒng)31.4 初步分析41.5系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計5第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計72.1初步分析72.2 聯(lián)合站的工藝流程和主要技術(shù)指標(biāo)7第3章 系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備選型和介紹93.1 板卡的類型和功能9板卡 PCI-172193.1.2 板卡 PCI-171393.1.3 板卡 PCI-175510第4章 監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計114.1 總體方案圖114.2 完整系統(tǒng)說明114.2.1

2、模擬量輸入/輸出模塊114.2.2 數(shù)字量輸入/輸出模塊11某油田聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備清單12第5章 結(jié)論13參考文獻14第1章 緒論1.1 國內(nèi)外油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的探討現(xiàn)狀 國外油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的探討現(xiàn)狀 美國海灣石油公司于 1954 年 10 月，建成世界上第一套自動監(jiān)控輸送系統(tǒng)（LedgeAutomatic Control Transmission System簡稱 LACT）裝置，解決了原油的自動收集、處理、計量和輸送問題。21 世 紀(jì)以 來， 隨著通 信 技術(shù) 的 發(fā) 展， SCADA （ Supervisory Control and DataAcquisition）

3、即監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于油田生產(chǎn)限制和管理中。SCADA系統(tǒng)和在油氣開采中的處理設(shè)備上的檢測儀表和限制設(shè)備干脆相連，這樣連接能夠?qū)崟r和不斷的獲得檢測儀表所檢測到的運行信息。SCADA 系統(tǒng)主要是面對操作人員的須要，也可以為多用途，供應(yīng)操作、計算、管理和運營等功能。國外有些油田 SCADA 系統(tǒng)實現(xiàn)了注氣、注水的優(yōu)化限制運行。SCADA 能夠把遠程獨立的單個油田作業(yè)變成一個具有很多緊密相關(guān)的功能的綜合加工過程，SCADA 已具有為相互聯(lián)系的處理作業(yè)的最優(yōu)化供應(yīng)定時獲得操作信息的實力。 目前國外油田更是建立了從原油生產(chǎn)、儲存、銷售全面監(jiān)控的自動化系統(tǒng)，將自動化系統(tǒng)上升到了現(xiàn)代管理的高度

4、。國內(nèi)油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的探討現(xiàn)狀 國內(nèi)油田聯(lián)合站的自動化建設(shè)起步較晚，初期發(fā)展較為緩慢。但在越來越重視降低投資和解能的今日，人們起先關(guān)注原油集輸系統(tǒng)的最佳節(jié)能限制，即如何把脫出的污水中的含油量降至最少，原油處理精度最高，使操作更為簡潔，運行更為平安牢靠。自 1992 年以來，國內(nèi)已有一些油田將計算機限制系統(tǒng)應(yīng)用于油田聯(lián)合站集輸系統(tǒng)，但這些計算機限制系統(tǒng)沒有很好的解決油田聯(lián)合站集輸系統(tǒng)限制上的問題。其主要緣由是：油田隨著開采時間的延長，采出油中的含水越來越高，而且近年來新井的投產(chǎn)較多，日產(chǎn)量不穩(wěn)，使各中轉(zhuǎn)站到聯(lián)合站的來液量波動很大，造成脫水系統(tǒng)壓力常常超出工藝允許范圍，原來的計算機限制系統(tǒng)

5、大都采納的是單回路給定點的 PID 限制算法，這種算法適用于原油含水低、來液量少且波動小的狀況。2000 年以后，針對延長油田定邊采油廠集輸聯(lián)合站工藝流程和平安生產(chǎn)要求，開發(fā)了基于智能網(wǎng)絡(luò)化的聯(lián)合站平安生產(chǎn)監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采納工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)，構(gòu)成聯(lián)合站生產(chǎn)工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和生產(chǎn)過程實時視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)合站生產(chǎn)過程平安監(jiān)視監(jiān)控和生產(chǎn)事故預(yù)警預(yù)報。運行表明，系統(tǒng)大大提高了聯(lián)合站生產(chǎn)過程自動化、平安生產(chǎn)保障實力和平安管理水平，具有典型的應(yīng)用示范作用。 和此同時考慮到陜北油田的特點研制了聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由工控計算機、分布式數(shù)據(jù)采集限制系統(tǒng)和 RS485 總線構(gòu)成，

6、實現(xiàn)聯(lián)合站原油精確計量，定量穩(wěn)定外輸，工藝過程和生產(chǎn)平安在線實時監(jiān)控。之后的探討中又結(jié)合延長油田靖邊采油廠聯(lián)合站工藝流程和平安要求，于 2007 年開發(fā)了基于雙機冗余的高牢靠性聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采納 IPC 工控機和 S7300PLC，構(gòu)成了 IPC4-PLCProfibus 的雙機冗余系統(tǒng)。系統(tǒng)既有雙機冗余熱機備份，又具有工程師站和操作員站功能，大大提高了聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的牢靠性和穩(wěn)定性。 雖然全國各地聯(lián)合站已不同程度的進行了油氣生產(chǎn)自動監(jiān)控系統(tǒng)的試點工作，但水平參差不齊，也暴露出很多問題，主要表現(xiàn)在現(xiàn)場設(shè)備牢靠性差，可維護性差，不能承受現(xiàn)場惡劣的工作環(huán)境（包括高溫、低溫、潮濕和沙塵）。因

7、此在很多狀況下，不能對數(shù)據(jù)進行局部微小的分析，難以讓工程師技術(shù)人員駕馭第一手資料。 從國內(nèi)油田監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程和今后的發(fā)展趨勢來看，自動化監(jiān)控技術(shù)將越來越多的應(yīng)用到油田聯(lián)合站、油井的監(jiān)控系統(tǒng)中，而且必將數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。1.2 油田集輸聯(lián)合站平安監(jiān)控的意義油田集輸聯(lián)合站的主要作用是接收各轉(zhuǎn)油站來油，對油氣水進行收集、存儲、分別、凈化、加熱、脫水、計量，將處理后合格的原油、凈化污水、凈化自然氣向下一級礦場油庫或外輸站和壓氣站輸送，在此過程中，對含水的原油要進行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€工藝處理過程。由于原油和自然氣是易燃易爆危急物質(zhì)，而且站內(nèi)壓力容器密布、油氣管道縱橫、系

8、統(tǒng)運行狀況困難且過程中流程多變，所以有極大的潛在事故危急性。 隨著國家政府部門對聯(lián)合站平安生產(chǎn)越來越重視，聯(lián)合站集輸過程實施自動化監(jiān)控已經(jīng)燃眉之急。因此，對聯(lián)合站進行平安監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，剛好精確地對運行設(shè)備的參數(shù)和狀況做出全面監(jiān)測，不僅使整個聯(lián)合站的平安運行得到保證，整個石化企業(yè)的平安和經(jīng)濟效益也能夠得以提升；同時計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運用對消退隱患、預(yù)防事故也起到了舉足輕重的作用。平安監(jiān)控系統(tǒng)引入的意義在于穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低勞動者生產(chǎn)強度，提高設(shè)備運行的平安性和牢靠性；同時可以有效的預(yù)防事故發(fā)生，削減財產(chǎn)損失和人員傷亡，這樣有助于提高聯(lián)合站的平安管理水平，從而在最大程度上獲得經(jīng)濟效益和社會效益

9、。 1.3 原油聯(lián)合站簡介該原油聯(lián)合站將各個采油隊輸送過來的原油進行油氣水分別、油水分別、原油存儲、原油加熱及外輸、污水處理等，實現(xiàn)對來油氣、出油氣的計算、盤庫。該原油聯(lián)合站內(nèi)主要分成油氣集輸和污水處理兩大工藝流程，另外還包括消防、自然氣密閉、大罐抽氣、陰極愛護等小的工藝流程。油氣集輸系統(tǒng)原油集輸過程中的設(shè)備一般由翻斗計量分別器、管道、閥門、三相分別器、換熱器、沉降罐、凈化油罐等組成。從各個單井或是汽車輸送過來的油（液）首先進入聯(lián)合站的油氣水三相分別器，在這里實現(xiàn)氣體和液體的分別，油（液）從分別器一端進入，然后自然氣從另一端上部流出進入除油器進行自然氣外輸，而油水混合的液體從下部流出進入換熱器

10、；從換熱器出來的油水混合液體輸入沉降罐，沉降罐分別出大部分的原油，而將水輸?shù)轿鬯畢^(qū)，進行污水處理。經(jīng)過沉降罐的二次油水分別后，原油已經(jīng)幾乎不含水了。在這之后基本上不含水的原油進入凈化油罐，等待外輸。進入凈化油罐的原油，由裝車泵加溫加壓后，由汽車外運。 工藝流程圖如下：自然氣分別器調(diào)壓計量計量站來油換熱器油氣分別器沉降罐凈化油罐污水接收罐汽車?yán)托队凸扌队捅醚b車鶴管裝車泵燃料氣或放空自然氣凈化油污水圖1-1 油氣集輸系統(tǒng)工藝流程污水處理系統(tǒng)油田污水主要指含油污水，油田污水經(jīng)處理后回注地層， 4此時要對水中的懸浮固體、分散油及浮油、膠體和乳化油的含量等多項指標(biāo)進行嚴(yán)格監(jiān)控，防止其對地層產(chǎn)生破壞。聯(lián)

11、合站通常采納把物理除油、混凝除油和過濾這3種方法，分別除去懸浮固體、乳化油和膠體、分散油及浮油。在我國一些干旱地區(qū)，水資源嚴(yán)峻缺乏，把經(jīng)過污水處理后的水重新注入地層，這樣就能夠合理有效利用凈化水，對水資源緊缺干旱地區(qū)具有很好的緩解作用。污水處理流程圖：油站來水收油罐混合罐斜板沉降緩沖罐除油裝置纖維球過濾器精細過濾器凈化水罐注水泵注水閥組圖1-2 污水處理流程依據(jù)聯(lián)合站的工藝流程和各個設(shè)備的工作原理，整個監(jiān)控系統(tǒng)須要處理：（1）限制三相分別器上油室、水室的液位恒定。 （2）監(jiān)測三相分別器上油室、水室的液位、溫度、壓力及報警。 （3）監(jiān)測倆個沉降罐的油室、水室的液位、溫度、壓力及報警。 （4）監(jiān)測

12、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 制各個泵的起、停，顯示其運行狀況及報警。 （5）監(jiān)測凈化油罐、污水緩沖罐，過濾罐、加熱爐的溫度及液位及報警。 （6）監(jiān)測遍布整個戰(zhàn)區(qū)的氣體濃度及報警。 1.4 初步分析1、液位、溫度、壓力、氣體濃度監(jiān)測以及各個泵運行狀況顯示。其中：液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號經(jīng)過相應(yīng)的變送器后都會轉(zhuǎn)換為和現(xiàn)場最大、最小值對應(yīng)的4-20mA電流信號，都是模擬量輸入信號。2、各個泵運行狀況顯示是對應(yīng)數(shù)字量輸入信號。3、限制分別器上油室、水室的液位恒定可以采納PLC來限制，限制原理是：油室、水室的當(dāng)前液位信號接入PLC限制器，和限制器內(nèi)的人工給定值進

13、行對比，輸出4-20mA的限制信號到變頻器，變頻器對50HZ溝通電進行變頻，輸出對應(yīng)于4-20mA的0-50HZ溝通電對泵上的驅(qū)動電機進行變頻調(diào)速，通過調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速或者流量來限制油室、水室的液位恒定。4、限制各個泵的起、停對應(yīng)數(shù)字量輸出信號。1.5系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計依據(jù)聯(lián)合站的流程圖，先要列出統(tǒng)計出系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)如表所示： 表1.2模擬量I/O點參數(shù)表舉例序號設(shè)備名稱總點數(shù)限制要求AIAODIDO1一個三相分別器16水室的液位、溫度、壓力2*3=6油室的液位、溫度、壓力2*3=6油室、水室液位恒定限制2*2=42兩個沉降罐4罐的液位、溫度2*2=43一個脫水泵2脫水

14、泵的液位、溫度2*1=24一個脫水器2脫水器的液位、溫度2*1=25一個加熱爐2加熱爐前后的溫度2*1=26一個凈化油罐2凈化油罐的液位、溫度2*1=27一個外輸泵6泵的前后壓力2*1=2限制泵的啟停2*1=2泵運行狀況顯示2*1=22*1=28一個加藥泵6泵的前后壓力2*1=2限制泵的啟停2*1=2泵運行狀況顯示2*1=29一個過濾罐2罐的液位、溫度2*1=210一個污水外輸泵6泵的前后壓力2*1=2限制各個泵的啟停2*1=2泵運行狀況顯示2*1=2合計4832466表1.1某油田集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表在統(tǒng)計完I/O點后還要統(tǒng)計參數(shù)點，并且每個參數(shù)點的設(shè)置要和現(xiàn)場一一對應(yīng)。I/O位號變量

15、名稱變量說明I/0類型工程單位信號類型量程上線量程下線報警上線報警下線偏差報警正常值1-1SISY一個三相分別器水室的液位AImmA10091151-2SISYK一號三相分別器水室液位的限制信號AOmA100080301050在具體統(tǒng)計完 I/O 點數(shù)后還要列出每個點的參數(shù)表， 下表列出了三相分別器的參數(shù)： 表1.3 數(shù)字量 I/O 點參數(shù)表I/O號位變量名稱變量說明I/O類型正常狀態(tài)信號類型信號上線信號下線邏輯極性2-1CIQD加藥泵的啟動DOIV240正2-2CIZK加藥泵的運行狀況DIIV240正第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計依據(jù)聯(lián)合站的各個工藝流程，可以看到現(xiàn)場測量類型主要有壓力、溫度、液位

16、、 界位、電量等，所以須要相應(yīng)的測量儀表進行數(shù)據(jù)采集，以及利用限制閥進行遠程限制。2.1初步分析初步分析液位、溫度、壓力、氣體濃度監(jiān)測及各個泵運行狀況顯示。其中液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號經(jīng)過相應(yīng)的變送氣后都會轉(zhuǎn)換為和現(xiàn)場最大、 最小值對應(yīng)的 4 20MA 電流信號，都是模擬量輸入信號。各個泵運行狀況對應(yīng)數(shù)字量輸入信號。 限制分別器上油室、水室的液位恒定可以采納板卡、PLC 儀表來限制2.2 聯(lián)合站的工藝流程和主要技術(shù)指標(biāo)（1）分別器流程。從各個采油隊輸送過來的原油首先通過計量器計量后又進入聯(lián) 合站的油氣水三相分別器，在這里實現(xiàn)氣體和液體的分別。原油從分別器一端進入， 然后自然氣從另一端上

17、部流出進行自然氣外輸， 而油水混合的液體從下部流出進入 一 次沉降罐。 (2)油罐區(qū)流程。油罐區(qū)的儲罐主要的任務(wù)是進行油水分別，由一次沉降罐、 次 沉降罐、 凈化油罐組成， 分別器將油水混合液體輸入一次沉降罐， 一次沉降罐分別 出 大部分的原油， 并把部分自然氣再行收集， 而將水輸?shù)轿鬯畢^(qū)， 進行污水處理。 過 經(jīng) 一次沉降罐的原油流入二次沉降罐接著進行油水分別， 這之后的原油已經(jīng)含水很少 了， 然后原油進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

18、）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。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 首先進入緩沖罐，將含有的殘留自然氣進行收集，然后經(jīng)過加藥泵進行加藥處理，再 進入過濾罐過濾，最終將經(jīng)過處理的污水輸出。依據(jù)以上分析，確定聯(lián)合站平安監(jiān)控的總流程圖如下：圖2-1 聯(lián)合站平安監(jiān)控總流程圖第3章 系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備選型和介紹3.1 板卡的類型和功能板卡 PCI-1721 板卡 PCI-1721 是一款高性能 PCI 總線模擬量輸出卡,每個模擬量輸出通道都帶有一個 12 位的雙緩沖 DAC. 此輸出卡具有很多強大的獨特功能,比如最大更新速率為 10

19、MHz 的波形輸出功能,自動校準(zhǔn)功能和板卡 ID 等。PCI-1721 是要求連續(xù)高速模擬量輸出 或 實時波形輸出應(yīng)用的志向選擇。 主要功能和技術(shù)指標(biāo)： 圖3-1 PCI-17214 路增加模擬量輸出卡 5MHz 最大數(shù)字更新速率 PCI 總線數(shù)據(jù)傳輸 自動校準(zhǔn)功能每個模擬量輸出通道帶一個 12 位 DAC 帶內(nèi)部/外部觸發(fā)的實時波形輸出功能 同步輸出功能 敏捷的輸入類型和范圍設(shè)定 板卡 PCI-1713 PCI-1713 是一款 PCI 總線的隔離高速模擬量輸入卡， 它供應(yīng)了 32 個模擬量輸 入通 道，采樣頻率可達 100KS/S，12 位辨別率及 2500YDC 的支流隔離愛護。 主要功

20、能和技術(shù)指標(biāo)： 2500VDC 隔離愛護 32 路單端或 16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式 圖3-2 板卡 PCI-171312 位 A/D 轉(zhuǎn)換辨別率 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達 100KS/S 給個輸入端的增益可 編程 卡上 4K 采樣 FIFO 緩沖器 支持軟件、內(nèi)部定時器觸發(fā)或外部觸發(fā) 板卡 PCI-1755 板卡 PCI-1755 是高速 32 通道數(shù)字量輸入輸出板卡，在計算 機監(jiān)控系統(tǒng)中有廣泛的 運用。 主要功能和技術(shù)指標(biāo)： 圖3-3 板卡PCI-1755總線限制 DMA 數(shù)據(jù)傳輸，支持 satter/gather 技術(shù) 32/16/8 位模式 I/O 處理，帶啟/停觸發(fā)功

21、能， 2 個模式 握手 I/O 中斷處理實力 板載主動終端電阻，高速和遠程傳輸 支持模式匹配和狀態(tài)變更檢測中斷功能 通用 8 通道數(shù)字量 第4章 監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計4.1 總體方案圖圖4-1 總體方案設(shè)計圖4.2 完整系統(tǒng)說明 模擬量輸入/輸出模塊模擬量輸入輸出共36路，其中模擬量輸出32路，輸入4路 數(shù)字量輸入/輸出模塊數(shù)字量輸入輸出模塊各六塊，分別由研華PCI-1751，PCI-1755限制。4.2.3某油田聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備清單 表4.1 聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備清單序號類別名稱型號技術(shù)要求數(shù)量1計算機部分工控主機研華IPC610PIVI.8/521MDRAM、40G/1.4M/50X1臺21寸彩顯21寸CRT21寸飛利浦彩顯1臺UPS電源山特3KVA3KVA 0.5小時1臺彩色打印機惠普A3,彩色噴墨打印機1臺2限制器板卡部分DI板卡研華 PCI-175148位PCI總線數(shù)字量輸入/輸出卡DO板卡研華PCI-175532通道數(shù)字量輸入/輸出板卡1塊第5章 結(jié)論本次課程設(shè)計主要完成某聯(lián)合站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件