联合站安全监控系统硬件-设计三采用模块方案

西安石油大学本科课程设计

课程设计任务书

题目联合站安全监控系统硬件设计一（采用板卡方案）

学生姓名学号专业班级

课程设计主要完成某联合站安全监控系统硬件设计。要求运用己

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

设

全监控系统硬件方案的能力。

计

课程设计内容及基本要求如下：

内

1.熟悉联合站工艺流程、监控目标及监控要求。

容

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、

与

PLC等）参数及使用，了解其工作原理。

要

3.学会不同自动化设备厂家各类校卡、智能仪表、智能模块、PLC

求

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2011年12月19日至2011年12月25日

指导教师签名年月日

系（教研室）主任签

年月日

名

学生签名年月日

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一、绪论...............................................................3

1.1.联合站概述...............................................................3

1.2联合站生产工艺过程控制方法...............................................4

1.3计算机监控系统介绍........................................................4

一、原油联合站及其工艺流程简介..............................................................................................................6

2.1原油联合站的简介..........................................................6

2.2联合站的工艺流程与主要技术指标...........................................7

三、原油联合站硬件设计....................................................8

3.1.初步分析.................................................................8

3.2.系统I/O点数统计.........................................................9

3.3系统监控仪表选型........................................................10

3.4.系统监控方案设计............................................................12

四、.总结.................................................................13

例减.................................................错误!未定义书签。

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一、绪论

1.1.联合站概述

联合站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程，它是集油水分离、污水

处理、原油及天然气集输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、锅炉和配电等生产闵位或工艺环节。目前，

各大油田联合站生产工艺过程的控制主要有人工屿测控制、常规仪表自动监测控制、

计算机监测控制等三种方法。

联合站是油田油气集输过程中的重要生产环节，是集油气分离、原油脱水、原油

计量、稳定外输、油田注水、污水处理、消防即热力系统等为一体的综合生产过程。

功能是：将分散在油田各处的油井产物加以收集；分离成原油、伴生天然气和采出

水；进行必要的净化、加工处理、使之成为油田商品、以及这些商品的储存和外输。

同时油气集输系统还为油藏工程提供油藏动态的基础信息，如：各油井汽水产量、

汽油比、气液比、井油压和同压、并流温度等参数及随生产延续各种参数的变化情

况等，使油藏工作者能加深对油藏的认识，适时调整油田开发设计和各油井的生产

制度。因而气油集输系统不但将油井生产的原料集中、加工成油田产品，而且还为

不断加深对油藏的认识、适时调整油藏开发设计方案、正确经济地开发油藏提供科

学依据。

联合站输油脱水卤是进行原油沉降脱水、实现油水分离和净化油外输的生产过

程，是联合站生产的中心环节，工艺要求较高，其生产过程的管理水平，直接关系

到成品原油的产品质量和整个联合站生产的安全却高效平稳运行。特别是随着油田

开发进入高含水后期，工艺过程更加复杂，对工艺过程提出了更高的要求，采用人

工监测控制和常规仪表控制已很难满足生产要求C上世纪九十年代，计算机控制开

始应用于联合站生产过程，并取得了一定的应用效果。但由于在方案选型、设计和

管理维护等方面存在一些问题，总的来讲，应用效果不够理想。

在油田联合站生产过程中，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，保证联合站生产的平稳运行和优化控制，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。

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操作者提供更加直观完善的操作界面，大大丰富了现场监视功能。

被

监

控

对©

象

1-1计算机测控系统组成原理图

1.3.1计算机监控系统的组成

计算机（含可视化的人工界面）、输入输出装置（模块），监测、变送机构。设

计原理有可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短原则。

1.3.2计算机监控系统的主要特点

实时性。对工业生产过程进行实时在线监测与测控，按优先级进行采集和输出

调节，保证被控系统的正常运行。

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。

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。

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。

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二、原油联合站及其工艺流程简介

2.1原油联合站的简介

联合站设计是油气集输工艺设计的重要组成部分，为了使其最大限度地满足油

田开发和油气开采的要求，设计时应该做到技术先进，经济合理，生产安全可靠，

保证为国家生产符合质量要求的合格油田产品。

联合站，即集中处理站，是油田地面集输系统中重要组成部分。就油田的生产

全局来说，油气集输是继油臧勘探、油田开发、采油工程之后的很重要的生产阶段。

如果说油藏勘探是寻找原油，油田开发和采油工程是提供原料，那么油气集输则是

把分散的原料集中处理，使之成为油田产品的过程。

联合站一般包括如下的生产功能：油气水分离、原油脱水、原油稳定、天然气

脱水、轻油回收、原油储存及向矿场油库输送、污水处理、挣化污水回注地层、接

收计量输来的油气混合物、变配电、供热及消防等。

联合站工作流程图如下：

联合站完整工作示意图如下：

＞总器=^一次沉降）=71c缓冲送）

心

（二次沉降）加药泵

口儿

脱水泵污水外输泵

一3

（加热炉）C过旋罐

心

（脱水器，

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2.2联合站的工艺流程与主要技术指标

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c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

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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

三、原油联合站硬件设计

联合站工艺流程图如下

3.1.初步分析

根据此联合站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4〜20MA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。

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）控制计量罐的液位。

（2）控制三相分离器上油室、水室的液位恒定。

（3）监测三相分离港上油室、水室的液位、温度、压力及报警、

（4）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。

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（5）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。

（6）监测四个个沉降罐和两个净化罐的温度、压力、液位，并控制其液位恒定。

（7）遍布整个联合站的10处气体浓度监测及其报警。

3.2.系统I/O点数统计

表3.1系统I/O点数列表

总点

序号设备名称控制要求AIAODIDO

数

计量罐的液位1

i计量罐2

计量罐的液位控制1

上油室的液位、温度、压力3

2三相分离器8水室的液位、温度、压力3

油室、水室液位恒定控制2

泵前后的压力2

3脱水泵5泵的起停控制2

泵的运行状态1

泵前后的压力2

4加药泵5泵的起停控制2

泵的运行状态1

泵前后的压力2

5污水外输泵5泵的起停控制2

泵的运行状态1

泵前后的压力2

6外输泵5泵的起停控制2

泵的起停控制1

7脱水器2脱水器液位、温度2

8净化油罐2净化油罐液位、温度2

9污水缓冲罐2污水缓冲罐液位、温度2

10过滤罐2过滤罐的液位、温度2

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11加热炉2加热炉的液位、温度2

沉降罐的温度、压力、液位2*4==8

12四个沉降罐12

沉降罐液位恒定控制1*4=4

13两个净化罐4净化罐的温度、压力2*2=4

14站区10气体浓度检测10

合计6647748

3.3系统监控仪表选型

由分析可知，监控系统可采用一台工控主机，下面连接研华工控板卡来陶成。

（1）液位、温度、压力、以及现场气体浓度等型号经检测转换为4—20mA的电信

号，是模拟量，泵的运行状态时数子量。

（2）液位的控制信号是模拟量，泵的起停状态控制是数字量输出。

根据以上分析，进行板卡选型由于共需检测模拟量输入点共47个，因此采用PCI

—1747U总线模拟量输入卡，该板卡共有64路输入，采样频率可达256KS/S。数字

量输入点共有4点，数字量输出点共有8个，因此我们采用PCI—1760板卡，该系

列板卡包含8路继电器输出和8路隔离数字量输入通道，能够满足要求。模拟量输

出点共有7个，因此我们采用PCI—1723板卡，该板卡带有16位8路非隔离模拟量

输出通道。

系统还需要工控机、显示器、打印机、UPS等其他设备。

下面对选型的板卡的详细资料

SM322数字量输出模块

该模块是德国西门子公司生产的S7-300PLC系列数字量输出模块，为16通道的

数字量输出模块。

主要性能与指标

•可用于连接电磁阀，接触器，小功能电机、

灯和电机启动器

•数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转

化为控制过程所需的外部信号电平

・16路增强数字量输出模块

•额定负载电压，输出范围为20.4-28.8V

•输出电流，信号为0是电流为0.5MA,信号为1时-60℃时的电流为0.5MA

•RS-232c接口

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・SM323数字量输入/输出模块

主要性能与指标

•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

•RS-232c接口

火灾探测器

图3-3智能感温火灾探测器

1）规格类型：JTM—BD—ZM995

2）主要技术指标：

环境温度：-10℃、50℃

环境湿度：5%〜95%RH无凝水

报警温度：57.2℃

工作电压：15〜32VDC

静态电流：W700HA

报警电流：W3.0M

外形尺寸:直径X高=102mmX48nlm

系统设备清单如下:

表3.4联合站安全监控系统设备清单

序号类别名称型号技术要求数量

1计算机工控机主机研华IPC610PIV1.8G/512MDRAM/40G/502X1台

部分21寸彩显21寸液晶21寸飞利浦液晶显示屏1台

UPS电源山特3KVA3KVA0.5小时1台