联合站安全监控系统硬件设计三采用智能模块方案.docx
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联合站安全监控系统硬件设计三采用智能模块方案
西安石油大学
课程设计
电子工程学院自动化专业自0804班
题目《计算机控制技术》课程设计
联合站安全监控系统硬件设计三（采用智能模块方案）
学生张英杰
指导老师徐竟天
二○一二年四月
《计算机控制技术》
课程设计任务书
题目
联合站安全监控系统硬件设计三（采用智能模块方案）
学生姓名
张英杰
学号
200805080819
专业班级
自0804
设
计
内
容
与
要
求
课程设计主要完成某联合站安全监控系统硬件设计。
要求运用已学过各类传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识，完成安全监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。
要求熟悉相关计算机安全监控系统的硬件组成与设计方案，学会计算机监控系统硬件设计的步骤和方法，具有初步设计小型计算机安全监控系统硬件方案的能力。
课程设计内容及基本要求如下：
1.熟悉联合站工艺流程、监控目标及监控要求。
2.学会常用的监控系统I/O硬件（各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC等）参数及使用，了解其工作原理。
3.学会不同自动化设备厂家各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC等的选型，能用所选厂家硬件搭建符合工艺流程和监控目标的硬件系统。
4.完成监控系统硬件方案设计，画出原理图。
5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。
起止时间
2012年4月5日至2012年4月11日
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
年月日
学生签名
年月日
目录
1.绪论1
1.1联合站概述1
1.2计算机监控系统的介绍1
1.3计算机监控系统的主要特点与原则2
2.系统总体方案设计3
2.1原油联合站的简介3
2.2联合站的主要岗位及任务3
2.3联合站的工艺流程与主要技术指标4
3.硬件系统设备选型7
3.3.1模块介绍8
3.3.2PCL-746plus模块介绍8
3.3.3ARK-14013模块介绍9
4.监控系统的详细设计10
4.1计算机监控系统说明10
4.2联合站的工艺流程与主要技术指标10
4.3整个联合站的工艺流框图如下：
11
4.4系统监控方案设计11
4.5联合站工况图及其运行效果12
4.6联合站监控系统的硬件设备13
5．总结14
参考文献14
附录15
1.绪论
1.1联合站概述
联合站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程，它是集油水分离、污水处理、原油及天然气集输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。
目前，各大油田联合站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。
联合站输油脱水岗是进行原油沉降脱水、实现油水分离和净化油外输的生产过程，是联合站生产的中心环节，工艺要求较高，其生产过程的管理水平，直接关系到成品原油的产品质量和整个联合站生产的安全和高效平稳运行。
特别是随着油田开发进入高含水后期，工艺过程更加复杂，对工艺过程提出了更高的要求，采用人工监测控制和常规仪表控制已很难满足生产要求。
上世纪九十年代，计算机控制开始应用于联合站生产过程，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。
在油田联合站生产过程中，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，保证联合站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
计算机监控技术时一门综合性的技术。
它是计算机及技术（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（模块），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
1.3.1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。
1.3.2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。
案全监控系统包括硬件设计和软件设计。
其中我主要完成某联合站安全监控系统的软件设计，下面就此做一简单介绍。
联合站包括八大系统：
原油集输系统、污水处理系统、软水处理系统、采暖供热系统、配电装置、注水系统、消防系统、电脑监控系统
2.系统总体方案设计
2.1原油联合站的简介
该原油联合站将各个采油队输送过来的原油进行油气水分离、油水分离、原油存储、原油加热及外输、污水处理等，实现对来油气、出油气的计算、盘库。
该原油联合站内主要分成原油处理和污水处理两大工艺流程，另外还包括消防、天然气密闭、大罐抽气、阴极保护等小等小的工艺流程。
工艺流程图如下：
2.2联合站的主要岗位及任务
1,脱水岗（沉降岗）
脱水（沉降）岗主要任务是将高含水原油，通过热化学脱水（即游离水预处理），沉降脱水和电脱水处理，并将脱水后的净化油转输到输油岗，把含油污水转输到污水处理岗。
2，输油岗
输油岗将脱水岗的净化油输送到缓冲罐（或大罐），再经输油泵加压，经流量计计量外输后外输到油库或长输管道。
3，污水岗
污水岗把一段，二段，电脱水器和站内的其他污水收集起来进行处理，达到回注水质量标准后，送往注水站进行回注。
4，注水岗
注水岗把本站经净化处理和外来质量合格的水，根据地址的需要经注水泵加压输送到配水间，通过注水井注入到油层。
5，集气岗
集气岗主要任务是将中转站来气，经增压机加压，经流量计（微机显示）计量后输送到供输油站或气处理厂。
6，变电岗
变电岗把35Kv,110Kv,220Kv高压电，经变压器及其他设备降压，向联合站（库）各用电设备配电。
7，仪表岗
仪表岗对本站各岗位使用的一，二次仪表，流量计进行投产运行时的调试和正常生产时的维护保养，调试，标定。
8，化验岗
化验岗一般设三个岗
（1）原油化验岗负责本站进站原油含水，外输原油含水以及原油脱水过程中的质量监护化验和原油密度的测定。
（2）污水化验岗负责本站进站原油含水，外输原油含水以及原油脱水过程中的质量监护化验和原油密度的测定。
（3）锅炉化验岗负责锅炉用水水质的化验。
9，锅炉岗，维修岗等岗位。
2.3联合站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。
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
根据联合站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）监测俩个沉降罐的油室、水室的液位、温度、压力及报警。
（4）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。
（5）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。
（6）监测遍布整个战区的气体浓度及报警。
2.4I/O接口
根据联合站的流程图，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.
表2-2-1某油田联合站监控系统I/O变量表
序号
设备名称
总点数
控制要求
AI
AO
DI
DO
1
一个三相分离器
16
水室的液位、温度、压力
2*3=6
油室的液位温度压力
2*3=6
油室、水室液位恒定控制
2*2=4
2
2个沉降罐
4
罐的液位、温度
2*2=4
3
一个脱水泵
2
脱水泵的液位、温度
2*1=2
4
一个脱水器
2
脱水器的液位、温度
2*1=2
5
一个加热炉
2
加热炉前后的温度
2*1=2
6
一个净化油罐
2
净化油罐的液位、温度
2*1=2
7
一个外输泵
6
泵的前后压力
2*1=2
控制泵的起停
2*1=2
泵运行状况显示
2*1=2
8
一个加药泵
6
泵的前后压力
2*1=2
控制泵的启停
2*1=2
泵运行状况显示
2*1=2
9
一个过滤罐
2
罐的液位、温度
2*1=2
10
一个污水外输泵
6
泵的前后压力
2*1=2
控制各个泵的启、停
2*1=2
泵运行状况显示
2*1=2
11
合计
48
32
4
6
6
在详细统计完I/O点数后还要列出每个点的参数表，表2-2-2列出了三相分离器的参数列表。
表2-2-2三相分离器的模拟量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
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