集油站安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計八采用儀表模塊方案

/西安石油高校課程設(shè)計電子工程學院自動化專業(yè)自0903班題目《計算機限制技術(shù)》課程設(shè)計集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計八（接受儀表、模塊方案）學生指導老師徐竟天二○一二年十二月《計算機限制技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書題目集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計八（接受儀表、模塊方案）學生姓名學號專業(yè)班級自0903設(shè)計內(nèi)容和要求課程設(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)場總線等的學問，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)的硬件組成和設(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)硬件方案的實力。課程設(shè)計內(nèi)容及基本要求如下：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)及運用，了解其工作原理。3.學會不同自動化設(shè)備廠家各類板卡、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2012年12月24日至2012年12月30日指導老師簽名年月日系（教研室）主任簽名年月日學生簽名年月日目錄1緒論…………………………41.1目前國內(nèi)外集油站系統(tǒng)概況…………41.2集油站的總體布局……………………41.3集油站的工藝流程技術(shù)指標…………51.4集油站的監(jiān)控目標及要求……………62系統(tǒng)總體方案設(shè)計…………62.1集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)………………62.2集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)各部分的功能…………………73硬件系統(tǒng)設(shè)備選……………83.1集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計…………………83.2模塊的選型……………103.3儀表的選型……………114監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計…………124.1集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計……………124.2集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)輸入硬件示意圖………………134.3集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單………145總結(jié)…………………………15參考文獻………………………15第一章緒論目前國內(nèi)外集油站系統(tǒng)概況集油站是油田油氣集輸系統(tǒng)中很重要的一個環(huán)節(jié)，有的地方還叫做轉(zhuǎn)油站。它是由脫水轉(zhuǎn)油、污水處理、注水系統(tǒng)三大部分組成。供應(yīng)儲存和供應(yīng)石油產(chǎn)品的專業(yè)性倉庫，是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)和加工、成品油運輸及供應(yīng)的紐帶。國外的集油站管理已經(jīng)進入先進的工業(yè)限制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，對集油站日常的首發(fā)油作業(yè)、儲油管理、集油站監(jiān)控系統(tǒng)等進行全方位的綜合管理。我國的集油站自動化技術(shù)和國際先進水平相比還有確定差距。各種計量儀表精度較低，穩(wěn)定性較差，限制系統(tǒng)限制精度比較低，信息化水平還不夠健全，這使得我國集油站的自動化限制和管理系統(tǒng)閱歷了一個較長的發(fā)展階段。國外集油站自動化計量系統(tǒng)國外的自動化計量方法主要接受:檢尺法、靜壓法和液位法。檢尺法是全球通用的測量方法；靜壓法是應(yīng)用壓力傳感器檢測罐內(nèi)的靜壓力;液位法是檢測罐內(nèi)液體的液位高度及密度等參數(shù)，后兩種方法都可以獲得罐內(nèi)儲液的容量及重量。歐美油罐儲量測量儀表品種齊全、技術(shù)先進而且性能優(yōu)良。他們不光發(fā)展高精度、多功能的儀表，還考慮其性能牢靠、價格便宜、適應(yīng)不同目的和用途。國內(nèi)集油站自動化計量系統(tǒng)目前國內(nèi)計量儀表的發(fā)展主要接受引進加仿制等手段，還有一些企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品。我國在該領(lǐng)域的發(fā)展相對外國還有很大差距，普遍存在產(chǎn)品性能指標低、儀表牢靠性差、企業(yè)技術(shù)力氣及裝備差等問題。最近幾年，由于不斷努力，一些產(chǎn)品已經(jīng)達到國際先進水平，但在市場的占有率遠遠不及國外儀表的份額。1.2集油站的總體布局集油站將開采的原油集中進行管線運輸，進行油罐存儲，完成對來油、輸油及有關(guān)儲油量得計算、存盤管理。在此過程中，對含水的原油要進行脫水工藝處理，這樣形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€工藝處理過程。集油站是油田原油集輸生產(chǎn)過程中最重要的生產(chǎn)工藝過程。它是集發(fā)油、卸又等多個工藝系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程，主要包括輸油脫水，污水淺處理、污水深處理、注水、鍋爐和配電等生產(chǎn)崗位或工藝環(huán)節(jié)。在集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)中，接受下位機硬件限制和上位機軟件監(jiān)視構(gòu)架。在下位機限制系統(tǒng)中通過I/O智能模塊和工業(yè)儀表來采集和處理現(xiàn)場數(shù)字量信號和模擬量信號。在上位機監(jiān)視系統(tǒng)中，接受組態(tài)王軟件開發(fā)人機界面，生產(chǎn)實時狀況直觀形象。1.3集油站的工藝流程和主要技術(shù)指標集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計：從各個油井或計量站來的有數(shù)混合液先進入兩個四相分別器，進行油、水、氣、沙四項分別，分別出來的水經(jīng)摻水泵送到各計量站摻水或?qū)Φ叵伦⑺?；分別出來的原油進入脫水器再次脫水，經(jīng)稠油泵送往200立方米的大罐儲存銷售；還有一部分油水混合液經(jīng)外輸泵在進行熱交換（加熱）后往其他集油站外輸。整個監(jiān)控系統(tǒng)須要處理：限制兩個四相分別器上油室、水室的液位恒定。監(jiān)測兩個四相分別器上油室、水室的液位、溫度、壓力、報警。監(jiān)測兩個摻水泵、兩個外輸泵、兩個稠油泵各自前后的壓力，限制各個泵的起、停，顯及其運行狀況及報警。監(jiān)測兩個換熱器各自前后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。6）遍布整個站區(qū)的十六處的氣體濃度監(jiān)測及報警。油田計算機監(jiān)控系統(tǒng)說明：某油田集油站工藝流程圖如圖1-1所示。從各個油井或計量站來的有數(shù)混合液先進入兩個思想分別器，進行油、水、氣、沙四項分別，分別出來的水經(jīng)摻水泵送到各計量站摻水或?qū)Φ叵伦⑺?；分別出來的原油進入脫水器再次脫水，經(jīng)稠油泵送往200m3的大罐儲存銷售；還有一部分油水混合液經(jīng)外輸泵在進行熱交換（加熱）后往其他集油站外輸。整個監(jiān)控系統(tǒng)須要處理：限制兩個四相分別器上油室、水室的液位恒定。監(jiān)測兩個四相分別器上油室、水室的液位、溫度、壓力、報警。監(jiān)測兩個摻水泵、兩個外輸泵、兩個稠油泵各自前后的壓力，限制各個泵的起、停，顯示其運行狀況及報警。監(jiān)測兩個換熱器各自前后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。12）遍布整個站區(qū)的十六處的氣體濃度監(jiān)測及報警。圖1-1集油站的工業(yè)流程圖1.4集油站的監(jiān)控目標及要求本課程設(shè)計探討目的是針對集油站發(fā)油、裝油、卸油等工藝過程的分析，進行監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，同時對系統(tǒng)的適應(yīng)性進行探討，建立一套具有實際應(yīng)用實力的監(jiān)控系統(tǒng)。本次設(shè)計應(yīng)達到以下目標和要求:1.能剛好地，正確地對運行設(shè)備的運行參數(shù)和運行狀況做出全監(jiān)測，預防和消退事故隱患。2.對設(shè)備和運行狀況進行必要的指導，提高設(shè)備運行的平安性、牢靠性和有效性，把運行設(shè)備發(fā)生事故的概率降低到最低水平，將事故造成的損失減低到最低程度。3.通過對運行設(shè)備進行監(jiān)息。總的來說，進行集油站平安監(jiān)控測、隱患分析和性能評估等，為設(shè)備的結(jié)構(gòu)修改、設(shè)計優(yōu)化和平安運行供應(yīng)數(shù)據(jù)和信的目的就是確保設(shè)備的平安運行，預防和消退事故隱患，避開事故發(fā)生。其次章系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)依據(jù)工藝流程圖所示，系統(tǒng)須要對液位、溫度、壓力、氣體濃度進行檢測，并對各泵運行狀狀況實時顯示。集油站監(jiān)控最重要的是對工藝過程中的各項參數(shù)如溫度、壓力、液位、流量等進行實時監(jiān)控。在原油分別過程中液位和壓力、鍋爐間的鍋爐溫度、以及各個重要工藝過程中的參數(shù)是集油站平安、高效生產(chǎn)的確定性因素，所以必需在各種干擾的狀況下，將液位、溫度、壓力等穩(wěn)定限制在工藝允許誤差范圍內(nèi)，所以對這些參數(shù)監(jiān)控就是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵。設(shè)計集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)，不僅節(jié)約了人力物力，而且在精確性、靈敏性以及生產(chǎn)效率上都有明顯提高，保證了油田的平平穩(wěn)定生產(chǎn)。針對集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)的要求，設(shè)計了工控機通過通訊轉(zhuǎn)換器組成的分布式監(jiān)控系統(tǒng)。由I/O模塊負責采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并且傳輸?shù)缴衔粰C。上位機作為管理機構(gòu)，負責文件管理、數(shù)據(jù)庫維護、報表自生成并定時打印。下位機智能儀表要對現(xiàn)場進行測量、采集信息。并通過線路送到主機，由上位機完成數(shù)據(jù)處理的任務(wù)，依據(jù)下位機傳送來的信息，上位機自動生成各種報表，并在指定時間打印輸出，從而將繁重的數(shù)據(jù)處理任務(wù)交給上位機完成，大大減輕了下位機的負擔，以便更好地進行各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和限制功能，保證系統(tǒng)的牢靠性和精度。這次設(shè)計接受智能儀表來采集和限制現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過I/O模塊限制器，將現(xiàn)場的模擬或數(shù)字信號傳輸?shù)焦た貦C中，通過顯示器顯示出現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。在限制系統(tǒng)中應(yīng)配有工控機，以提高監(jiān)控系統(tǒng)牢靠性。2.2集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)各部分的功能。各泵運行狀況則為對應(yīng)的數(shù)字量輸入信號，所以要選用不同的輸入模塊。限制兩個四相分別器上油室、水室的液位恒定和各個泵的起、停。其中：限制分別器上油室、水室的液位恒定可以接受智能I/O模塊限制。限制原理是：油室、水室的當前液位信號經(jīng)由液位變送器送入模擬量輸入智能I/O模塊中，和工控機主機中的人工給定值進行比較，輸出4-20mA限制信號到變頻器，變頻器對50HZ溝通電進行變頻，輸出對應(yīng)于4-20mA的0-50HZ溝通電對泵上的驅(qū)動電機進行變頻調(diào)速，通過調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速（流量）來限制油室、水室的液位恒定。限制各個泵的起、停是對應(yīng)的數(shù)字量輸出信號，還須要對各個泵的狀態(tài)進行顯示，這樣就運用一個數(shù)字量輸出模塊和一個數(shù)字量輸入模塊就好了。 第三章硬件系統(tǒng)設(shè)備選型3.1集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)I/O點數(shù)可以通過列表的形式來列舉：表3-1集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表序號序號設(shè)備名稱總點數(shù)限制要求AIAODIDO1兩個四相分別器16水室的液位、溫度、壓力2*3=6油室的液位、溫度、壓力2*3=6油室、水室液位恒定限制2*2=42兩個摻水泵10泵的前后的壓力2*2=4限制各個泵的起、停2*1=2泵運行狀況顯示2*1=23兩個外輸泵10泵的前后的壓力2*2=4限制各個泵的起、停2*1=2泵運行狀況顯示2*1=24兩個稠油泵10泵的前后的壓力2*2=4限制各個泵的起、停2*1=2泵運行狀況顯示2*1=25兩個換熱器4熱水器前后混合液的溫度2*2=42*1=26一個脫水器2脫水器的液位、溫度27一個事故罐2事故罐的液位、溫度28站區(qū)16氣體濃度監(jiān)測16合計7048466在詳細統(tǒng)計完I/O點數(shù)后，還要列些每個點的參數(shù)表，參數(shù)表中每一個值都必需和現(xiàn)場完全對應(yīng)。表3-2數(shù)字量I/O點參數(shù)表I/O位號變量名稱變量說明I/O類型正常狀態(tài)信號類型信號上線信號下線邏輯極性2-1CIQD一號摻水泵的啟動DO1V240正2-2CIZK一號摻水泵運行狀況DI1V240正表3-3模擬量I/O點參數(shù)表I/O位號變量名稱變量說明I/O類型工程單位信號類型量程上限量程下限報警上限報警下限偏差報警正常值1-1SISY一個四相分別器水室的液位AImmA10091151-2SISYK一個四相分別器水室的液位限制信號AO℃mA1000803010503.2模塊的選型模塊的選擇如下：1）兩臺四相分別器油室、水室的液位恒定限制總共有4路限制，可選擇4路模擬量輸出模塊研華ADAM-4024；2）兩個摻水泵，兩個外輸泵，兩個稠油泵總共有6個運行狀態(tài)顯示，則有有6路數(shù)字量輸入，可選擇8路數(shù)字量輸入模塊研華ADAM-4052；3）兩個摻水泵，兩個外輸泵，兩個稠油泵總共有6個限制泵起、停的輸出量，可選擇8路繼電器輸出模塊研華ADAM-40684）還要運用一個信號轉(zhuǎn)換器模塊研華ADAM-4520來對RS-232到RS-485進行轉(zhuǎn)換。產(chǎn)品介紹：1）4路模擬量輸出模塊ADAM-4024；12位辨別率、單通道m(xù)A或V輸出、4路數(shù)字量輸入、3000VdcD/A、可編程輸出斜率:0.125-128.0mA/秒,0.0625-64V/秒隔離數(shù)字量輸入模塊ADAM-4052；6路完全獨立隔離的通道、2路共地通道、隔離電壓:5000VRMS3)8路繼電器輸出模塊ADAM-4068；I/O類型:8路C型;接點功率:AC:125V@0.6A;250V@0.3A,DC:30V@2A;110V@0.6A;開關(guān)時間:繼電器接通時間(典型):3毫秒繼電器斷開時間(典型):1毫秒;LED指示燈;支持Modbus/RTU限制隔離RS-232到RS-422/485轉(zhuǎn)換器ADAM-4520；自動內(nèi)部RS-485總線監(jiān)督;自動數(shù)據(jù)流限制;最高采樣速率115.2kbps;3000Vdc隔離愛惜(ADAM-4520)3.3儀表的選型儀表的選擇如下：選用限制柜上的顯示儀，這里我們選擇昌暉公司的SWP-LCD-M型多通道巡檢限制儀，該表可以輪番顯示十六路模擬數(shù)據(jù)，選擇RS-485接口型。氣體濃度、壓力和溫度信號共45路，所以可選用3臺，有3*16-45=3路冗余。儀表都選用RS-485接口。產(chǎn)品介紹：SWP-LCD-M多路儀表適合于須要同時對多組過程參量（≤16）進行集中監(jiān)測，超限報警，變送輸出及遠傳的場合。SWP-LCD-M多路儀表在設(shè)計上吸納了當今電腦結(jié)構(gòu)思路：硬件上接受內(nèi)帶快閃存儲器的新型微處理器，擴充了大容量的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，顯示器接受大屏幕液晶圖形顯示板，軟件上引入中文Windows的框架思路，并接受了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。準電腦化的結(jié)構(gòu)，高度地體現(xiàn)了微處理器化儀表的靈敏性，成功地解決了多路儀表的分度號可自由設(shè)定，測量值集中顯示等難題。SWP-LCD-M多路儀表在人機操作和視察界面上都對傳統(tǒng)的二次儀表做了挑戰(zhàn)性的改革，以中文菜單引導組態(tài)操作,以集中的數(shù)據(jù)畫面顯示多路測量結(jié)果，以明確的文字信息標識畫面內(nèi)容的涵義，簡潔直觀地給人以“智能”的感受。SWP-LCD-M多路儀表可接16路被測信號，依據(jù)用戶設(shè)定要求完成從信號采集，顯示，變送到遠傳的全過程。SWP-LCD-M多路儀表的打印接口可干脆和帶有RS232串行口的打印機連接，完成定時打印，即時打印或報警打印。SWP-LCD-M多路儀表的串行通訊接口可和上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的集中管理。圖2-5SWP-LCD-M工作原理第四章監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計4.1系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)接受一臺研華工控主機，配21寸飛利浦彩顯，帶有USB電源的A3幅面彩色噴墨打印機。系統(tǒng)選用四路PID限制儀完成對四相分別器油室、水室的液位恒定限制。現(xiàn)場全部模擬輸入量都先接入昌輝公司十六路巡檢儀，然后計算通過RS-485總線和巡檢儀及PID限制儀通信，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集進計算機?，F(xiàn)場全部數(shù)字量都通過研華公司ADAM4000系列儀表采集和輸出，通過RS-485總線，計算機通過研華ADAM-4052模塊讀入現(xiàn)場泵的運行狀態(tài)，再通過研華ADAM-4068模塊輸出現(xiàn)場泵的啟停指令。監(jiān)控系統(tǒng)方案硬件示意圖及監(jiān)控系統(tǒng)輸入系統(tǒng)還須要選用打印機、電源及顯示器等其他設(shè)備，這里我們選用惠普彩色噴墨打印機、山特3KVA型UPS電源（不間斷電源）4.2集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖UPSS21寸彩顯UPSS打印機研華工控機打印機ADAM4520西門子SM322西門子SM323SWP-LCD-SSRSWP-LCD-MSWP-LCD-MSWP-LCD-M16路增加DO8增加DO/DI48段PID自整16路多通道16路多道16路多道模塊模塊限制儀巡檢限制儀巡檢限制儀巡檢限制儀圖4-2監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出硬件圖4.3集油站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單表4-1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計算機部分工控主機研華IPC610PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X1