Plc在石油储运自动化系统中的应用.docx

1、摘 要随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使 PLC 从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器。随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC,变频器,人机界面自动化器件来控制,因此自动化程度越来越高。石油储运控制系统使用了 PLC 控制，被控对象是油罐车和各种石油储存设备，属于自动循环控制系统，该系统能安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控。本次设计介绍了 FX2N PLC 控制石油储运自动化系统的基本步骤和方法，并分析了石油储运自动化国内外发展的现状。基于于 PLC 的性能优越，兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性

2、好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等双重优点，所以文中运用了 plc 作为中央控制器，并且结合了组态王软件，形成了对复杂的石油储运系统的有效控制，不仅提高了工作效率，而且实现了储运系统地完全自动化。该控制系统，根据实际要求利用 PLC 的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，在本次论文中给出了控制系统的梯形图及软件设计等。关键词：可编程序控制器 计算机技术 石油储运红河学院本科毕业论文 ( 设计)SummaryWith the fast development of microelectronics and computer technology, the PLC logic control

3、 extended from the switch to digital control and production process control field, and truly become a computer industrial control device, it is referred to as programmable controllers. More and more factories with modern industrial equipment, automation equipment with PLC, inverter, HMI automation d

4、evices to control, so higher and higher degree of automation. Oil storage and transportation control system using PLC control, was charged with targeting tankers and oil storage facility belonging to automatic loop control system, safe and reliable operation of the system, automatic computer monitor

5、ing.Introduced the FX2N this design of oil storage and transportation automation system of PLC control procedures and methods, and analyses the current situation of oil storage and transportation Automation developments at home and abroad. Based on Yu PLC of performance superior, both computer of fe

6、atures complete, flexibility strong, versatility good and following electric contact players control simple easy, maintenance convenient, double advantages, so text in the using has plc as central controller, and combines has group State King software, formed has oncomplex of oil transportation syst

7、em of effective control, not only improve has efficiency, and achieved has transportation system to completely automation.This control system, based on actual requirements with PLC control and order processing features, complete system control, given in this study for control system of ladder diagra

8、m and software design.Key words: programmable logic controller computer technology in oil storageand transportation红河学院本科毕业论文（设计）目 录第一章 绪论11. 1课题的背景意义11.2 国内外石油生产储运自动化技术研究状况11.2.1 国外石油生产储运自动化技术研究状况11.2.2 国内石油生产储运自动化技术研究状况2第二章 总体设计方案42.1 设计内容及要求42.2 石油储运自动化系统工艺流程分析42.3 方案设计6第三章 软件设计103.1 plc 程序设计方法10

9、3.2 程序设计103.2.1 plc 程序设计的一般步骤103.2.2 程序设计思路103.3 石油储运自动化系统梯形图113.4 石油储运自动化系统指令表13第四章 组态王 6.53 介绍154.1系统软件设计要求154.2组态王 6.53 介绍154.3 组态监控模块的构成及其介绍174.4 定义外部设备194.4.1 定义外部变量204.4.2 工艺流程模块224.4.3 曲线图模块264.4.4 报表模块274.5 系统的调试与运行294.5.1 系统硬件调试294.5.2 系统软件调试294.5.3 现场联动调试30红河学院本科毕业论文 ( 设计)4.5.4 监控系统运行效果30第

10、五章 结论325.1 本文的结论325.2 本系统未来的发展方向32参考文献33致谢34红河学院本科毕业论文 ( 设计)351. 1课题的背景意义第一章 绪论随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用 PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事

11、故，这样将给企业造成重大损失。石油储运是基于 PLC 控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于石油储运的运行，因此，石油储运性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。石油储运能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。所以，对石油储运控制系统的设计要予以重视。1.2 国内外石油生产储运自动化技术研究状况1.2.1 国外石油生产储运自动化技术研究状况美国海湾石油公司于 1954 年 10 月，建成世界上第一套自动监控输送系统（Ledge- Automatic Control Transmission System， 简称 LACT）装置，解决了原油的自动收集、处理、计量、和输

12、送问题。自 20 世纪 60 年代末期以后，计算机及 PLC（Programmable Logic Controller）技术已开始应用于油田联合站内的部分生产系统中，如 Arco 油气公司的 Iatan East Howard油田将 PLC 用于注水控制，并很快发展到报警、泵控、撬装试井装置等其他领域。随着集输工艺上的计量站的形成和联合站的产生，集散控制系统开始应用与联合站集输系统中代替常规仪表。进入 20 世纪 90 年代，DCS 的功能越来越强，工作效率越来越可靠。随着通信技术的发展，SCADA（Supervisory Control and Data Acquisti）on即监控与数据

13、采集系统越来越多地用于油田生产控制与管理中。 SCADA 系统主要是面向操作人员的需要，也可以为多用途提供操作、计算、管理和经营等功能。目前国外油田更是建立了从原油开采、存储、加工、销售全面监控的自动化系统，将自动化监控系统上升到了现代管理的高度。如：英国石油公司建立的自动化监控系统可以第一章 绪论根据监测到的地质情况自动控制油井的产量，保证地层原油达到最大采收率。美国 LUFKIN公司最近推出的PRC 油井自动控制系统功能齐全，完全能够满足对油田抽油机井进行全方位测控的需要。而且，美国油田甚至将原油销售过程中温度影响体积导致的销售差额都考虑、设置到自动化管理系统中，代表了当前世界的最高水平。

14、1.2.2 国内石油生产储运自动化技术研究状况国内油气田在自动化监控领域起步较晚，九十年代以来在长输管道方面、西部油田、海洋采油平台引进了一些比较先进的自动化设备和技术，在经过近十年的发展应用后也达到了集中分布式监控阶段，正向着网络化、智能化的现代企业自动化方向发展。胜利埕岛油田海上采油平台的微机测控系统，是以 SCADA 监控系统为核心的自动化系统，该系统从平台的布局、功能、生产管理方式等实际出发，将系统设为三级。它的软件主要是采用 Honeywell 公司开发的基于 Window NT环境下的 SCAN3000 监控系统，硬件主要是中心平台站和陆地中心站的工业控制计算机以及各卫星平台 SL

15、C500 型可编程控制器组成的远程终端 RTU。该系统完成了采油平台生产参数和生产设备的遥测遥控，满足了生产需要。新疆彩南油田是我国投入开发的第一个百万吨级自动化沙漠整装油田，它位于新疆准噶尔盆地东部，自然条件极为恶劣。该油田建成一个两级 SCADA计算机监控系统。系统硬件全部采用贝克公司（美国 BAKERCAC）的产品。实现了采油井、采注计量站定时巡检、自动倒井计量、集中处理站数据监控、油气采集、信息采集及处理的全面自动化。被誉为“世界一流，国内领先，是陆上油田开发的典范”，效益好、成本低的“高效开发油气田”。吐哈油田从 1992 年开始相继建立了鄯善、温吉桑、丘陵三大主力油田的自动化监控系

16、统。该系统紧密配套油藏工程、采油工程、油气集输工程、轻烃回收工程和水、电、通信、公路、消防等工程，系统复杂，功能齐全，在国内陆上油田尚无先例。该油田地处人口稀少，环境恶劣，且系统的测控点多而分散，覆盖区域广，工艺过程参数的多样性且不稳定，形成的控制子系统多，为此在油气水集中处理的联合站采用大型 TDC-3000 或大型 PLC 集散控制系统，与分散的井站采用 RTU“三遥”的远程终端装置构成分布式数据采集和就地控制的方法，通过无线或有线传输的结合融于 NOVELL 网中，而形成一体的合成系统。系统内连接着 27 家国内外厂商的一万多台智能仪表，实现了井口计配站无人值守，自动监视生产状态并报警。

17、该系统目前运行安全可靠，年稳产原油 300 万吨，日处理天然气 210 万方，日产轻烃 660 吨，日产干气 160 万方，日注水 22万方，日处理污水 0.6 万方，这些均由自动化系统控管，实现了产量连续三年翻番，节约人力 2684 人。该项自动化工程投资 3200 万元，创效益 2.9 亿元,其红河学院本科毕业论文 ( 设计)投入产出比为 19，并锻炼出一支高水平的自动化开发应用队伍，被中国石油天然气总公司列为新技术推广示范工程。虽然近年来，自动化监控技术己不再局限于管道和海上平台，而是开始迅速向陆上石油生产业延伸，但目前在全国油田范围内，安装了此类自动化设备进行油田生产自动化监控的井、站

18、仍不到 5%。就现有的种种监控系统来看，它们分别使用了不同的仪表检测现场数据；硬件部分则有的全部采用国外的成套产品，有的利用不同型号的单片机或 PC 机及多种模块芯片组装而成；上位机的 HMI 管理系统就更是通过各种应用软件编写实现，完成各自所需的监视管理功能。但它们也或多或少存在着诸如对生产过程和设备状态参数的选择不合理；检测方法误差严重，检测次数少，不利于及时发现现场设备存在的问题；下位机采集速度慢，达不到实时要求；上位机分析处理手段欠缺，很多情况下，不能对数据进行局部细微的分析，难以让工程技术人员准确的掌握第一手资料。从国内油田监控系统的发展过程和今后的发展趋势来看，远程监控技术越来越多

19、的应用到油田监控系统当中，而且必将向油田的网络化和数字化方向发展。第二章 总体设计方案第二章 总体设计方案2.1 设计内容及要求本课题的主要设计内容有：确定石油储运控制系统的总体设计方案；确定设备元件在储运系统现场分配位置，确定 PLC I/O 元件，列出 PLC I/O 元件分配表；设计石油储运控制系统的 PLC I/O 接线图，PLC 程序和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示程序等），组态王软件仿真。设计题目：PLC 在石油储运自动化系统中应用1. 熟练掌握 PLC 的指令系统，学会定时器、计数器和特殊继电器在实际中的应用。2. 通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤及绘制

20、梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法。3. 学会 PLC 输入/输出点的分配、接线。对 PLC 有系统的了解。4. 利用 PLC 来达到自动送料的功能，减少人力的消耗。为生活工作提供便利。2.2 石油储运自动化系统工艺流程分析石油储运自动化系统主要包括油罐车运油、脱水、加热、污水处理 四大系统 , 担负原油脱水、供热、污水处理、等生产任务。各系统工艺流程复杂, 对各种数据要求准确性高。Plc 自动化控制系统能够满足其生产要求 , 提高了产品质量 , 保证了生产安全 , 确保了计量数据的准确性 , 降低了工人的工作强 度 , 减少了能源的消耗。它的主要任务是将油井中采出

21、的油、气混合物收集起来，经初步处理后输送到用户或储存。要完成这项工作，一系列的生产设备是 必不可少的，如油气分离器、脱水器、加热炉、原油外输泵、储油罐、输油管 道等。由于原油里面的杂质比较多，除了水、气以外，还含有一些其他有害化 学成分，如硫、氢氧化钾、盐等。另外，生产中有些油井没有安装井口过滤器，原油中还含有很多机械杂质与固体物。这些成分的存在，会给运行的设备、管 道造成一定的腐蚀和冲蚀，引起设备穿孔、泄漏、跑油，甚至导致火灾事故的 发生。因此，加强原油集输设备、设施的安全管理，掌握石油储运的基本知识，这对石油的安全生产有着非常重要的意义。原油的油水分离过程有自然沉降脱水、化学脱水、机械过滤

22、脱水、电脱水红河学院本科毕业论文（设计）等多种方法。目前我国石油储运系统普遍采用的是沉降脱水、电脱水、电化学联合脱水等方法。石油储运系统主要包括油罐车拉油卸车、原油脱水、原油储存、装车功能。1） 罐车拉油卸车：设 1 个卸车位，卸车加热，每个卸车位设DN25 热水头，对油温低的卸油槽加热，保证油自流进零位罐。零位罐内设加热盘管升温至 20。设卸车提升泵 2 台，可将零位罐的含水油和含油污水分别输到三相分离器和污水处理系统进行处理。2） 原油脱水：采用三相分离器和大罐热化学沉降两端脱水工艺。一段脱水：进站高含水原油先进三相分离器进行一段脱水，脱水温度约为 35，停留时间约为 34 分钟，三相分离

23、器出口含水达 20%一下； 二段脱水：从三项分离器出来的原油经换热器与 95热水换热升温值 50，进沉降罐进行二段沉降脱水，脱水沉降时间在24h 以上。沉降罐出口原油含水小于 0.5%。3） 储存：储罐容量 500 m3间为 3-6 天。3 座。按单层系处理量装车外运考虑，存储时4） 成品油装车外运：设装车泵2 台，单台装车为m3 /h，装车鹤位 3 个。工艺流程1、卸油流程三相分离器含水油自流油罐车卸油槽零位罐卸车泵含油污水污水处理装置三相分离器调压天然气除油器热水炉放空2. 伴生气流程3、排污流程第二章 总体设计方案(a)原油排污沉降罐污水压力排污管污水池(b) 大罐排污：油罐底水零位罐排

24、污沉降罐排污储油罐排污污水池4.油罐车运油系统流程图油罐车前进油罐车卸油油罐车后退油罐车装油2.3 方案设计1.根据控制目的和要求，经过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案：以 FX2N PLC 为核心，完成对输入输出点的控制。监控系统通过 MODBUS 通信协议与 PLC 进行 I/O 点的通信。石油储运工作示意图如下图所示。石油储运工作示意图 1红河学院本科毕业论文（设计）1. 石油储运系统现场设备说明内容各设备相关说明阀门安装在零位罐原油进出口和三相分离器出口端，沉降罐末端共计 7 个。用来控制零位罐与三相分离器里边的原油储量和脱水油泵分别安装在零位罐出口端（泵 1）和储油罐出口端（泵

25、 2），共计 4 个，两备两用。泵 1 将零位罐含水油和含油污水分别送到三相分离器和污水处理系统；泵 2 可将储油罐成品油装车外运并且将沉降罐中产生的污水送到污水处理系统三相分离器安装在泵 1 出口端。用来处理泵 1 输送上来的原油，对原油进行一段脱水处理(含污水处理)、天然气分离并输出经处理原油储油罐位于处理系统末端,共计 3 个。用来存储成品石油，并向外运油罐车提供石油原油沉降罐位于储油罐上端。对原油进行二段脱水处理换热器位于沉降罐上端。对从三相分离器出来的原油进行升温，防治原油固化，天然气调压除油器安装在天然气处理末端。对天然气里边含有的少量原油进行提取，并将有害气体送至锅炉处理卸油零位

26、罐安装在卸油槽下端。用于临时储油和对原油升温温度变送器安装在卸油槽，零位罐换热器内部，用来实时检测油料温度 流量计安装在卸油槽管道和油泵 2 出口处，各一个。实现油料计量功能的仪表锅炉安装在换热器旁边。对有害气体进行处理，给换热器提供温度污水液位传感器天然气浓度检测传感器分别安装在泵 1，泵 2 和三相分离器里边。将检测到的污水液位信息传送给 plc 处理分别安装在三相分离器两端。将检测到的浓度信号传给 plc 处理2. 根据控制要求，使用专用编程软件，编写 PLC 控制程序，控制程序包括启动、停止按钮、数据采集等。本储运系统的 I/O 点分配如下：第二章 总体设计方案输点入输入点作用输出点输

27、出点作用X0启动按钮 SB0Y0石油储运系统启动X1停止按钮 SB1Y1石油储运系统停止X2后退限位开关 SQ1Y2后退装油X3前进限位开关 SQ2Y3前进卸油X4三相分离器液位传感器Y4，Y5三相分离器，阀 5 阀 6开启X5卸油槽液压上限传感器Y6，阀 1，阀 2 开启X6进油口流量信号Y10进出口流量差值太大报警X7零位罐温度下限变送器Y12零位罐加热器加热X10零位罐温度上限变送器Y11加热器自动断电X11零位罐液位下限传感器Y13阀 3 阀 4 关闭X12零位罐液压上限传感器Y14，Y16阀 3 阀 4，泵 1 开启X13污水液位传感器 1Y20污水处理器起/停X14天然气浓度检测传

28、感器 1Y21天然气除油器起/停X15换热器温度传感器Y23换流器升温X16出油口流量信号Y22进出口流量差值太大报警X17污水液位传感器 2污水处理器起/停X20污水液位传感器 3污水处理器起/停X21污水液位传感器 4污水处理器起/停X22天然气浓度检测传感器 2Y21天然气除油器起/停X23Y7阀 7 开/关X24Y15油泵 2 启动装车红河学院本科毕业论文（设计）KM1KM2 KM3FR1X4Y4 KM4 Y5 KM5X5X6 X7X10 X11PL CY6 KM6Y7KM7Y10 KM8 Y12 KM9Y13 KM10 Y14 KM11X12X13 X14 X15 X16X17Y15

29、 KM12Y16KM14Y21 KM15 Y23 KM16 Y22 KM17Y20 KM18KM13Y20COMCOMPLC 石油储运油罐车运油接线示意图如图SB1SB0X0Y0SQ1X2Y2SQ2X3Y3第三章 软件设计第三章 软件设计3.1 plc 程序设计方法plc 程序设计的方法主要有：经验设计法，继电器控制电路转换梯形图法，顺序控制法，逻辑设计法。1. 经验设计法：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设

30、计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。2. 继电器控制电路转换为梯形图法：用 PLC 的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。3. 顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图。4. 逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。3.2 程序设计3.2.1 plc 程序设计的一般步骤 1绘制系统的功能图。 2设计梯形图程序。 3根据梯形图编写指令表程序。4对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。3.2.2 程序设计思路PLC 运行时，通过特殊继电器产生初始化脉冲进行初始化，将温度，压力和液位设定值等存入数据寄存器，随后系统开始