集油站安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計三(采用智能模塊方案)

1、任務書題 目集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計三采用智能模塊方案學生姓名學號專業(yè)班級設(shè)計內(nèi)容與要求課程設(shè)計主要完成某集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計。要求運用已學過各類傳感器、輸入輸出模塊、工控計算機、現(xiàn)場總線等的知識，完成平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案、設(shè)備選型、總體設(shè)計等各功能的設(shè)計。要求熟悉相關(guān)計算機平安監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成與設(shè)計方案，學會計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計的步驟和方法，具有初步設(shè)計小型計算機平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案的能力。課程設(shè)計內(nèi)容及根本要求如下：1.熟悉集油站工藝流程、監(jiān)控目標及監(jiān)控要求。2.學會常用的監(jiān)控系統(tǒng)I/O硬件各類板卡、智能儀表、智能模塊、PLC等參數(shù)及使用，了解其工作原理。3.學會不同自動化設(shè)備

2、廠家各類板卡、智能儀表、智能模塊、PLC等的選型，能用所選廠家硬件搭建符合工藝流程和監(jiān)控目標的硬件系統(tǒng)。4.完成監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案設(shè)計，畫出原理圖。 5.課程設(shè)計時間一周，完成課程設(shè)計報告。起止時間2011年12月19日 至 2011年12月25日指導教師簽名年 月 日系教研室主任簽名年 月 日學生簽名年 月 日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc312955881 1 緒論 PAGEREF _Toc312955881 h 1 HYPERLINK l _Toc312955882 計算機控制控制系統(tǒng)的介紹 PAGEREF _Toc312955882 h 1 HYP

3、ERLINK l _Toc312955883 計算機控制系統(tǒng)的主要特點與原那么 PAGEREF _Toc312955883 h 2 HYPERLINK l _Toc312955884 集油站 PAGEREF _Toc312955884 h 2 HYPERLINK l _Toc312955885 2 系統(tǒng)總方案設(shè)計 PAGEREF _Toc312955885 h 4 HYPERLINK l _Toc312955886 2.1 集油站工藝流程圖 PAGEREF _Toc312955886 h 4 HYPERLINK l _Toc312955887 監(jiān)控的目標和要求 PAGEREF _Toc3129

4、55887 h 4 HYPERLINK l _Toc312955888 2.3 初步分析 PAGEREF _Toc312955888 h 5 HYPERLINK l _Toc312955889 3 系統(tǒng)控制儀表的選型 PAGEREF _Toc312955889 h 6 HYPERLINK l _Toc312955890 3.1 儀表的選型和參數(shù) PAGEREF _Toc312955890 h 6 HYPERLINK l _Toc312955891 4 監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計 PAGEREF _Toc312955891 h 11 HYPERLINK l _Toc312955892 4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

5、 PAGEREF _Toc312955892 h 11 HYPERLINK l _Toc312955893 集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表 PAGEREF _Toc312955893 h 12 HYPERLINK l _Toc312955894 集油站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單 PAGEREF _Toc312955894 h 13 HYPERLINK l _Toc312955895 5 總結(jié) PAGEREF _Toc312955895 h 141 緒論 隨著科學技術(shù)的不斷進步，特別是工業(yè)控制技術(shù)的飛速開展，我們已經(jīng)開始步入一個嶄新的自動化控制新時代。計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應用于離散過程、連續(xù)過程等各種

6、工業(yè)自動化領(lǐng)域以及電力、化工、食品、水處理等各個行業(yè)。現(xiàn)在國內(nèi)外都將計算機監(jiān)控系統(tǒng)對油田聯(lián)合站的各個生產(chǎn)工藝過程進行實時監(jiān)控、與數(shù)據(jù)采集等，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開展為集油站的自動化監(jiān)測注入了新的活力。因為集油站是油氣集輸過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到外輸原油的質(zhì)量，其工藝特點是系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密、操作規(guī)程嚴格、系統(tǒng)運行狀況復雜多變且系統(tǒng)過程中流程多變。所以采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)對其工藝過程進行實時監(jiān)控可以有效的提高生產(chǎn)率、減少事故發(fā)生率、降低工人的勞動強度，本文主要針對集油站的工藝流程介紹了其計算機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計智能儀表方面。計算機監(jiān)控技術(shù)時一門綜合性的技術(shù)。他是計算機及技術(shù)包括軟件技術(shù)，接口技術(shù)，通

7、信技術(shù)，網(wǎng)絡技術(shù)，顯示技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應用。任何一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)根本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計、詳細設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)運行。當然，這六個階段并不是完全按照直線順序進行的。在任何一個階段出現(xiàn)了問題都可以返回到前面的階段進行修改。所謂計算機監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量如溫度、壓力、流量、液位、速度轉(zhuǎn)換為電量，并且在計算機的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而時操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對象的變化過程。通過應用計算機監(jiān)控技術(shù)，可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和原材料的消耗，降

8、低生產(chǎn)本錢。還可以降低勞動這的強度，并且提高管理水平，從而帶來極大的社會效益。正因為如此計算機監(jiān)控技術(shù)以在各個領(lǐng)域都有所開展。計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以由以下幾個局部組成：計算機、輸入輸出裝置，監(jiān)測、變送機構(gòu)。設(shè)計原那么有可靠性原那么、使用方便原那么、開放性原那么、經(jīng)濟性原那么、開發(fā)周期短圖11 計算機控制系統(tǒng)組成原理圖 主要特點:1實時性。對工業(yè)生產(chǎn)過程進行實時在線檢測與控制，按優(yōu)先級進行采集和輸出調(diào)節(jié)，保證被控系統(tǒng)的正常運行。2可靠性。具有在較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場長期工作的能力，并具有良好的故障診斷和維護性。3較強的輸入/輸出能力?？膳c工業(yè)現(xiàn)場的檢測儀表和控制裝置相連接，完成各種測量控制任務。4應用軟

9、件豐富。目前大多數(shù)計算機監(jiān)控系統(tǒng)以WINDOWS做工作平臺，系統(tǒng)軟件、應用軟件豐富，可提供良好的人機界面，特別是組態(tài)軟件更為用戶提供了方便。 設(shè)計原那么:可靠性原那么、使用方便原那么、開放性原那么、經(jīng)濟性原那么、開發(fā)周期短原那么。 集油站簡介：水下采集系統(tǒng) 由水下采油井口裝置、井內(nèi)測試設(shè)備、井口監(jiān)控系統(tǒng)、浮式或平臺集油站、油氣處理裝置等組成。集油站能遙控操作，接受井口流出的油氣，進行處理，測試各井油氣生產(chǎn)參數(shù)，必要時向井內(nèi)注入化學藥劑以保證正常生產(chǎn)。 集油站的開展隨著我國自動化水平的提高，油田生產(chǎn)實施自動化監(jiān)控已經(jīng)迫在眉睫。集油站是油田集輸?shù)闹匾M成局部，它直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的正常運行，對整個

10、油從開采到投產(chǎn)使用的整個流程的經(jīng)濟效益有極大的影響。隨著油田開發(fā)進入高含水后期， 工藝過程更加復雜，采用人工監(jiān)控和常規(guī)儀表監(jiān)控已很難滿足生產(chǎn)要求。上世紀九十年代，計算機控制開始應用于聯(lián)合站生產(chǎn)過程，并取得了一定的應用效果。但由于在方案選型、設(shè)計和管理維護等方面存在一些問題，總的來講，應用效果不夠理想。目前，集油站生產(chǎn)工藝過程的控制主要有人工監(jiān)測控制、常規(guī)儀表自動監(jiān)測控制、計算機監(jiān)測控制等三種方法。人工監(jiān)測控制是由崗位操作人員根據(jù)檢測儀表反映的工藝參數(shù)變化情況，憑經(jīng)驗對生產(chǎn)過程進行人工控制，其工作效率和平安系數(shù)都很低，已不能滿足較高的工業(yè)過程控制的要求。常規(guī)儀表控制采用各種檢測和控制儀表實現(xiàn)對現(xiàn)

11、場各種工藝參數(shù)的采集處理、顯示、報警和調(diào)節(jié)控制，保證生產(chǎn)過程的高效、平安和平穩(wěn)運行。這種控制方式已在集油站中得到了廣泛的應用。計算機監(jiān)測控制是從上世紀七十年代迅速開展起來的一種功能強大的現(xiàn)代工業(yè)過程控制方法。它采用計算機技術(shù)與自動化儀表相結(jié)合，對工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)進行處理、運算、顯示和控制。相對于常規(guī)儀表控制，它可以提供更為復雜的控制算法，通過對各種相關(guān)參數(shù)進行綜合分析，實現(xiàn)協(xié)調(diào)管理和優(yōu)化控制。綜上所述，在集油站中，如何合理選擇、設(shè)計平安可靠和便于維護的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，保證油田生產(chǎn)的平穩(wěn)運行和優(yōu)化控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗和平安生產(chǎn)，提高生產(chǎn)管理水平，是目前自動化技術(shù)在油田生產(chǎn)應用中面臨的重

12、要課題。2 系統(tǒng)總方案設(shè)計2.1 集油站工藝流程圖圖11 油田集油站工藝流程圖某集油站工藝流程如上圖。從各個油井或計量站來得油水混合物先進入三個四相別離器，進行油，水，氣，沙四相別離，別離出來的水經(jīng)摻水泵送到個計量站摻水或?qū)Φ叵伦⑺?；別離出來的原油進入脫水器再次脫水，經(jīng)稠油泵送到200立方米的大罐儲存；別離出來的一局部油水混合物經(jīng)過外輸泵在進行熱交換加熱后往其他集油站外輸?？刂迫齻€四相別離器上油室，水室的液位恒定。監(jiān)控三個四相別離器上油室，水室的的液位，溫度，壓力及報警。監(jiān)測三個摻水泵，三個外輸泵，三個稠油泵各自前后的壓力，控制各個泵的啟停,顯示其運行狀況，三個電磁閥啟停及其狀態(tài)顯示及報警。監(jiān)

13、測兩個換熱器各自前后的混合液的溫度及報警。監(jiān)測脫水器，事故罐的溫度及液位及報警。遍布整個站區(qū)二十四個氣體濃度監(jiān)測及報警。監(jiān)測讀取全站四個流量計數(shù)據(jù)。數(shù)字量2.3 初步分析液位、溫度、壓力、氣體濃度監(jiān)測以及各個泵運行狀態(tài)顯示。其中：液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號經(jīng)過相應的變送器后都會轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場最大、最小值對應的電流信號都是模擬量輸入信號。各個泵運行狀態(tài)情況很明顯是對應數(shù)字量輸入信號。控制兩個四相別離器上油室、水室的液位恒定和各個泵的起、停。其中：控制別離器上油室、水室的液位恒定可以采用儀表來控制?？刂圃硎牵河褪?、水室的當前液位信號接入控制表，與表內(nèi)的人工給定值比擬，通過運算，輸出的控制信號

14、到變頻器，變頻器對交流電進行變頻，輸出對應于的交流弄點對泵上的驅(qū)動電機進行變頻調(diào)速，通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速流量來控制油室。水室、的液位恒定?？刂聘鱾€泵的起停比擬簡單，很明顯是對應數(shù)字量輸出信號。3 系統(tǒng)控制儀表的選型由前面分析可知，監(jiān)控系統(tǒng)可以采用一臺工控機，下面鏈接PID控制表和研華ADAM4000或者ADAM5000系列模塊來構(gòu)成。1兩臺四相別離器油室，水室的液位恒定控制總共有4路PID控制，可選擇4路單路PID表，也可選擇SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制儀，可對溫度、壓力、液位、速度等測量信號進行數(shù)字量顯示控制(高亮度LED數(shù)碼顯示)及相對模擬量顯示(光柱顯示)，使測量值

15、的顯示更為清晰直觀，并可選擇雙光柱顯示?？筛鶕?jù)被控對象自動演算出最正確PID控制參數(shù)。2由于所有氣體濃度監(jiān)測和液位、溫度、壓力信號比擬重要，必須要在現(xiàn)場控制柜顯示，所以要選擇用控制柜上的顯示儀。這些顯示儀可以選擇單路顯示儀，也可以選擇昌暉公司的SWPLCDM型SWP-RMD808多通道巡檢控制儀，該儀表可以輪流顯示十六路模擬數(shù)據(jù)。3剩余6路DI信號和12路DO信號，可以選擇研華模塊來完成。由于數(shù)字量輸出去控制泵的啟停，所以輸出模塊最好選用繼電器輸出型，可以省去后接的驅(qū)動繼電器。所以我們選用一個ADAM4052模塊和兩快ADAM-4068模塊。4)如果儀表接口選擇RS232C接口型，那么每個串口

16、只能接一塊儀表，所以上面儀表和模塊都選用了RS485接口型，這樣子某一儀表就可以接同一個串口上。一般工控機都是有兩個串口，我們可以把所有昌暉公司的儀表接在一個串口，把所有研華公司的ADAM4000系列的模塊接在一個串口，計算機通過模塊以及儀表內(nèi)地址區(qū)分不同設(shè)備。但是計算機是RS232C接口，而儀表是RS485接口，所以還如要兩個ADAM4520模塊。5系統(tǒng)還需要選用工控機、打印機、UPS等其他設(shè)備。6系統(tǒng)還需要操作系統(tǒng)軟件和組態(tài)編程軟件。SM322數(shù)字量輸出模塊該模塊是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-300PLC系列數(shù)字量輸出模塊，為16通道的數(shù)字量輸出模塊。主要性能與指標可用于連接電磁閥，接觸器，

17、小功能電機、燈和電機啟動器數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平16路增強數(shù)字量輸出模塊額定負載電壓，輸出范圍為輸出電流，信號為0是電流為0.5MA,信號為1時-60時的電流為RS-232C接口SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊 主要性能與指標8通道的數(shù)字量輸入/輸出模塊可用于連接開關(guān)、2總線近開關(guān)，小功率電機等可將控制過程的外部數(shù)字量電平轉(zhuǎn)化為S7-300的內(nèi)部信號電平也可將S7-300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程的外部數(shù)字量電平RS-232C接口4 監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺研華工控機，21寸LCD和工業(yè)平板顯示器，帶有UPS電源

18、的A3幅面彩印噴墨打印機。系統(tǒng)采用儀表監(jiān)控系統(tǒng)。 對現(xiàn)場各個泵及別離器的運行狀態(tài)進行控制如下圖。監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖及監(jiān)控系統(tǒng)方案硬件示意圖如下ups 21寸彩顯 打印機 研華工控機 昌暉系列 昌暉系列 昌暉系列 昌暉系列 儀表溫度 儀表壓力 儀表液位 儀表PID監(jiān)控儀 監(jiān)控儀 監(jiān)控儀 監(jiān)控儀圖41 系統(tǒng)硬件示意圖打印機21寸工業(yè)平板彩色顯示器 UPS研華工控機 RS-232ADAM4520 RS-485昌暉SWP-RMD808液位檢測儀昌暉SWP-RMD808壓力檢測儀昌暉SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制儀昌暉SWP-RMD808溫度檢測儀 圖42 監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原

19、理圖集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表表41 集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表序號設(shè)備名稱總點數(shù)控制要求AIAODIDO1兩個別離器16水室液位，溫度，壓力2*3=6油室液位，溫度，壓力2*3=6油室，水室液位恒定控制2*2=42兩個摻水泵10泵的前后壓力2*2=4控制泵的啟停2*1=2泵運行情況顯示2*1=23兩個外輸泵10泵的前后壓力2*2=6控制泵的啟停2*1=3泵運行情況顯示2*1=24兩個稠油泵10泵的前后壓力2*2=4控制泵的啟停2*1=2泵運行情況顯示2*1=25兩個換熱器4換熱器前后混合液的溫度2*2=46一個脫水器2脫水器液位和溫度27一個事故罐2事故罐的液位和溫度28站區(qū)16氣體濃度監(jiān)測

20、16合計704666表42 集油站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單序號類別名稱型號技術(shù)要求數(shù)量1計算機局部工控主機研華IPC61040G/50X1臺21寸彩顯21寸LCD19寸工業(yè)平板顯示器1臺UPS電源山特3KVA小時1臺彩色打印機惠普A3,彩色噴墨打印機1臺2控制器及儀表局部多通道巡檢控制儀昌暉SWP-RMD80816路多通道巡檢控制儀,控制輸出方式：電壓/電流輸出，設(shè)定/顯示精度；+0.5%FS+1位數(shù)max3塊智能多回路PID控制器昌暉SWP-ND105-010-23-N48段PID 自整定控制儀，測量精度：0.5%ES，測量范圍：-19999999字，8路輸入，4路輸出1塊信號轉(zhuǎn)換器研華ADAM4520RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器1塊3軟件局部操作系統(tǒng)Windows2000NTMicrosoft Windows2000NT1套組態(tài)軟件北京亞控“組態(tài)王”1套4控