集油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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1、任务书题 目集油站平安监控系统硬件设计三采用智能模块方案学生姓名学号专业班级设计内容与要求课程设计主要完成某集油站平安监控系统硬件设计。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，完成平安监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。要求熟悉相关计算机平安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平安监控系统硬件方案的能力。课程设计内容及根本要求如下：1.熟悉集油站工艺流程、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

2、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2011年12月19日 至 2011年12月25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计算机控制控制系统的介绍1计算机控制系统的主要特点与原那么2集油站22 系统总方案设计42.1 集油站工艺流程图4监控的目标和要求42.3 初步分析53 系统控制仪表的选型63.1 仪表的选型和参数64 监控系统详细设计114.1 监控系统设计11集油站监控系统I/O变量表

3、12集油站监控系统设备清单135 总结141 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开展，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联合站的各个生产工艺过程进行实时监控、与数据采集等，计算机监控系统的开展为集油站的自动化监测注入了新的活力。因为集油站是油气集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

4、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，本文主要针对集油站的工艺流程介绍了其计算机控制系统硬件设计智能仪表方面。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根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

5、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，降低生产本钱。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开展。计算机监控系统可以由以下几个局部组成：计算机、输入输出装置，监测、变送机构。设计原那么有可靠性原那么、使用方便原那么、开放性原那么、经济性原那么、开发周期短图11 计算机控制系统组成原理图 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

6、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。 设计原那么:可靠性原那么、使用方便原那么、开放性原那么、经济性原那么、开发周期短原那么。 集油站简介：水下采集系统 由水下采油井口装置、井内测试设备、井口监控系统、浮式或平台集油站、油气处理装置等组成。集油站能遥控操作，接受井口流出的油气，进行处理，

7、测试各井油气生产参数，必要时向井内注入化学药剂以保证正常生产。 集油站的开展随着我国自动化水平的提高，油田生产实施自动化监控已经迫在眉睫。集油站是油田集输的重要组成局部，它直接关系到油田生产的正常运行，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， 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。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。目前，集油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

8、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，其工作效率和平安系数都很低，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、平安和平稳运行。这种控制方式已在集油站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开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

9、管理和优化控制。综上所述，在集油站中，如何合理选择、设计平安可靠和便于维护的计算机监控系统，保证油田生产的平稳运行和优化控制，实现节能降耗和平安生产，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。2 系统总方案设计2.1 集油站工艺流程图图11 油田集油站工艺流程图某集油站工艺流程如上图。从各个油井或计量站来得油水混合物先进入三个四相别离器，进行油，水，气，沙四相别离，别离出来的水经掺水泵送到个计量站掺水或对地下注水；别离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送到200立方米的大罐储存；别离出来的一局部油水混合物经过外输泵在进行热交换加热后往其他集油站外输。（1） 控制三个

10、四相别离器上油室，水室的液位恒定。（2） 监控三个四相别离器上油室，水室的的液位，温度，压力及报警。（3） 监测三个掺水泵，三个外输泵，三个稠油泵各自前后的压力，控制各个泵的启停,显示其运行状况，三个电磁阀启停及其状态显示及报警。（4） 监测两个换热器各自前后的混合液的温度及报警。（5） 监测脱水器，事故罐的温度及液位及报警。（6） 遍布整个站区二十四个气体浓度监测及报警。（7） 监测读取全站四个流量计数据。数字量2.3 初步分析液位、温度、压力、气体浓度监测以及各个泵运行状态显示。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、最小值对应的电流信号都是模拟量输入

11、信号。各个泵运行状态情况很明显是对应数字量输入信号。控制两个四相别离器上油室、水室的液位恒定和各个泵的起、停。其中：控制别离器上油室、水室的液位恒定可以采用仪表来控制。控制原理是：油室、水室的当前液位信号接入控制表，与表内的人工给定值比拟，通过运算，输出的控制信号到变频器，变频器对交流电进行变频，输出对应于的交流弄点对泵上的驱动电机进行变频调速，通过调节泵的转速流量来控制油室。水室、的液位恒定。控制各个泵的起停比拟简单，很明显是对应数字量输出信号。3 系统控制仪表的选型由前面分析可知，监控系统可以采用一台工控机，下面链接PID控制表和研华ADAM4000或者ADAM5000系列模块来构成。1两

12、台四相别离器油室，水室的液位恒定控制总共有4路PID控制，可选择4路单路PID表，也可选择SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制仪，可对温度、压力、液位、速度等测量信号进行数字量显示控制(高亮度LED数码显示)及相对模拟量显示(光柱显示)，使测量值的显示更为清晰直观，并可选择双光柱显示。可根据被控对象自动演算出最正确PID控制参数。2由于所有气体浓度监测和液位、温度、压力信号比拟重要，必须要在现场控制柜显示，所以要选择用控制柜上的显示仪。这些显示仪可以选择单路显示仪，也可以选择昌晖公司的SWPLCDM型SWP-RMD808多通道巡检控制仪，该仪表可以轮流显示十六路模拟数据。3剩

13、余6路DI信号和12路DO信号，可以选择研华模块来完成。由于数字量输出去控制泵的启停，所以输出模块最好选用继电器输出型，可以省去后接的驱动继电器。所以我们选用一个ADAM4052模块和两快ADAM-4068模块。4)如果仪表接口选择RS232C接口型，那么每个串口只能接一块仪表，所以上面仪表和模块都选用了RS485接口型，这样子某一仪表就可以接同一个串口上。一般工控机都是有两个串口，我们可以把所有昌晖公司的仪表接在一个串口，把所有研华公司的ADAM4000系列的模块接在一个串口，计算机通过模块以及仪表内地址区分不同设备。但是计算机是RS232C接口，而仪表是RS485接口，所以还如要两个ADA

14、M4520模块。5系统还需要选用工控机、打印机、UPS等其他设备。6系统还需要操作系统软件和组态编程软件。SM322数字量输出模块该模块是德国西门子公司生产的S7-300PLC系列数字量输出模块，为16通道的数字量输出模块。主要性能与指标可用于连接电磁阀，接触器，小功能电机、灯和电机启动器数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平16路增强数字量输出模块额定负载电压，输出范围为输出电流，信号为0是电流为0.5MA,信号为1时-60时的电流为RS-232C接口SM323数字量输入/输出模块 主要性能与指标8通道的数字量输入/输出模块可用于连接开关、2总线近开关，小

15、功率电机等可将控制过程的外部数字量电平转化为S7-300的内部信号电平也可将S7-300的内部信号电平转化为控制过程的外部数字量电平RS-232C接口4 监控系统详细设计4.1 监控系统设计 监控系统采用一台研华工控机，21寸LCD和工业平板显示器，带有UPS电源的A3幅面彩印喷墨打印机。系统采用仪表监控系统。 对现场各个泵及别离器的运行状态进行控制如下图。监控系统输入输出原理图及监控系统方案硬件示意图如下ups 21寸彩显 打印机 研华工控机 昌晖系列 昌晖系列 昌晖系列 昌晖系列 仪表温度 仪表压力 仪表液位 仪表PID监控仪 监控仪 监控仪 监控仪图41 系统硬件示意图打印机21寸工业平

16、板彩色显示器 UPS研华工控机 RS-232ADAM4520 RS-485昌晖SWP-RMD808液位检测仪昌晖SWP-RMD808压力检测仪昌晖SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制仪昌晖SWP-RMD808温度检测仪 图42 监控系统输入输出原理图集油站监控系统I/O变量表表41 集油站监控系统I/O变量表序号设备名称总点数控制要求AIAODIDO1两个别离器16水室液位，温度，压力2*3=6油室液位，温度，压力2*3=6油室，水室液位恒定控制2*2=42两个掺水泵10泵的前后压力2*2=4控制泵的启停2*1=2泵运行情况显示2*1=23两个外输泵10泵的前后压力2*2=6

17、控制泵的启停2*1=3泵运行情况显示2*1=24两个稠油泵10泵的前后压力2*2=4控制泵的启停2*1=2泵运行情况显示2*1=25两个换热器4换热器前后混合液的温度2*2=46一个脱水器2脱水器液位和温度27一个事故罐2事故罐的液位和温度28站区16气体浓度监测16合计704666表42 集油站监控系统设备清单序号类别名称型号技术要求数量1计算机局部工控主机研华IPC61040G/50X1台21寸彩显21寸LCD19寸工业平板显示器1台UPS电源山特3KVA小时1台彩色打印机惠普A3,彩色喷墨打印机1台2控制器及仪表局部多通道巡检控制仪昌晖SWP-RMD80816路多通道巡检控制仪,控制输出

18、方式：电压/电流输出，设定/显示精度；+0.5%FS+1位数max3块智能多回路PID控制器昌晖SWP-ND105-010-23-N48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路输出1块信号转换器研华ADAM4520RS-232到RS-485转换器1块3软件局部操作系统Windows2000NTMicrosoft Windows2000NT1套组态软件北京亚控“组态王”1套4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 1台小型操作台西仪横河西仪横河计算机专用操作平台1台5 总结通

19、过这次课程设计我熟悉并掌握了组态的根本操作与使用，并在此根底上 完成了集油站系统监控硬件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块以及报表模块等各模块的设计。同时进一步熟悉了相关计算机监控系统的 硬件组成与方案，学会了计算机监控系统软件设计的步骤和方法。在设计过程中，采用仪表方案进行系统设计，实现了对监控对象的自动监测与报警。此种方案其可靠性高，设计方便灵活，性价比优越。采用此种方案控制精度大幅提高完全可以满足工业控制系统的要求。对集油站关键监控点进行正确设置，确保集油站现场事前平安监测与预警、事后科学决策与救援。集成多参数与视频监测、数据处理与传输及执行功能于一体的智能平安监测预警技术的成功应用，确保系统的监测预警与多媒体信息联动功能。系统利用计算机多级网络系统的管理和监控，采用局部集中、整体分布的监控策略，使监控主机的网络压力降至最低。同时，系统具有故障分析功能，在系统运行稳定的时候数据逐级上传，假设某节点发生故障， 系统会迅速发现故障并指挥其他终端寻找新的路径继续工作，不会因为该节点的故障而使整个系统瘫痪，而当该节点工作恢复正常后，系统会自动恢复到正常工作状态，确保系统性能稳定性和可靠性。系统可提高集油站平安生产和管理的自动化程度，预防重特大事故的发生，减少事故的危害程度及范围；同时，在发生事故时，可更快、更好地进行应急救援，协助查清事故责任及原因。