油库安全监控系统硬件设计二采用智能仪表方案Word文件下载.docx
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1.3油库的工艺流程与主要技术要求................................................2
二．系统总体方案设计.............................................................3
三．硬件系统设备选型.............................................................6
3.1主机部分........................................................................................6
3.2仪表部分........................................................................................7
3.3其他设备........................................................................................9
四．监控系统详细设计..............................................................9
五．总结.....................................................................................11
参考文献...................................................................................11
一．绪论
随着我国石油工业的飞速发展，油库发展也很快，除了石油系统、供销系统和军事系统建有一系列专用油库外，其他企业，如铁道、交通、电力、冶金等部门也建有各种类型的油库，以保证运输和生产的正常运行。
且科学技术的不断进步，特别是工业控制技术的飞速发展，计算机监控系统的发展为油库的自动化监测注入了新的活力，进而有效的提高生产率、减少事故发生率、降低工人的劳动强度。
本文主要针对油库发油、卸油等工艺过程介绍了其计算机监控系统硬件的设计。
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50％～80％，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。
1.2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）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、污水缓冲罐，过滤罐、加热炉的温度及液位及报警。
二．系统总体方案设计
监控系统采用一台研华工控机，配带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器，带有UPS电源的A3幅面彩色喷墨打印机。
系统采用板卡和PLC对三相分离器和各个泵的油室、水室的液位恒定控制。
现场所有模拟输入量都是先接入昌辉公司十六路巡检仪，然后计算机通过RS-485总线与巡检仪及PID控制仪通信，将现场数据采集进计算机。
现场所有数字量都是计算机通过研华公司的板卡PCI-1713数字量读入现场泵的运行状态，再通过研华公司的板卡PCI-1721输出现场泵的启停指令。
监控系统的方案硬件示意图2.1及监控系统的输入输出原理图2.2如下图：
19寸彩显
研华工控机
西门子SM322西门子SM323SWP-LCD-SSRSWP-LCD-MSWP-LCD-MSWP-LCD-M16路增强DO8增强DO/DI48段PID自整16路多通道16路多道16路多道
模块模块控制仪巡检控制仪巡检控制仪巡检控制仪
图2-1系统硬件示意图
RS-232
ADAM4520
RS-485
SWP-LCD-SSR8增强DO/DI控制仪
1路泵状1路泵启4路液位7路压力5路液位16路气体
态显示停控制PID控制信号监测信号监测浓度监测
6路温度
信号监测
图2-2监控每个系统方案硬件示意图
三．硬件系统设备选型
3.1主机部分
在联合站工业生产现场，腐蚀性气体多，且需要计算机24小时连续不断地运行，因此对生产现场的设备较其他行业要求更高。
所以针对主机，我们选择由我国台湾省研华公司生产的IPC-610H型工控机，该机适合于对数据的收集，处理有极高专业要求的行业，能给各行业提供高性能、高可靠性的工业级计算机平台。
·
研华工控主机
主要特征
•IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计
•支持14槽ISA/PCI底板
•支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置3.5”硬盘
•1个带防尘过滤网的86CFM风扇
选配
InterPIV2.4GMCPU
西部数据80G硬盘
Kingston256M内存
工业键盘及光电鼠标
RS-232C接口
•显示器
带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器
19寸SXGATFTLCD分辨率达到1280*1024
输入信号自动识别
最高亮度可达250cd/m2
多扫描功能：
支持SXGA，XGA，SVGA，
VGA和文本模式
支持多信号输入:
VGA,DVI,Video和S-Video
不锈钢机箱,符合NEMA4/IP65标准的防锈前面板
支持面板安装,壁挂式安装,机架安装和VESA悬臂安装
3.2模块部分
（1）西门子SM32216路增强DO模块概述
（2）西门子SM3238路增强DO/DI模块概述
3.3仪表部分
由于所有气体浓度、液位、温度和压力信号比较重要，必须要在现场控制柜显示，所以要选用控制柜上的显示仪，这里我们选择昌晖公司的SWP-LCD-M型多通道巡检控制仪，该表可以轮流显示十六路模拟数据，选择RS-485接口型。
气体浓度、压力和温度信号共45路，所以可选用3台，有3*16-45=3路冗余。
仪表都选用RS-485接口。
（1）SWP-LCD-M概述
SWP-LCD-M多路仪表适合于需要同时对多组过程参量（≤16）进行集中监测，超限报警，变送输出及远传的场合。
SWP-LCD-M多路仪表在人机操作与观察界面上都对传统的二次仪表做了挑战性的改革，以中文菜单引导组态操作,以集中的数据画面显示多路测量结果，以明确的文字信息标识画面内容的涵义，简洁直观地给人以“智能”的感受。
SWP-LCD-M多路仪表可接16路被测信号，根据用户设定要求完成从信号采集，显示，变送到远传的全过程。
SWP-LCD-M多路仪表的打印接口可直接与带有RS232串行口的打印机连接，完成定时打印，即时打印或报警打印。
SWP-LCD-M多路仪表的串行通讯接口可与上位机进行数据传输，实现记录数据的集中管理。
（2）SWP-LCD-M技术指标
输入信号模拟量输入：
电压0——5V1——5V
电流0——10mA4——20mA
输出信号模拟量输出：
电流0——10mA（负载≤750Ω）
4——20mA（负载≤500Ω）
电压0——5V（负载≥250KΩ）
1——5V（负载≥250KΩ）
开关量输出：
继电器触点容量：
AC220V/3A，
DC24V/5A（阻性负载）
SCR输出——400V/0.5A
SSR输出——6–9V/0.05A
馈电输出：
DC24V/30m
精度0.5%FS±
1字或0.2%FS±
1字
采样周期1秒/通道
输入回路8路或16路
测量范围-1999-------9999字
显示方式背光式大屏幕液晶（LCD）图形显示板
显示内容由汉字、西文、数字、工程单位等组成
通过面板按键可完成画面翻页，LCD背光时间长短等操作
控制方式可选择带回差的ON/OFF控制
通讯输出RS232/485，波特率1200pbs——28.8kpbs（可设置）
参数设定中文菜单提示，面板按键设定或上位机通过通讯口设定，设定参数密码锁定
保护方式设定参数永久保存，记录数据断电保存，内置Watchdog电路
功耗≤5W
使用环境环境温0—50℃相对湿度≤85%RH避免强腐蚀性气体
电源电压AC220V+10-15%50—60Hz
AC90V—260V（开关电源）DC24V±
2V（开关电源）
（3）SWP-LCD-M工作原理
本仪表原理如图3-1所示，仪表以单片微处理器为基础，通过输入电路把模拟信号经A/D转换器转换成数字信号，微处理器根据采样的结果与设定内容进行计算，比较后显示结果及输出控制信号。
图3-1SWP-LCD-M工作原理
3.3其他设备
系统还需要选用打印机、电源及显示器等其他设备，这里我们选用惠普彩色喷墨打印机、山特3KVA型UPS电源（不间断电源）。
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IPC610
PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X
1台
19寸彩显
19寸LCD
19寸工业平板显示器
UPS电源
山特3KVA
3KVA0.5小时
彩色打印机
惠普
A3,彩色喷墨打印机
2
控制器板卡部分和仪表部分
AI板卡
研华PCI-1713
32个模拟量输入通道
一块
AO板卡
研华PCI-1721
4个模拟量输出通道
多通道巡检控制仪
昌辉SWP-LCD-M
16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-SSR
48段PID自整定控制仪，测量精度：
±
0.5%ES，测量范围：
-1999——9999字，8路输入，4路输出
信号转换器
研华ADAM-4520
RS-232到RS-485转换器
3
控制柜
仪表盘柜
KG-221型
仪表控制柜，2100×
900×
600（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
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4～20mA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
设备名称
总点数
控制要求
AI
AO
DI
DO
计量器
16
来油的温度、压力
2*4=8
温度、压力控制
两个汽油罐
6
温度、压力、液位
3*2=6
3
两个柴油罐
4
一个来油泵
泵前后的压力
控制泵的起、停
泵运行情况显示
1
5
站区
16
气体浓度监测
合计
58
38
8
表2-2模拟量I/O点参数表
I/O位号
变量
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
1-1
QYG
汽油罐液位
m
mA
10
0
9
1-2
QYGK
汽油罐液位控制信号
℃
100
80
30
10
50
表2-3数字量I/O点参数表
正常状态
信号上限
信号下限
逻辑极性
2-1
LYB
来油泵启动
V
24
正
2-2
LYBK
来油泵运行情况
24
五．总结
油库安全监控系统是油库管理中很重要的一部分。
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。
随着计算机监控系统的出现应用，可以满足相应的技术要求。
一般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），监测装置、变送机构等。
本次课程设计主要是对油库进行计算机监控系统的硬件设计，其中工艺流程中分离器流程实现气液分离，油罐区加热炉等流程则实现油水分离，进而完成对原油的储存，保证油料高品质的外输。
在进行硬件设计时，本次设计中采用监控仪表，在现场端，我们以监控仪表作为主控制系统，对油库监控系统实时控制，同时向计算机发送数据，计算机按一定的控制规律处理数据后发出相应的指令，进而通过执行机构实现油库现场设备实时监控。
通过此次课程设计，我受益匪浅。
不仅学会相应仪表的规格特点及实际应用，还对其与计算机的链接有一定的了解，再者对一些传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识也进一步加深了理解，融合了相关课程的知识。
熟悉油库工艺流程、监控目标及要求。
尤其认识到在实际应用中通过建立实时监控系统来监测设备、预防事故的重要性和优越性。
为以后的工作奠定了一定的基础。
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