油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)一(采用板卡方案)

1、 目 錄1 緒論11.1 國內(nèi)外油庫安全現(xiàn)狀11.2 油庫的簡(jiǎn)介11.3 油庫的監(jiān)測(cè)控制22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)52.1 油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)52.4 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)73 系統(tǒng)監(jiān)控硬件選型與介紹93.1 工控機(jī)主機(jī)選型9 3.2.1 板卡PCI-171310 3.2.2 板卡PCI-1721103.3 接口選擇114 監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)124.2 系統(tǒng)方案圖示125 結(jié)論15參考文獻(xiàn)16附錄17 1 緒論1.1 油庫安全現(xiàn)狀 油庫儲(chǔ)存的介質(zhì)（油品）是易燃、易爆、易腐蝕、易產(chǎn)生靜電的化學(xué)危險(xiǎn)物質(zhì)，內(nèi)中蘊(yùn)藏著潛在的危險(xiǎn)隱患和職業(yè)病危害。在這種情況下，任何一個(gè)人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，都有

2、可能造成事故的發(fā)生，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害事故，嚴(yán)重的甚至危害社會(huì)，政治影響惡劣。油庫危險(xiǎn)性大，不安全因素多，一旦發(fā)生事故，將可能造成人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的大量損失，造成極壞的影響。2011年，中石油大連煉油基地從去年七月開始，短短13個(gè)月內(nèi)，接連發(fā)生了4次爆炸起火事故，震驚了全社會(huì)。在我國油庫管理中，標(biāo)準(zhǔn)制度不健全以及落實(shí)不到位是制約油庫安全管理的最主要的隱患。目前，各油庫以及中轉(zhuǎn)站的自動(dòng)化程度越來越高，先進(jìn)的測(cè)試儀器以及計(jì)量設(shè)備使用使得人為影響逐步減少。因此，建立和落實(shí)合理的、適合本油庫的規(guī)范作業(yè)流程和安全制度，對(duì)于油庫的安全作業(yè)和效益的最大化有著積極的意義。安全工作的行為準(zhǔn)則是油庫企業(yè)

3、安全的生命線。只有抓住貫徹規(guī)章制度這根主線，油庫安全工作才能落到實(shí)處，才能有力度、有效果。首先，要從學(xué)知識(shí)、強(qiáng)素質(zhì)，學(xué)規(guī)章、守制度抓起，準(zhǔn)確理解各項(xiàng)法規(guī)制度的內(nèi)在含義，1.2 油庫的簡(jiǎn)介凡是用來接收、儲(chǔ)存和發(fā)放原油或原油產(chǎn)品的企業(yè)和單位都稱為油庫。同時(shí)，油庫也指用以貯存油料的專用設(shè)備，于平衡消費(fèi)流通領(lǐng)域；企業(yè)部門用于保證生產(chǎn)；國家戰(zhàn)略儲(chǔ)備。隨著我國石油工業(yè)的飛速發(fā)展，油庫發(fā)展也很快，除了石油系統(tǒng)、供銷系統(tǒng)和軍事系統(tǒng)建有一系列專用油庫外，其他企業(yè)，如鐵道、交通、電力、冶金等部門也建有各種類型的油庫，以保證運(yùn)輸和生產(chǎn)的正常運(yùn)行。由于我國自動(dòng)化水平的提高，油庫生產(chǎn)實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控已經(jīng)迫在眉睫。油庫是油

4、田集輸?shù)闹匾M成部分，油庫是實(shí)現(xiàn)油的安全 常規(guī)儀表控制采用各種監(jiān)測(cè)和控制儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種工藝參數(shù)的采集處理、顯示、報(bào)警和調(diào)節(jié)控制，保證生產(chǎn)過程的高效、安全和平穩(wěn)進(jìn)行。這種控制方式已在油庫生產(chǎn)中的得到了廣泛的應(yīng)用。 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制是從上世紀(jì)七十年代迅速發(fā)展起來的一種功能強(qiáng)大的現(xiàn)代工業(yè)過程控制方法。它采用計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化儀表相結(jié)合，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、顯示和控制。相對(duì)與常規(guī)儀表控制，他可以提供更為復(fù)雜的控制算法，通過對(duì)各種相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)管理和優(yōu)化控制。1.4 油庫的監(jiān)控目標(biāo)及要求本課程設(shè)計(jì)研究目的是針對(duì)油庫發(fā)油，裝油、卸油等工藝過程的分析，進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)

5、的硬件與軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)性進(jìn)行研究，建立一套具有實(shí)際應(yīng)用能力的監(jiān)控系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到以下目的：總的來說，進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)的目的就是確保設(shè)備的安全運(yùn)行，預(yù)防和消除事故隱患，避免事故發(fā)生。因此，自動(dòng)化控制與管理信息系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)加集油站全面自動(dòng)化監(jiān)控提供了可能。1.5 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的介紹計(jì)算機(jī)監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對(duì)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(jì)算機(jī)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(shí)操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對(duì)象的變化過程。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)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

6、消耗，降低生產(chǎn)成本。還可以降低勞動(dòng)這的強(qiáng)度，并且提高管理水平，從而帶來極大的社會(huì)效益。正因?yàn)槿绱擞?jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以在各個(gè)領(lǐng)域都有所發(fā)展。計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)時(shí)一門綜合性的技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)及技術(shù)（包括軟件技術(shù)，接口技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)）、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。任何一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)基本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)運(yùn)行。當(dāng)然，這六個(gè)階段并不是完全按照直線順序進(jìn)行的。在任何一個(gè)階段出現(xiàn)了問題都可以返回到前面的階段進(jìn)行修改。圖1-1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.6 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及原則 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要

7、特點(diǎn)有實(shí)時(shí)性。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制，按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)，保證被控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。可靠性。具有在較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期工作的能力，并具有良好的故障診斷和維護(hù)性。較強(qiáng)的輸入/輸出能力?？膳c工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)儀表和控制裝置相連接，完成各種測(cè)量控制任務(wù)。應(yīng)用軟件豐富。目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以WINDOWS做工作平臺(tái)，系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件豐富，可提供良好的人機(jī)界面，特別是組態(tài)軟件更為用戶提供了方便。 2.1 油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)是進(jìn)入實(shí)質(zhì)性設(shè)計(jì)階段的第一步，也是最重要和最關(guān)鍵一步，起總體設(shè)計(jì)過程圖如圖2-1.圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.2 油田油庫監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)油

8、庫是指將開采的原油集中進(jìn)行管線運(yùn)輸，進(jìn)行油罐的存儲(chǔ)，完成對(duì)來油、輸油及有關(guān)儲(chǔ)油量的計(jì)算、盤存管理。在此過程中，對(duì)含水的原油要進(jìn)行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€(gè)工藝處理過程。2.3 系統(tǒng)的初步分析根據(jù)此油庫的工藝流程可知系統(tǒng)需要監(jiān)控的液位、溫度、壓力、氣體濃度，以及監(jiān)測(cè)及各個(gè)泵運(yùn)行狀況顯示。其中：液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的變送氣后都會(huì)轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場(chǎng)最大、最小值對(duì)應(yīng)的 420MA電流信號(hào)，都是模擬量輸入信號(hào)。2.4 系統(tǒng) I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 系統(tǒng)I/O 點(diǎn)數(shù)可以通過列表的形式來列舉。表2-1 某油田監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表序號(hào)設(shè)備名稱總點(diǎn)數(shù)控制要求AIAODIDO13個(gè)流量器3流

9、量計(jì)的壓力322個(gè)電脫水器4電脫水器的液位、溫度2*2=434個(gè)緩沖器8緩沖器的壓力、溫度2*4=842個(gè)計(jì)量器8來油的溫度、壓力2*2=4溫度、壓力控制2*2=452個(gè)外輸泵8泵的前后壓力2*2=4控制各個(gè)泵的起、停2泵的運(yùn)行狀況顯示262個(gè)油庫8油庫的液位、壓力、溫度2*3=6油庫的液位恒定控制27站區(qū)16氣體濃度監(jiān)測(cè)16在詳細(xì)統(tǒng)計(jì)完I/O點(diǎn)數(shù)后，還要列寫每個(gè)點(diǎn)的參數(shù)表，參數(shù)表中每一個(gè)值都必須與現(xiàn)場(chǎng)完全對(duì)應(yīng)，在此僅模擬兩個(gè)：表2-2 模擬量I/O點(diǎn)參數(shù)表I/O位號(hào)變量名稱變量說明I/O類型工程單位信號(hào)類型量程上限量程下限報(bào)警上限報(bào)警下限偏差報(bào)警正常值1-1YK油庫液位AImmA100911

10、51-2YKK油庫液位控制信號(hào)AO100080301050表2-3 數(shù)字量I/O點(diǎn)參數(shù)表I/O位號(hào)變量名稱變量說明I/O類型正常狀態(tài)信號(hào)類型信號(hào)上限信號(hào)下限邏輯極性2-1WSB外輸泵啟動(dòng)DO 1V24 0 正 2-2WSBK外輸泵運(yùn)行情況DI 1V 24 0 正3 系統(tǒng)監(jiān)控硬件選型與介紹在油庫工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，腐蝕性氣體多，且需要計(jì)算機(jī)24小時(shí)連續(xù)不斷地運(yùn)行，因此對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備較其他行業(yè)要求更高。所以針對(duì)主機(jī)，我們選擇由我國臺(tái)灣省研華公司生產(chǎn)的IPC-610H型工控機(jī)，該機(jī)適合于對(duì)數(shù)據(jù)的收集，處理有極高專業(yè)要求的行業(yè)，能給各行業(yè)提供高性能、高可靠性的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)。 圖3-1 研華IPC-61

11、0H主要特征（3）電源：250W工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電源 PS-250ATX-ZE。（4）主板;PCA-6010V，支持雙通道DDR2 667 SDRAM，最高可達(dá)4 GB，G2版本支持CF插槽和DVI接口。符合PICMG 1.0標(biāo)準(zhǔn)，支持LGA 775 Intel Core? 2 Duo FSB 1066 MHz處理器。單GBE LAN via PCIE x1通道。（5）端口：2 COM端口, 4 SATA端口。顯示器則選用帶19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工業(yè)平板顯示器。 圖3-2 工業(yè)平板顯示器主要特征（1）19寸SXGA TFT LCD分辨率達(dá)到1280*1024 。

12、（2）輸入信號(hào)自動(dòng)識(shí)別 。（3）最高亮度可達(dá)250cd/m2 。3.2 板卡的選擇3.2.1 板卡PCI- 1713 所有的氣體濃度監(jiān)測(cè)和液位、溫度、壓力信號(hào)為模擬信號(hào)，可采用PCI總線模擬輸入/輸出板卡。由于AI信號(hào)共有45路,故可選用兩塊PCI-1713總線模擬輸入卡。 圖3-3 板卡PCI-1713PCI-1713是一款PCI總線的隔離高速模擬量輸入卡，它提供了32個(gè)模擬量輸入通道，采樣頻率可達(dá)100KS/s，12位分辨率及2500YDC的支流隔離保護(hù)。2500YDC隔離保護(hù)，32路單端或16路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位A/D轉(zhuǎn)換分辨率，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率可達(dá)100KS/

13、s，每個(gè)輸入通道的增益可編程，卡上4K采樣FIFO緩沖器，支持軟件、內(nèi)部定時(shí)器出發(fā)或外部觸發(fā)。3.2.2 板卡PCI-1721由于AO信號(hào)共有4路，故可選用一塊4路增強(qiáng)模擬量輸出卡PCI-1721。 圖3-4 板卡PCI-1721PCI-1721是一款高性能PCI總線模擬輸出卡，每個(gè)模擬量輸出通道都帶有一個(gè)12為的雙緩沖DAC.輸出卡具有強(qiáng)大的獨(dú)特功能，PCI-1721是要求連續(xù)高速模擬量輸出或?qū)崟r(shí)波形輸出應(yīng)用的理想選擇。5MHZ最大數(shù)字更新速率，自動(dòng)校準(zhǔn)功能，4路模擬量輸出帶1KFIFO，每個(gè)模擬量輸出通道帶一個(gè)12位DAC，帶外/內(nèi)部出發(fā)的實(shí)時(shí)波形輸出功能，同步輸出功能。3.3 接口選擇

14、圖3-4 模塊PCI-1730實(shí)用工業(yè)I/O卡，32chDI,32chDO卡，各有16ch帶光隔32路隔離DIO通道，32路TTL電平DIO通道，高輸出驅(qū)動(dòng)能力，中斷能力，2個(gè)20針接口用于隔離數(shù)字量I/O通道，2個(gè)接口用于TTL數(shù)字量I/O通道，用于隔離輸入和輸出通道的D型接口。4 系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺(tái)研華工控主機(jī)配帶19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工業(yè)平板顯示器帶有UPS電源的A3幅面彩色噴墨打印機(jī)。系統(tǒng)采用板卡對(duì)三相分離器和各個(gè)泵的油室、水室液位恒定控制。 現(xiàn)場(chǎng)所有模擬輸入量都是先接入昌輝公司十六路巡檢儀，然后計(jì)算機(jī)通過RS-

15、485總線與巡檢儀及PID控制儀通信，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)計(jì)算機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)字量都是計(jì)算機(jī)通過研華公司的板卡PCI-1713數(shù)字量讀入現(xiàn)場(chǎng)泵的運(yùn)行狀態(tài)，再通過研華公司板卡PCI-1721輸出現(xiàn)場(chǎng)泵的啟停指令。根據(jù)此油庫的工藝流程可知系統(tǒng)需要監(jiān)控各個(gè)泵、分離器加熱爐的液位、溫度、壓力、氣體濃度，以及監(jiān)測(cè)及各個(gè)泵運(yùn)行狀況顯示。其中液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的變送器后都會(huì)轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場(chǎng)最大、最小值對(duì)應(yīng)的 420mA電流信號(hào)，都是模擬量輸入信號(hào)。各個(gè)泵運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入信號(hào)?？刂品蛛x器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡來控制。各個(gè)泵的運(yùn)行狀況及啟停顯示都是數(shù)字量輸入信號(hào)。可以采用西門子的數(shù)

16、字量輸入模塊。當(dāng)前液位的信號(hào)接入PCI-1713總線的隔離高速模擬量輸入卡，與人工設(shè)置的定值相比較，通過分析，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來控制油室、水室的液位恒定。根據(jù)集油站的各個(gè)工藝流程，可以看到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量類型主要有壓力、溫度、液位、界位、電量等，所以需要相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以及利用控制閥進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 ups 19寸平板顯示器 研華工控機(jī)打印機(jī)RS232RS232ADAM45220RS485ADAM45220 RS485圖4-1 監(jiān)控系統(tǒng)方案硬件圖19寸工業(yè)平板彩色顯示器ups打印機(jī)研華工控機(jī)IPC-610RS232RS232ADAM4520 ADAM4520 RS485RS485研華板塊PCI-

17、173032路DI/DO研華32路AI研華332路AI研華 AOS2路泵狀態(tài)顯示和2路泵啟?？刂?5路壓力信號(hào)監(jiān)測(cè)和4路液位信號(hào)監(jiān)測(cè)和10路溫度信號(hào)2路液位PID控制16路氣體濃度監(jiān)測(cè)2路溫度信號(hào)和2路壓力信號(hào) 圖4-2 監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖 4 結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)主要完成油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（采用板卡方案）。使我們能夠進(jìn)一步 用已學(xué)過的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行油庫設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，了解油庫的基本構(gòu)造及其工藝流程，學(xué)會(huì)設(shè)置簡(jiǎn)單的監(jiān)控系統(tǒng)。要求進(jìn)一步熟悉相關(guān)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成與方案，學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的步驟和方法，培養(yǎng)初步設(shè)計(jì)小型計(jì)算機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案的能力。熟悉聯(lián)合站工藝流程、監(jiān)控目標(biāo)及要求。學(xué)會(huì)使用常用的監(jiān)控系統(tǒng)硬件，了解其工作原理。學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各類板卡的選型，能用所選硬件搭建符合聯(lián)合站工藝流程和監(jiān)控目標(biāo)的硬件系統(tǒng)。油庫的安全離不開對(duì)各個(gè)I/O接口的設(shè)置與監(jiān)控，只有將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與安全檢測(cè)技術(shù)結(jié)合起來，共同分析問題，才能達(dá)到更好的監(jiān)控系統(tǒng)，從而控制事故的發(fā)生，更加安全的生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)將會(huì)在我們的生活中扮演重要的角色，因此我們應(yīng)該學(xué)習(xí)好計(jì)算機(jī)技術(shù)，掌握各項(xiàng)技能，提高自己的計(jì)算機(jī)方面的能力。 參考文獻(xiàn)1 徐竟天，汪躍龍.石油安全工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書Z.西安石油大學(xué).2 張