油库安全监控系统硬件设计四(采用PLC方案1)

1、西安石油大学本科课程设计目 录1 绪论.1 1.1 油库的介绍.1 1.2 计算机监控系统的介绍.1 1.3 油库的工艺流程与主要技术要求.1 1.3.1 油库的工艺流程.1 1.3.2 主要技术指标.3 1.3.3 I/O点数统计.32 系统总体方案设计.4 2.1 监控系统总体结构.4 2.2 各结构（模块）的功能及简单说明.4 2.3 控制的总体思路.43 硬件系统设备选型.54 监控系统详细设计.6 4.1 监控系统设计.6 4.2 硬件方案示意图.6 4.3 监控系统控制结构图.7 4.4 油田油库监控系统设备清单.85 总结.10参考文献.1110 1 绪 论1.1 油库的介绍 凡

2、是用来接收、储存和发放原油或原油产品的企业和单位都称为油库。同时，油库也指用以贮存油料的专用设备，因油料具有的特异性用以相对应的油库进行贮藏。油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。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，油田由于注水所开发出的原油含有较多的水分，目前一般为5080，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。 随着油田开发进入高含水后期，油库工艺过程更加复杂，采用人工监控和

3、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。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

4、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 计算机监控系统的介绍 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。还可以降低劳动强度。 计算机监控系统可以由以下几个部分组成：计算机（含可视话的人机界面）、输入输出装置，监测、变送机构。 设计原则有可靠性原则、使用方

5、便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短原则。主要特点是实时性，可靠性，较强的输入输出能力，应用软件丰富。 1.3 油库的工艺流程与主要技术要求1.3.1 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

6、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。（5）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1.3.2 主要技术要求（1）控制三相分离器上油

7、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警。（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。1.3.3 I/O点数统计 序号设备名称总点数 控制要求AIAODI DO1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=6 3两个柴油罐6温度、压力、液位3*2=64一个来油泵4泵前后的压力2控

8、制泵的起、停 1泵运行情况显示 1 5 站区 16气体浓度监测 16合计58 38 8 1 12 系统总体方案设计 2.1 监控系统总体结构 监控系统总体结构图2-12.2 各结构（模块）的功能及简单说明 计算机：按照预先存放在内存中的程序指令，不断由过程输入通道获取被控对象运行工况的信息，并按照程序中规定的算法，或操作人员通过键盘输入的操作命令自动进行运算和判断，及时地产生并通过过程输出通道向被控对象发出相应控制命令以实现对被控对象的自动控制。 I/O接口：是计算机与生产过程之间信息联系的桥梁和纽带。计算机与生产过程之间的信息传递都是通过其进行的。 检测/执行：用于对被控对象的信号进行检测变

9、送。2.3 控制的总体思路 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、气体浓度等信号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 420MA电流信号，都是模拟量输入信号。各个泵运行状况对应数字量输入信号。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信号。可以采用西门子的数字量输入模块。当前液位的信号接入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。 3 硬件系统设备选型计算

10、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电源：250W工业标准电源 PS-250ATX-ZE。 主板：PCA-6010V，支持双通道DDR2 667 SDRAM，最高可达4 GB，G2版本支持CF插槽和DVI接口。符合PICMG 1.0标准，支持LGA 775 Intel Core? 2 Duo FSB 1066 MHz处理器。单GBE LAN vi

11、a PCIE x1通道。 板卡：PCI-1713。PCI-1713 是一款 PCI 总线的隔离高速模拟量输入卡， 它提供了 32 个模拟量输 入通 道，采样频率可达 100KS/S，12 位分辨率及 2500YDC 的支流隔离保护。2500YDC隔离保护，32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式，12位A/D转换分辨率，A/D转换器的采样频率可达100KS/s，每个输入通道的增益可编程，卡上4K采样FIFO缓冲器，支持软件、内部定时器出发或外部触发。板卡：PCI-1721。由于AO信号共有8路，故可选用3块4路增强模拟量输出卡PCI-1721。PCI-1721是一款高性能PCI总线模拟

12、输出卡，每个模拟量输出通道都带有一个12为的双缓冲DAC.输出卡具有强大的独特功能，PCI-1721是要求连续高速模拟量输出或实时波形输出应用的理想选择。5MHZ最大数字更新速率，自动校准功能，4路模拟量输出带1KFIFO，每个模拟量输出通道带一个12位DAC，带外/内部出发的实时波形输出功能，同步波形输出功能。PLC:SM323数字量输入/输出模块。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的内部信号电平。也可将S7-300的内部信号电平转化为控制过程的外部数字量电平4 监控系统详细设计4.1 监控系统设计 根据此油

13、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、气体浓度等信号经过相应的变送器后都会转换为与现场最大、最小值对应的 420mA电流信号，都是模拟量输入信号。各个泵运行状况对应数字量输入信号,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信号。可以采用西门子的数字量输入模块。当前液位的信号接入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，系统I/O点数通过列表的形式列举如下表。I

14、/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1-1QYG汽油罐液位AI mmA10 0 9 1 1 5 1-2QYGK汽油罐液位控制信号AO mA 100 0 80 30 10 50 表4-1汽油罐液位信号I/O统计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限 信号下限2-1WSB外输泵启动DI1 V 24 0 2-2WSBK外输泵运行DO 1 V 24 0 表4-2外输泵信号I/O统计4.2 硬件方案示意图 对现场各个泵及分离器的运行状态进行控制如图所示。监控系统输入输出原理图及监控系统方案硬件示意图如下ups 21寸彩显

15、打印机 研华工控机 图41 系统硬件示意图 各个泵的运行状况及启停显示都是数字量输入信号。可以采用西门子的数字量输入/输出模块。当前液位的信号接入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。 根据集油站的各个工艺流程，可以看到现场测量类型主要有压力、温度、液位、界位、电量等，所以需要相应的测量仪表进行数据采集，以及利用控制阀进行远程控制。 4.3监控系统的控制结构图21寸工业平板彩色显示器打印机研华工控机UPS RS-232 ADAM4520ADAM4520 RS-232 RS-485 RS485RS485PCI1721

16、AO3路压力信号PCI1713AI16路气体浓度检测信号PCI1713AI8路温度信号12路压力信号4个液位信号PCI1721AO3路温度信号PCI1721AO1路压力信号1路温度信号PLC SM232DI/DO泵的启停及运行图4-2监控系统的控制结构图4.4 油田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2控制器板卡部分和PLC部分AI板卡研华PCI-171332

17、个模拟量输入通道两块AO板卡研华PCI-17214个模拟量输出通道三块PLC西门子SM2328数字量输入输出一块智能多回路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路输出一块信号转换器研华ADAM-4520RS-232到RS-485转换器一块3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 表4-3油田油库监控系统设备清单5 总 结 此次课程设计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。学会使用常用的监控系统硬件，了解其工作原理。学会计算机监控系统中各类智能仪表的选型，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。  油库的安全离不开对各个I/O接口的设置与监控，只有将计算机监控系统与安全检测技术结合起来，共同分析问题，才能达到更