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

1、 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

2、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5080，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

3、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

4、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）

5、，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

6、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

7、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

8、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SM323 SWP-LCD-SSR SWP-LCD-M SWP-LCD-M SWP-LCD-M 16路增强DO 8增强DO/

9、DI 48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-232ADAM4520 RS-485SWP-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

10、-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Inter PIV 2.4GM CPU西部数据80G硬盘Kingston 256M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SXGA TFT LCD分辨率达到1280*1024 输入信号自动识别 最高

11、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SM322 16路增强DO模块概述 （2） 西门子SM323 8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

12、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

13、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 5V 1 5V电流 0 10mA 4 20mA输出信号 模拟量输出：电流 0 10mA （负载750）4 20mA （负载500）电压 0 5V （负载250K）1 5V （负载250K）开关量输出：继电器触点容量：AC 220V/3A ，DC 24V/5A（阻性负载）SCR 输出 400V/0.5A SSR 输出 69V/0.05A馈 电 输 出： DC 2

14、4V/30m精 度 0.5%FS1 字 或 0.2%FS1 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050 相对湿

15、度85%RH 避免强腐蚀性气体电源电压 AC 220V+10-15% 50 60HzAC 90V 260V（开关电源） DC 24V2V（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3-1 SWP-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

16、机研华IPC610PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X1台19寸彩显19寸LCD19寸工业平板显示器UPS电源山特3KVA3KVA 0.5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-171332个模拟量输入通道一块AO板卡研华PCI-17214个模拟量输出通道多通道巡检控制仪昌辉SWP-LCD-M16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-SSR48段PID 自整定控制仪，测量精度：0.5%ES，测量范围：-19999999字，8路输入，4路输

17、出信号转换器研华ADAM-4520RS-232到RS-485转换器3控制柜仪表盘柜KG-221型仪表控制柜，2100900600（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 420mA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

18、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AIAODIDO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

19、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1-1QYG汽油罐液位mmA10 091-2QYGK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2-1LYB来油泵启动V24 正2-2LYBK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

20、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。