西安石油大学 油库 板卡 PLC 方案Word格式.docx
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目录
一、绪论--------------------------------------------------------------4
二、初步分析--------------------------------------------------------8
三、系统监控设备选型与介绍----------------------9
四、监控系统详细设计----------------------------11
五、结论--------------------------------------------------------------15
六、参考文献--------------------------------------------------------15
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油库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油库的自动化监测注入了新的活力。
因为油库是油气运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、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以及软件的设计。
1.1油库
油库的简介
所谓油库是指将开采的原油集中进行管线运输，进行油罐的存储，完成对来油、输油及有关储油量的计算、盘存管理。
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。
随着我国自动化水平的提高，油库生产实施自动化监控已经迫在眉睫。
油库是油田集输的重要组成部分，油库是实现油的安全储存，保证运输的油质量的重要过程，它直接关系到后一级单位如加油站的运作能否长期、安全平稳生产，对整个油从开采到投产使用的整个流程的经济效益有极大的影响。
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。
上世纪九十年代，计算机控制开始应用于油库生产过程，并取得了一定的应用效果。
但由于在方案选型、设计和管理维护等方面存在一些问题，总的来讲，应用效果不够理想。
目前，油库生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制等三种方法。
人工监测控制是由岗位操作人员根据检测仪表反映的工艺参数变化情况，凭经验对生产过程进行人工控制，其工作效率和安全系数都很低，已不能满足较高的工业过程控制的要求。
常规仪表控制采用各种检测和控制仪表实现对现场各种工艺参数的采集处理、显示、报警和调节控制，保证生产过程的高效、安全和平稳运行。
这种控制方式已在油库生产中得到了广泛的应用。
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机算机监控系统的介绍
计算机监控技术时一门综合性的技术。
他是计算机及技术（包括软件技术，接口技术，通信技术，网络技术，显示技术）、自动控制技术、自动检测技术和传感技术的综合应用。
任何一个计算机监控系统的设计与开发基本上由六阶段组成的。
既：
可行性研究、初步设计、详细设计、系统设施、系统测试和系统运行。
当然，这六个阶段并不是完全按照直线顺序进行的。
在任何一个阶段出现了问题都可以返回到前面的阶段进行修改。
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。
还可以降低劳动这的强度，并且提高管理水平，从而带来极大的社会效益。
正因为如此计算机监控技术以在各个领域都有所发展。
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、变松机构。
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。
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计算机监控系统的主要特点与原则
主要特点
（1）实时性。
对工业生产过程进行实时在线检测与控制，按优先级进行采集和输出调节，保证被控系统的正常运行。
（2）可靠性。
具有在较为恶劣的工业现场长期工作的能力，并具有良好的故障诊断和维护性。
（3）较强的输入/输出能力。
可与工业现场的检测仪表和控制装置相连接，完成各种测量控制任务。
（4）应用软件丰富。
目前大多数计算机监控系统以WINDOWS做工作平台，系统软件、应用软件丰富，可提供良好的人机界面，特别是组态软件更为用户提供了方便。
设计原则
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。
1.4某油田油库监控系统的硬件设计
1．4.1油库简介
所谓油库是指将开采的原油集中进行管线运输，进行油罐的存储，完成对来油、输油及有关储油量的计算、盘存管理。
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，如下图：
1.4油库的工艺流程与主要技术指标
（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油库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油库。
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
根据油库的工艺流程和各个设备的工作原理，整个监控系统需要处理：
（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．初步分析
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气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，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表1所示.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
AI
AO
DI
DO
1
计量器
16
来油的温度、压力
2*4=8
温度、压力控制
2
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
在详细统计完I/O点数后，还要列写每个点的参数表，参数表中每一个值都必须与现场完全对应，在此仅模拟两个：
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
1-1
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
第3章系统监控设备选型与介绍
3.1板卡的类型与功能
3.1.1板卡PCI-1721
板卡PCI-1721是一款高性能PCI总线模拟量输出卡,每个模拟量输出通道都带有一个12位的双缓冲DAC.此输出卡具有许多强大的独特功能,比如最大更新速率为10MHz的波形输出功能,自动校准功能和板卡ID等。
PCI-1721是要求连续高速模拟量输出或实时波形输出应用的理想选择。
主要功能与技术指标：
·
4路增强模拟量输出卡
5MHz最大数字更新速率
PCI总线数据传输
自动校准功能
每个模拟量输出通道带一个12位DAC
带内部/外部触发的实时波形输出功能
同步输出功能
灵活的输入类型和范围设定
图3-1PCI-1721图3-2板卡PCI-1713图3-3板卡PCI-1755
3.1.2板卡PCI-1713
PCI-1713是一款PCI总线的隔离高速模拟量输入卡，它提供了32个模拟量输入通道，采样频率可达100KS/S，12位分辨率及2500YDC的支流隔离保护。
2500VDC隔离保护
32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式
12位A/D转换分辨率
A/D转换器的采样速率可达100KS/S
给个输入端的增益可编程
3.1.3板卡PCI-1755
PCI-1755是高速32通道数字量输入输出板卡，在计算机监控系统中有广泛的运用。
总线控制DMA数据传输，支持satter/gather技术
32/16/8位模式I/O处理，带启/停触发功能，2个模式握手I/O中断处理能力
板载主动终端电阻，高速和远程传输
支持模式匹配和状态改变检测中断功能
通用8通道数字量
3．2常用PLC参数介绍及其工作原理
西门子在大、中型PLC领域中占据着重要的地位，其推出了S7-400、S7-300、S7-200三个S7系列的可编程逻辑控制器。
1）S7-400
S7-400属于大中型的可编程序控制器，能满足高、中档性能范围的应用。
采用模块化无风扇设计，兼顾耐用、扩展性能好、通信能力强，可以方便的实现分布式控制。
电源模块（PS）
电源模块的作用是连接外部电源（120/230VAC或者24VDAC），
为整个系统提供电源。
中央处理单元（CPU）
具有多种CPU可供客户选择，有些带有内置的PROFIBUS-DP接口，一个中央处理器单元可以带多个微处理器以加强其性能。
I/O信号模块（SM）
它包括数字量输入和输出模块，模拟量输入和输出模块。
通信处理器（CP）
用于实现总线连接和点到点的连接
功能模块（FM）
专门用于技术，定位和凸轮等控制任务。
接口模块
用于连接中央处理单元（主PLC）和扩展单元。
一个S7-400的中央处理单元最多可以连接21个扩展单元。
其中一款中央处理器的指标：
型号：
417—4程序存储器：
2MB（可扩至10MB）
数据存储器：
2MB（可扩至10MB）DI/DO：
128K
AI/AO：
8K二进制指令执行时间：
0.1
通信接口：
MPI\PROFIBUS/
2）S7-300
S7-300系列的产品为小型PLC，能满足中等性能的应用。
其中一款中央处理器的指标:
CPU314IFM程序存储器：
32K
48KBDI:
20DO:
16AI:
4AI:
1
二进制指令执行时间：
0.3~0.6
通信接口：
MPI\PRFIBUS
3）S7-200
S7-200系列为微型PLC,其典型的尺寸为中央处理器（CPU）:
CPU212DI：
8
AI：
4DO:
AO:
2通信接口：
第4章监控系统详细设计
4.1总体方案图
图4-1总体方案设计图
4.2完整系统说明
4.2.1模拟量输入/输出模块
模拟量输入输出共36路，其中模拟量输出32路，输入4路
4.2.2数字量输入/输出模块
数字量输入输出模块各六块，分别由研华PCI-1751，PCI-1755控制。
4.2.3某油田油库监控系统硬件设备清单
表4.1油库监控系统硬件设备清单
类别
型号
技术要求
数量
计算机部分
工控主机
研华IPC610
PIV.8/521MDRAM,40G/1.1.4M/50X
1台
21寸彩显
21寸CRT
21寸飞利浦彩显
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
3
4
控制器板卡部分
转换器
PLC
DI板卡
研华PCI-1751
48为PCI总线数字量输入/输出卡
DO板卡
研华PCI-1755
32通道数字量输入/输出板卡
1块
RS232/485转换器
ADAM4520
2块
西门子S7系列
S7-200
4块
21寸彩显
UPS
打印机
研华工控主机
AD/AM4520
第5章结论
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，本次设计中采用板卡和PLC的组合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。
不仅学会相应板卡和PLC的规格特点、选项实际应用，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。
参考文献
[1]徐竟天，汪跃龙．石油安全工程课程设计指导书．西安：
西安石油大学出版社，2006年8月
.[2]程远平，李增华．消防工程学．徐州：
中国矿业大学出版社，2002年5月
[3].张乃禄，刘灿.安全评价技术[Z].西安电子科技大学出版社，2006：
66-74.
[4].高层面用建筑设计防火规范[Z].北京:
中国计划出版社.1995：
83-91.
[5].杨琦.自动喷水灭火技术的发展.给水排水,1997:
44-46.
[6].何小阳.计算机监控原理及技术[Z].重庆大学出版社，2003：
20-32.
[7].GBJ116-88《火灾自动报警系统设计规范》
[8].GB50045-95《中国高层民用建筑设计防火规范》
[9].GBJ16-87《建筑设计防火规范》
[10].GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》
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