集油站安全监控系统硬件设计八(采用仪表、模块方案).doc

精品文档西安石油大学课 程 设 计电子工程学院 自动化专业 自0903班题 目 计算机控制技术课程设计 集油站安全监控系统硬件设计八（采用仪表、模块方案）学 生 指导老师 徐 竟 天 二一二年十二月计算机控制技术课程设计任务书题 目集油站安全监控系统硬件设计八（采用仪表、模块方案）学生姓名学号专业班级自0903设计内容与要求课程设计主要完成某集油站安全监控系统硬件设计。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，完成安全监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。要求熟悉相关计算机安全监控系统的硬件组成与设计方案，学会计算机监控系统硬件设计的步骤和方法，具有初步设计小型计算机安全监控系统硬件方案的能力。课程设计内容及基本要求如下：1.熟悉集油站工艺流程、监控目标及监控要求。2.学会常用的监控系统I/O硬件（各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC等）参数及使用，了解其工作原理。3.学会不同自动化设备厂家各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC等的选型，能用所选厂家硬件搭建符合工艺流程和监控目标的硬件系统。4.完成监控系统硬件方案设计，画出原理图。 5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。起止时间2012年12月24日 至 2012年12月30日指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日目 录1 绪论41. 1 目前国内外集油站系统概况4 1. 2集油站的总体布局41. 3 集油站的工艺流程技术指标51. 4 集油站的监控目标及要求62 系统总体方案设计6 2. 1集油站安全监控系统的总体结构62. 2 集油站安全监控系统各部分的功能73 硬件系统设备选83.1 集油站安全监控系统I/O点数统计 83.2模块的选型 103.3仪表的选型 114 监控系统详细设计124.1 集油站安全监控系统设计124.2 集油站安全监控系统输入硬件示意图134.3集油站安全监控系统设备清单 145总结15参考文献 153欢迎下载。精品文档第一章 绪 论1.1 目前国内外集油站系统概况集油站是油田油气集输系统中很重要的一个环节，有的地方还叫做转油站。它是由脱水转油、污水处理、注水系统三大部分组成。提供储存和供应石油产品的专业性仓库，是协调原油生产和加工、成品油运输及供应的纽带。国外的集油站管理已经进入先进的工业控制技术、网络技术、数据库技术等，对集油站日常的首发油作业、储油管理、集油站监控系统等进行全方位的综合管理。我国的集油站自动化技术与国际先进水平相比还有一定差距。各种计量仪表精度较低，稳定性较差，控制系统控制精度比较低，信息化水平还不够健全，这使得我国集油站的自动化控制和管理系统经历了一个较长的发展阶段。1.1.1 国外集油站自动化计量系统 国外的自动化计量方法主要采用:检尺法、静压法和液位法。检尺法是全球通用的测量方法；静压法是应用压力传感器检测罐内的静压力;液位法是检测罐内液体的液位高度及密度等参数，后两种方法都可以获得罐内储液的容量及重量。 欧美油罐储量测量仪表品种齐全、技术先进而且性能优良。他们不光发展高精度、多功能的仪表，还考虑其性能可靠、价格便宜、适应不同目的和用途。1.1.2 国内集油站自动化计量系统 目前国内计量仪表的发展主要采用引进加仿制等手段，还有一些企业代理国外相应产品。我国在该领域的发展相对外国还有很大差距，普遍存在产品性能指标低、仪表可靠性差、企业技术力量及装备差等问题。最近几年，由于不断努力，一些产品已经达到国际先进水平，但在市场的占有率远远不及国外仪表的份额。1.2 集油站的总体布局集油站将开采的原油集中进行管线运输，进行油罐存储，完成对来油、输油及有关储油量得计算、存盘管理。在此过程中，对含水的原油要进行脱水工艺处理，这样形成了原油集输的若干个工艺处理过程。集油站是油田原油集输生产过程中最重要的生产工艺过程。它是集发油、卸又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。在集油站安全监控系统中，采用下位机硬件控制和上位机软件监视构架。在下位机控制系统中通过I/O智能模块和工业仪表来采集与处理现场数字量信号和模拟量信号。在上位机监视系统中，采用组态王软件开发人机界面，生产实时状况直观形象。1.3 集油站的工艺流程与主要技术指标集油站安全监控系统总体方案设计：从各个油井或计量站来的有数混合液先进入两个四相分离器，进行油、水、气、沙四项分离，分离出来的水经掺水泵送到各计量站掺水或对地下注水；分离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送往200立方米的大罐储存销售；还有一部分油水混合液经外输泵在进行热交换（加热）后往其他集油站外输。 整个监控系统需要处理：1） 控制两个四相分离器上油室、水室的液位恒定。2） 监测两个四相分离器上油室、水室的液位、温度、压力、报警。3) 监测两个掺水泵、两个外输泵、两个稠油泵各自前后的压力，控制各个泵的起、停，显及其运行状况及报警。4) 监测两个换热器各自前后混合液的温度及报警。5) 监测脱水器、事故罐的温度及液位及报警。 6）遍布整个站区的十六处的气体浓度监测及报警。油田计算机监控系统说明：某油田集油站工艺流程图如图1-1所示。从各个油井或计量站来的有数混合液先进入两个思 想分离器，进行油、水、气、沙四项分离，分离出来的水经掺水泵送到各计量站掺水或对地下注 水；分离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送往200m3的大罐储存销售；还有一部分油水混合液经外输泵在进行热交换（加热）后往其他集油站外输。 整个监控系统需要处理：7） 控制两个四相分离器上油室、水室的液位恒定。8） 监测两个四相分离器上油室、水室的液位、温度、压力、报警。9） 监测两个掺水泵、两个外输泵、两个稠油泵各自前后的压力，控制各个泵的 起、停，显示其运行状况及报警。10） 监测两个换热器各自前后混合液的温度及报警。11） 监测脱水器、事故罐的温度及液位及报警。12） 遍布整个站区的十六处的气体浓度监测及报警。 图1-1 集油站的工业流程图1.4 集油站的监控目标及要求本课程设计研究目的是针对集油站发油、装油、卸油等工艺过程的分析，进行监控系统的硬件设计，同时对系统的适应性进行研究，建立一套具有实际应用能力的监控系统。本次设计应达到以下目标和要求:1.能及时地，正确地对运行设备的运行参数和运行状况做出全监测，预防和消除事故隐患。2.对设备和运行状况进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。3.通过对运行设备进行监息。总的来说，进行集油站安全监控测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信的目的就是确保设备的安全运行，预防和消除事故隐患，避免事故发生。 第二章 系统总体方案设计2.1 集油站安全监控系统的总体结构 根据工艺流程图所示，系统需要对液位、温度、压力、气体浓度进行检测，并对各泵运行状状况实时显示。集油站监控最重要的是对工艺过程中的各项参数如温度、压力、液位、流量等进行实时监控。在原油分离过程中液位和压力、锅炉间的锅炉温度、以及各个重要工艺过程中的参数是集油站安全、高效生产的决定性因素，所以必须在各种干扰的情况下，将液位、温度、压力等稳定控制在工艺允许误差范围内，所以对这些参数监控就是生产过程中的关键。设计集油站安全监控系统，不仅节约了人力物力，而且在准确性、灵活性以及生产效率上都有明显提高，保证了油田的安全稳定生产。针对集油站安全监控系统的要求，设计了工控机通过通讯转换器组成的分布式监控系统。由I/O模块负责采集现场数据并且传输到上位机。上位机作为管理机构，负责文件管理、数据库维护、报表自生成并定时打印。下位机智能仪表要对现场进行测量、采集信息。并通过线路送到主机，由上位机完成数据处理的任务，根据下位机传送来的信息，上位机自动生成各种报表，并在指定时间打印输出，从而将繁重的数据处理任务交给上位机完成，大大减轻了下位机的负担，以便更好地进行各个子系统的数据采集和控制功能，保证系统的可靠性和精度。这次设计采用智能仪表来采集与控制现场数据，通过I/O模块控制器，将现场的模拟或数字信号传输到工控机中，通过显示器显示出现场采集的数据。在控制系统中应配有工控机，以提高监控系统可靠性。2.2 集油站安全监控系统各部分的功能。 各泵运行状况则为对应的数字量输入信号，所以要选用不同的输入模块。 控制两个四相分离器上油室、水室的液位恒定和各个泵的起、停。其中： 控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用智能I/O模块控制。控制原理是：油室、水室的当前液位信号经由液位变送器送入模拟量输入智能I/O模块中，与工控机主机中的人工给定值进行比较，输出4-20mA控制信号到变频器，变频器对50HZ交流电进行变频，输出对应于4-20mA的0-50HZ交流电对泵上的驱动电机进行变频调速，通过调节泵的转速（流量）来控制油室、水室的液位恒定。 控制各个泵的起、停是对应的数字量输出信号，还需要对各个泵的状态进行显示，这样就使用一个数字量输出模块和一个数字量输入模块就好了。第三章 硬件系统设备选型3.1 集油站安全监控系统I/O点数统计 系统I/O点数可以通过列表的形式来列举：表3-1 集油站安全监控系统I/O变量表序号 序号设备名称总点数 控制要求AIAODIDO1两个四相分离器16水室的液位、温度、压力2*3=6油室的液位、温度、压力2*3=6油室、水室液位恒定控制2*2=42两个掺水泵10泵的前后的压力2*2=4控制各个泵的起、停2*1=2泵运行状况显示2*1=23两个外输泵10泵的前后的压力2*2=4控制各个泵的起、停2*1=2泵运行状况显示2*1=24两个稠油泵10泵的前后的压力2*2=4控制各个泵的起、停 2*1=2泵运行状况显示2*1=2 5两个换热器4热水器前后混合液的温度2*2=42*1=26一个脱水器2脱水器的液位、温度27一个事故罐2事故罐的液位、温度28站区16气体浓度监测16合计7048466在详细统计完I/O点数后，还要列些每个点的参数表，参数表中每一个值都必须与现场完全对应。表3-2 数字量I/O点参数表I/O位号变量名称变量说明I/O类型正常状态信号类型信号上线信号下线逻辑极性2-1CIQD一号掺水泵的启动DO1V240正2-2CIZK一号掺水泵运行状况DI1V240正表3-3 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1-1SISY一个四相分离器水室的液位AImmA10091151-2SISYK一个四相分离器水室的液位控制信号AOmA1000803010503.2 模块的选型模块的选择如下：1）两台四相分离器油室、水室的液位恒定控制总共有4路控制，可选择4路模拟量输出模块研华ADAM-4024；2）两个掺水泵，两个外输泵，两个稠油泵总共有6个运行状态显示，则有有6路数字量输入，可选择8路数字量输入模块研华ADAM-4052；3）两个掺水泵，两个外输泵，两个稠油泵总共有6个控制泵起、停的输出量，可选择8路继电器输出模块研华ADAM-40684）还要使用一个信号转换器模块研华ADAM-4520来对RS-232到RS-485进行转换。产品介绍：1）4路模拟量输出模块ADAM-4024；12位分辨率、单通道mA 或V输出、4路数字量输入、3000 Vdc D/A、可编程输出斜率:0.125-128.0 mA/秒,0.0625-64 V/秒隔离数字量输入模块ADAM-4052；6路完全独立隔离的通道、2路共地通道、隔离电压:5000 V RMS3) 8路继电器输出模块ADAM-4068；I/O类型:8路C型;接点功率:AC:125 V 0.6 A;250 V 0.3 A,DC:30 V 2 A;110 V 0.6 A;开关时间:继电器接通时间(典型):3毫秒 继电器断开时间(典型):1毫秒;LED指示灯;支持Modbus/RTU控制4） 隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520；自动内部RS-485总线监督;自动数据流控制;最高采样速率115.2 kbps;3000 Vdc隔离保护(ADAM-4520)3.3 仪表的选型仪表的选择如下：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。产品介绍： 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。图2-5 SWP-LCD-M工作原理 第四章 监控系统详细设计4.1 系统监控方案设计 监控系统采用一台研华工控主机，配21寸飞利浦彩显，带有USB电源的A3幅面彩色喷墨打印机。系统选用四路PID控制仪完成对四相分离器油室、水室的液位恒定控制。现场所有模拟输入量都先接入昌辉公司十六路巡检仪，然后计算通过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。现场所有数字量都通过研华公司ADAM4000系列仪表采集和输出，通过RS-485总线，计算机通过研华ADAM-4052模块读入现场泵的运行状态，再通过研华ADAM-4068模块输出现场泵的启停指令。监控系统方案硬件示意图及监控系统输入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）4.2 集油站安全监控系统输入输出原理图UPSS 21寸彩显 打印机 研华工控机 ADAM4520 西门子SM322 西门子SM323 SWP-LCD-SSR SWP-LCD-M SWP-LCD-M SWP-LCD-M 16路增强DO 8增强DO/DI 48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4-2 监控系统输入输出硬件图4.3 集油站监控系统设备清单 表4-1 集油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IPC610PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X1台19寸彩显19寸LCD21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