集油站安全监控系统硬件设计二(采用智能仪表方案)

1、任务书题 目集油站安全监控系统硬件设计二（采用智能仪表方案）学生姓名学号专业班级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

2、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）主任签名年 月 日学生签名年 月 日目录1 绪论11.1计算机控制控制系统的介绍11.2计算机控制系统的主要特点与原则21.3集油站22 系统总方案设计42.1 集油站工艺流程图42.2监控的目标和要求42.3 初步分析53 系统控制仪表的选型63.1 仪表的选型和参数64 监控系统详细设计114.1 监控系统

3、设计114.2集油站监控系统I/O变量表124.3集油站监控系统设备清单135 总结141 绪论 随着科学技术的不断进步，特别是工业控制技术的飞速发展，我们已经开始步入一个崭新的自动化控制新时代。计算机自动监控系统已经广泛的应用于离散过程、连续过程等各种工业自动化领域以及电力、化工、食品、水处理等各个行业。现在国内外都将计算机监控系统对油田联合站的各个生产工艺过程进行实时监控、与数据采集等，计算机监控系统的发展为集油站的自动化监测注入了新的活力。因为集油站是油气集输过程中的一个重要环节，它直接关系到外输原油的质量，其工艺特点是系统关联紧密、操作规程严格、系统运行状况复杂多变且系统过程中流程多变

4、。所以采用计算机监控系统对其工艺过程进行实时监控可以有效的提高生产率、减少事故发生率、降低工人的劳动强度，本文主要针对集油站的工艺流程介绍了其计算机控制系统硬件设计（智能仪表方面）。1.1计算机控制控制系统的介绍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

5、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以下几个部分组成：计算机、输入输出装置，监测、变送机构。设计原则有可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短图11 计算机控制系统组成原理图

6、1.2计算机控制系统的主要特点与原则1.2.1 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。1.2.2 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。1.3集油站1.3.1

7、集油站简介：水下采集系统 由水下采油井口装置、井内测试设备、井口监控系统、浮式或平台集油站、油气处理装置等组成。集油站能遥控操作，接受井口流出的油气，进行处理，测试各井油气生产参数，必要时向井内注入化学药剂以保证正常生产。1.3.2 集油站的发展随着我国自动化水平的提高，油田生产实施自动化监控已经迫在眉睫。集油站是油田集输的重要组成部分，它直接关系到油田生产的正常运行，对整个油从开采到投产使用的整个流程的经济效益有极大的影响。随着油田开发进入高含水后期， 工艺过程更加复杂，采用人工监控和常规仪表监控已很难满足生产要求。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。

8、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。目前，集油站生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制等三种方法。人工监测控制是由岗位操作人员根据检测仪表反映的工艺参数变化情况，凭经验对生产过程进行人工控制，其工作效率和安全系数都很低，已不能满足较高的工业过程控制的要求。常规仪表控制采用各种检测和控制仪表实现对现场各种工艺参数的采集处理、显示、报警和调节控制，保证生产过程的高效、安全和平稳运行。这种控制方式已在集油站中得到了广泛的应用。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

9、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，在集油站中，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，保证油田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。2 系统总方案设计2.1 集油站工艺流程图图11 油田集油站工艺流程图某集油站工艺流程如上图。从各个油井或计量站来得油水混合物先进入三个四相分离器，进行油，水，气，沙四相分离，分离出来的水经掺水泵送到个计量站掺水或

10、对地下注水；分离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送到200立方米的大罐储存；分离出来的一部分油水混合物经过外输泵在进行热交换加热后往其他集油站外输。2.2监控的目标和要求（1） 控制三个四相分离器上油室，水室的液位恒定。（2） 监控三个四相分离器上油室，水室的的液位，温度，压力及报警。（3） 监测三个掺水泵，三个外输泵，三个稠油泵各自前后的压力，控制各个泵的启停,显示其运行状况，三个电磁阀启停及其状态显示及报警。（4） 监测两个换热器各自前后的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） 遍布整个站区二十四个气体浓度监测及报警。（7） 监测读取全站四个流量计数

11、据。（数字量）2.3 初步分析液位、温度、压力、气体浓度监测以及各个泵运行状态显示。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、最小值对应的电流信号都是模拟量输入信号。各个泵运行状态情况很明显是对应数字量输入信号。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仪表来控制。控制原理是：油室、水室的当前液位信号接入控制表，与表内的人工给定值比较，通过运算，输出的控制信号到变频器，变频器对交流电进行变频，输出对应于的交流弄点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

12、制各个泵的起停比较简单，很明显是对应数字量输出信号。3 系统控制仪表的选型由前面分析可知，监控系统可以采用一台工控机，下面链接PID控制表和研华ADAM4000或者ADAM5000系列模块来构成。1）两台四相分离器油室，水室的液位恒定控制总共有4路PID控制，可选择4路单路PID表，也可选择SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制仪，可对温度、压力、液位、速度等测量信号进行数字量显示控制(高亮度LED数码显示)及相对模拟量显示(光柱显示)，使测量值的显示更为清晰直观，并可选择双光柱显示。可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。2）由于所有气体浓度监测和液位、温度、压力信号比较

13、重要，必须要在现场控制柜显示，所以要选择用控制柜上的显示仪。这些显示仪可以选择单路显示仪，也可以选择昌晖公司的SWPLCDM型SWP-RMD808多通道巡检控制仪，该仪表可以轮流显示十六路模拟数据。3）剩余6路DI信号和12路DO信号，可以选择研华模块来完成。由于数字量输出去控制泵的启停，所以输出模块最好选用继电器输出型，可以省去后接的驱动继电器。所以我们选用一个ADAM4052模块和两快ADAM-4068模块。4)如果仪表接口选择RS232C接口型，则每个串口只能接一块仪表，所以上面仪表和模块都选用了RS485接口型，这样子某一仪表就可以接同一个串口上。一般工控机都是有两个串口，我们可以把所

14、有昌晖公司的仪表接在一个串口，把所有研华公司的ADAM4000系列的模块接在一个串口，计算机通过模块以及仪表内地址区分不同设备。但是计算机是RS232C接口，而仪表是RS485接口，所以还如要两个ADAM4520模块。5）系统还需要选用工控机、打印机、UPS等其他设备。6）系统还需要操作系统软件和组态编程软件。3.1 仪表的选型和参数3.1.1 SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制仪其相关参数： 图31 SWP-ND105-010-23-NI）主要特点：1、PID参数自整定 2、可分别带有一路PID控制输出及一路变送输出，可使用各种测量控制场合。3、手/自动无扰动切换，手自状

15、态下可修改参数。4、具有各种调节输出方式（PWM输出、可控规触发输出、固态继电器输出及电压/电流输出）。II）变送输出方式:选型代码023458输出方式无输出420mA010mA15V05VIII）报警输出方式:选型代码NHLGAD输出方式无报警(可省略)上限报警下限报警偏差内报警偏差外报警IV）控制输出方式：选型代码012345678输出方式无输出继电器420mA010mA15V05VSCR输出SSR输出V)特殊技术参数：控制输出方式PWM输出，可控硅触发输出，固态继电器输出，电压/电流输出设定/显示精度+0.5% FS+1位数max。设定值与显示值匹配，无相对误差比例范围0.0%-100.

16、0%(单位：0.1%)积分(复位)时间0-9,999s(单位：1s)微分(比率)时间0-9,999s(单位：1s)控制周期1-250s(单位：1s)采样周期0.5sVI）输入类型：代码输入类型测 量 范 围代码输入类型测 量 范 围代码输入类型测 量 范 围01B400180009Pt100.1-99.9199.91730350-199999999 d02S0 1600 10Cu50-50.0150.018特 殊 规 格用 户 特 定03K0 1300 11Cu100-50.0150.019420 mA开方-199999999 d04E0 1000 12420 mA-199999999 d20

17、010mA开方-199999999 d05T-20040013010 mA-199999999 d211 5 V开方-199999999 d06J0 1200 1415 V-199999999 d2205 V开方-199999999 d07Wre0 2300 1505 V-199999999 d23可切换输入详见下表08Pt100-20065016020 mA-199999999 d3.1.2 SWP-RMD808多通道巡检控制仪:图32 SWPRMD808I）仪表特点：1、用户依照仪表LCD显示屏中文菜单提示，通过面板按键可完成输入信号类型与分度号的自由切换，实现万能输入。2、可选择同一报警

18、输出，分别报警输出或者分别变送输出。3、可带串行通信输出，可与各种输入/输出的设备双向通信，组成分级控制系统。II）控制作用：选型代码0607 08 09 14控制作用八路巡检测量显示八路巡检统一控制/报警输出八路巡检分别控制/报警输出十六路巡检测量显示十六路巡检统一控制/报警输出III）输出方式：选型代码012345输出方式无输出继电器420mA010mA15V05VIV）报警方式:选型代码NHL报警方式无位式控制或报警（可省略）位式上限控制或上限报警位式下限控制或下限报警V）通讯方式：选型代码02489通讯方式无通讯RS-232RS-422RS-485特殊规格VI）输出类型：代码输入类型测

19、 量 范 围代码输入类型测 量 范 围代码输入类型测 量 范 围01B4001800 09Pt100.1-99.9199.91730350-199999999 d02S0 1600 10Cu50-50.0150.0 18特 殊 规 格用 户 特 定03K0 1300 11Cu100-50.0150.0 19420 mA开方-199999999 d04E0 1000 12420 mA-199999999 d20010mA开方-199999999 d05T-200400 13010 mA-199999999 d211 5 V开方-199999999 d06J0 1200 1415 V-199999

20、999 d2205 V开方-199999999 d07Wre0 2300 1505 V-199999999 d23全可切换输入08Pt100-200650 16020 mA-199999999 d、4 监控系统详细设计4.1 监控系统设计 监控系统采用一台研华工控机，21寸LCD和工业平板显示器，带有UPS电源的A3幅面彩印喷墨打印机。系统采用仪表监控系统。 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 打印机 研华工控机 昌晖系列 昌晖系列 昌晖系列 昌晖系列 仪表温度 仪表压力 仪表液位 仪表PID监控仪 监控仪 监控

21、仪 监控仪图41 系统硬件示意图打印机21寸工业平板彩色显示器 UPS研华工控机 RS-232ADAM4520 RS-485昌晖SWP-RMD808液位检测仪昌晖SWP-RMD808压力检测仪昌晖SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制仪昌晖SWP-RMD808温度检测仪 图42 监控系统输入输出原理图4.2集油站监控系统I/O变量表表41 集油站监控系统I/O变量表序号设备名称总点数控制要求AIAODIDO1两个分离器16水室液位，温度，压力2*3=6油室液位，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泵的前后压力2*2=4控制泵的启停2*1=2泵运行

22、情况显示2*1=23两个外输泵10泵的前后压力2*2=6控制泵的启停2*1=3泵运行情况显示2*1=24两个稠油泵10泵的前后压力2*2=4控制泵的启停2*1=2泵运行情况显示2*1=25两个换热器4换热器前后混合液的温度2*2=46一个脱水器2脱水器液位和温度27一个事故罐2事故罐的液位和温度28站区16气体浓度监测16合计7046664.3集油站监控系统设备清单表42 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21寸彩显21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控制器及仪表部分多通道巡检控制仪昌晖SWP-RMD80816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max3块智能多回路PID控制器昌晖SWP-ND105-010-23-N48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1块信号转换器研华ADAM4520RS-232到RS-485转换器1