油库安全监控系统硬件设计二(采用智能仪表方案).doc

西安石油大学本科课程设计目录1 绪论11.1 我国油库管理背景11.2 油库及油库安全监控系统的设计意义11.3 计算机监控系统11.4 计算机监控系统的主要特点与原则22 系统总体设计方案32.1 油库安全监控系统总体设计32.2 油库的总体布局32.2.1 油库的分区布局32.2.2 油库的绿化设计42.3 油库的工艺流程52.4 系统I/O点数统计63 监控系统的硬件设备选型93.1 工控机主机选型93.2 仪表103.3 隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520123.4 系统监控仪表及设备的选型124 监控系统详细设计144.1系统方案的设计145 结论16参考文献16151 绪论1.1 我国油库管理背景在我国油库管理中，标准制度不健全以及落实不到位是制约油库安全管理的最主要的隐患。目前，各油库以及中转站的自动化程度越来越高，先进的测试仪器以及计量设备使用使得人为影响逐步减少。因此，建立和落实合理的、适合本油库的规范作业流程和安全制度，对于油库的安全作业和效益的最大化有着积极的意义。安全工作的行为准则是油库企业安全的生命线。只有抓住贯彻规章制度这根主线，油库安全工作才能落到实处，才能有力度、有效果。首先，要从学知识、强素质，学规章、守制度抓起，准确理解各项法规制度的内在含义，增强遵守法规制度的自觉性；其次，要“严”字当头，严格执行各项规章制度，按管理制度办事，按操作规程做，按技术规范管，坚决处理有章不循、执章不严、违章不究和违章介定不清的问题；再次，要狠抓安全制度的落实，切实做到制度全覆盖，管理无漏洞，这样才能保证油库的安全最大化。1.2 油库及油库安全监控系统的设计意义油库是储存、输转和供应石油及石油产品的专业性仓库。对油库进行安全监控评价和应急管理的目的是查找油库潜在的危险因素及管理薄弱环节，控制和消除油库在储、运、加注和技术保障各环节中的不安全因素，以保护油库和周边群众的生命、财产和生活环境不遭受损害、损失和破坏，提高经济效益。油料具有易燃、易爆、易挥发和流动性等特点，因此，加强油库安全监控管理，及时发现和消除油库安全工作中的不安全因素，杜绝各类事故的发生，所以设计油库安全监控系统具有重要的意义。不仅加强油库安全管理的效率，更重要的是此安全监控系统可以时刻监控者油罐和管道的油料运转的规律，有针对性地监控发现问题，给监控人员发送警报信息，从而采取相应措施解决处理并及时反馈导致问题发生的原因。从而保证了油库的安全，避免了灾害事故的发生。1.3 计算机监控系统 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开发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、开发周期短原则。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1.4 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长期工作的能力，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、开发周期短原则。2 系统总体设计方案2.1 油库安全监控系统总体设计系统的总体设计是进入实质性设计阶段的第一步，也是最重要和最关键一步，起总体设计过程图如图2-1.图2-1 系统总体设计2.2 油库的总体布局根据油库工艺流程、防火、安全、防护、建设条件等要求，结合内、外部条件和生产使用功能，建设程序以及远期发展等因素，通过技术经济综合比较来确定。设计原则如下：（1）便于收发作业。油品装卸和发放区要尽可能靠近交通线；（2）合理分区；（3）库内布置的各种设施，必须符合防火防爆、卫生等要求。同时，力求布置紧凑，节约用地；（4）变配电和锅炉房等辅助设施要尽量靠近主要用电、用汽单位，以节约投资和经营费用；（5）尽可能利用地形进行自流作业；（6）考虑油库发展，留有扩建余地。2.2.1 油库的分区布局油库内各种建、构筑物，火灾危险程度、散发油气量的多少、生产操作的方式等差别较大，有必要按生产操作、火灾危险程度、经营管理等特点进行功能分区布置。把特殊的区域加以隔离，限制一定成员的出入，有利于安全管理，并便于采取有效的消防措施。通常按储油区、油品装卸区、辅助生产区和行政管理区来分区布置：（1）储油区储油区是油库的核心要害部分，必须在各方面注意它的安全。储油区的位置在工艺上，应使收发油的作业都比较方便，输油线路最短。一般油罐的排列顺序是轻质油罐离装卸泵房较远，重质油离泵较近，大多是汽煤柴的顺序。储油区储存大量油品，一旦发生火灾，不但自身会造成重大经济损失，还会危及周边设施的安全，因此必须按照规范要求，保证足够的安全距离。（2）油品装卸区油品装卸区分铁路油品装卸、水运油品装卸和公路油品装卸，在此，主要介绍公路油品装卸。汽车发放作业区应布置在油库出入口附近，并尽量靠近公路干线。在发放区的出入口可布置营业厅、休息室、厕所等附属建筑，以便提油人员使用。灌油亭（间、棚）周围的停车、行车均应带有排水坡度。（3）辅助作业区辅助作业区是为生产服务的，应尽量接近生产单位，以利于生产。锅炉房为明火生产建筑，应布置在油罐区主导风向的下风侧，并应尽可能布置在供热符合的中心地段或紧紧热负荷较大的建构筑物。尽量缩短管道，减少热损耗，并考虑自流回水的可能。修洗桶间应与灌桶间、堆桶场等密切联系。消防泵房的位置，要便于进水，便于瞭望罐区及消防人员的活动。消防水池及水塔应靠近泵房布置。变配电间可布置在消防泵房附近，并与油泵房等主要动力用电建筑相接近，尽可能位于供电符合中心地段，要便于连接外线。(4）行政管理行政管理的一些业务部门，一般布置在油库主要出入口附近，并最好与油库作业区分开；生活用房一般布置在库区外面，并与库区保持一定的距离。2.2.2 油库的绿化设计油库总图设计中的绿化设计是库区环境保护的重要措施，绿化设计可以利用自然地形、地貌、土质、水体、植被及总平面布置综合考虑。油库的绿化设计原则：（1)有利于消除或减轻库内的油气、粉尘、噪音对环境的影响。（2)因地制宜选择适合油库特性的植物材料。(3)不影响交通和地上、地下管线的运行和维修。2.3 油库的工艺流程（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入联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、压力及报警、（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、压力及报警。（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，显示其运行状况及报警。（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报警工艺流程图根据油库的布局以及各设备的功能，使用计算机软件组态王画出油库的工艺流程图，流程图如下：2.4 系统I/O点数统计根据油库的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表2-1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AIAODIDO1两个三相分离器16水室的液位、温度压力6油室的液位、温度压力6水室、油室液位恒定控制426个压力泵24泵的前后的压力12控制各个泵的起、停6泵运行情况显示631个缓冲器2缓冲器的前后压力241个沉降器2沉降器的前后温度251个分馏塔2分馏塔的前后温度261个液压气体罐3温度、压力、液位371个汽油罐3温度、压力、液位381个柴油罐3温度、压力、液位393三个计量器12流量、温度、压力、浓度1210合计6751466表2-2 模拟量I/O点参数表序号变量名称变量说明I/O设备类型工程单位信号类型量程上限量程下限报警上限报警下限偏差报警正常值1 温度温度变化AI mA8000750205700温度控制信号AOmA100080303202压力压力变化AIMPamA2000150205100压力控制信号AOmA5004053303液位液位变化AImmA1009115液位控制信号AOmA1000803010504浓度浓度变化AIPpmmA10009010450浓度控制信号AOmA500405230表2-3 模拟量I/O点参数表序号变量名称变量说明I/O类型正常状态信号类型信号上限信号下限逻辑极性1T各设备启动DO1V240正2G各设备运行状态DI1V240正3 监控系统的硬件设备选型3.1 工控机主机选型研华工控主机在油库工业生产现场，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，我们选择由我国台湾省研华公司生产的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。主要特征（1）IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计 （2）支持14槽ISA/PCI底板 （3）支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置3.5”硬盘 （4）1个带防尘过滤网的86CFM风扇选配Inter PIV 2.4GM CPU西部数据80G硬盘Kingston 256M内存工业键盘及光电鼠标 IPC-610H型工控机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SXGA TFT LCD分辨率达到1280*1024 输入信号自动识别 最高亮度可达250cd/m2 多扫描功能：支持SXGA，XGA，SVGA，VGA和文本模式 支持多信号输入:VGA,DVI,Video和S-Video 不锈钢机箱,符合NEMA4/IP65标准的防锈前面板 支持面板安装,壁挂式安装,机架安装和VESA悬臂安装3.2 仪表由于所有气体浓度、液位、温度和压力信号比较重要，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、压力和温度信号共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。(1) SWP-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，超限报警，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改革，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”的感受。SWP-LCD-M多路仪表可接 16 路被测信号，根据用户设定要求完成从信号采集，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，即时打印或报警打印。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。(2) SWP-LCD-M技术指标输入信号 模拟量输入：电压 0 5V 1 5V电流 0 10mA 4 20mA输出信号 模拟量输出：电流 0 10mA （负载750）4 20mA （负载500）电压 0 5V （负载250K）1 5V （负载250K）开关量输出：继电器触点容量：AC 220V/3A ，DC 24V/5A（阻性负载）SCR 输出 400V/0.5A SSR 输出 69V/0.05A馈 电 输 出： DC 24V/30m精 度 0.5%FS1 字 或 0.2%FS1 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， 设定参数密码锁定保护方式 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050 相对湿度85%RH 避免强腐蚀性气体电源电压 AC 220V+10-15% 50 60HzAC 90V 260V（开关电源） DC 24V2V（开关电源）(3) SWP-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信号经A/D转换器转换成数字信号，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信号。3.3 隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520大多数工业计算机系统都带有标准的RS-232的端口。虽然RS-232得到了普遍的使用，但它的传输速率、传输距离及网络容量还是有一定的限制。RS-422和RS-485标准通过将数据及控制信号使用差分信号进行传送，克服了RS232的不足。ADAM-4520/4522隔离转换器能够让您在早期的RS-232系统上充分利用RS-422和RS-458的优点。它能够将RS-232信号透明转换为RS-422和RS-485信号。您无须改动PC上的任何硬件及软件。ADAM-4520能够帮您轻松地建立起一套基于PC硬件的、工业级远程通讯系统。它能够将通讯距离再延长1200米，或再增加32个连接节点。 自动内部RS-485总线监督 自动数据流控制 最高采样速率115.2kbps 3000Vdc隔离保护（ADAM-4520）3.4 系统监控仪表及设备的选型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）。表3-1 油库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IPC610PIV1.8/521MDRAM/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台控制器板卡部分和仪表部分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max三块智能多回路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：-19999999字，8路输入，4路输出一块DI研华ADAM-40528路隔离数字量输入模块一块DO研华ADAM-40868路继电器输出模块一块信号转换器研华ADAM-4520RS-232到RS-485转换器一块3软件部分操作系统Windows XpMicrosoft Windows XP一套组态软件Kingview6.53北京亚控“组态王6.53”一套4控制柜仪表盘柜KG-221型仪表控制柜，2100900600（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4 监控系统详细设计4.1系统方案的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