油库安全监控系统硬件设计四(采用PLC方案)

1、一、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。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、

2、降低工人的劳动强度。自动化经过 50 年的发展,通过技术引进,消化吸收和不断创新, 自动化水平取得了长足进步.现场从手工操作发展到自动控制,从低级的单回路控制 发展到高级复杂系统控制,直到管控一体化.此外,在自动化装备,技术,功能,规模等方面都有了很大提高;测量和控制装置不断更新升级,正在运行的数千套 DCS, PLC(可编程控制器)和 IPC(工业个人计算机)系统已成为大中型石油和化工企业及小 型骨干化工企业的主要控制手段.常规仪表性能大大提高,已 成为石油和化工企业 生产过程的主要检测手段,电子仪表,数字仪表,智能变送器与执行器的使用量逐渐 增加.现场总线控制系统的试用取得进展,近年来已成

3、为石 油和化工自动化领域发 展的热点之一.对于石化行业来说,底层控制的自动化是实现信息化的基础. 油田,油井,计量站大部分都分布在偏远地区,对其工艺过程的工作状况,运行 参数的监控与控制,一直是油田的一项重要且困难的工作.油田的生产,开采过程中 有大量的数据需要工作人员及时的采集和记录,以供管理部门及时的作出决策,管理 生产.如果这些数据都要人工采集,记录的话,必然给工作人员带来巨大的工作量, 而且效率低,误差大,而且影响了数据的实时性. 随着自动化的发展,对油田生产的各个环节的监测,检测正朝着监控自动化的方 向发展.目前油田已经采用自动监控系统,对其各个生产环节进行实时参数与故障监 控,检测

4、,实施智能化监控与管理。综上所述，在集油生产过程中，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，保证集油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。1.1 油库的介绍 凡是用来接收、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

5、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

6、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。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

7、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。 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1.3油库的工艺流程与主要技术要求油库的工艺流程（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

8、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

9、）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主要技术要求主（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

10、、污水缓冲罐，过滤罐、加热炉的温度及液位及报警。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、压力信号比较重要

11、，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，我们可以把所有昌

12、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。PLCSM322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

13、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0.5MARS-232C接口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。

14、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某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IPC610P

15、IV1.8/521MDRAM/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控制器板卡部分和仪表部分AI板卡研华PCI-171332个模拟量输入通道一块AO板卡研华PCI-17214个模拟量输出通道一块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两块智能多回路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

16、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，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四监控系统详细设计 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

17、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。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 1表2-2 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1-1QYG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2-3 数字量I/O点参数表I/O位号变量