西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 0 油庫安全監(jiān)控系統(tǒng) 項目設(shè)計方案 庫 油庫的簡介 所謂 油庫 是指將開采的原油集中進行管線運輸 ，進行 油罐 的 存儲，完成對來油、輸油及有關(guān)儲油量的計算、盤存管理。在此過程中，對含水的原油要進行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€工藝處理過程。 在開采原油時，我國的很多油田都是中后期開采，油田由于注水所開發(fā)出的原油含有較多的水分，目前一般為 50 80，有的甚至高達(dá) 90，因此需要將原油中所含的水用各種方法分離出來。 隨著我國自動化水平的提高， 油庫生產(chǎn) 實施自動化監(jiān)控已經(jīng)迫在眉睫。油 庫 是油 田集 輸 的重要組成部分， 油庫 是實現(xiàn) 油的安全儲存， 保證 運輸?shù)挠唾|(zhì)量的重要過程，它直接關(guān)系到后一級單位 如加油站 的 運作 能否長期、安全平穩(wěn)生產(chǎn)，對 整個油從開采到投產(chǎn)使用 的 整個流程的 經(jīng)濟效益有極大的影響。 隨著油田開發(fā)進入高含水后期，油庫工藝過程更加復(fù)雜，采用人工監(jiān)控和常規(guī)儀表監(jiān)控已很難滿足生產(chǎn)要求。油庫是油田原油集輸生產(chǎn)運輸中最重要的生產(chǎn)工藝過程，它是集發(fā)油、卸油等多個工藝系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程，主要包括輸油脫水、污水淺處理、污水深處理、注水、鍋爐和配電等生產(chǎn)崗位或工藝環(huán)節(jié)。 上世紀(jì)九十年代，計算機控制開始應(yīng) 用于聯(lián)合站生產(chǎn)過程，并取得了一定的應(yīng)用效果。但由于在方案選型、設(shè)計和管理維護等方面存在一些問題，總的來講，應(yīng)用效果不夠理想。 目前，油庫生產(chǎn)工藝過程的控制主要有人工監(jiān)測控制、常規(guī)儀表自動監(jiān)測控制、計算機監(jiān)測控制等三種方法。 人工監(jiān)測控制是由崗位操作人員根據(jù)檢測儀表反映的工藝參數(shù)變化情況，憑經(jīng)驗對生產(chǎn)過程進行人工控制，其工作效率和安全系數(shù)都很低，已不能滿足較高西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 1 的工業(yè)過程控制的要求。 常規(guī)儀表控制采用各種檢測和控制儀表實現(xiàn)對現(xiàn)場各種工藝參數(shù)的采集處理、顯示、報警和調(diào)節(jié)控制，保證生產(chǎn)過程的高效、安全和平穩(wěn)運行。這 種控制方式已在油庫生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 計算機監(jiān)測控制是從上世紀(jì)七十年代迅速發(fā)展起來的一種功能強大的現(xiàn)代工業(yè)過程控制方法。它采用計算機技術(shù)與自動化儀表相結(jié)合，對工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)進行處理、運算、顯示和控制。相對于常規(guī)儀表控制，它可以提供更為復(fù)雜的控制算法，通過對各種相關(guān)參數(shù)進行綜合分析，實現(xiàn)協(xié)調(diào)管理和優(yōu)化控制。 綜上所述，在油庫生產(chǎn)過程中，如何合理選擇、設(shè)計安全可靠和便于維護的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，保證油庫生產(chǎn)的平穩(wěn)運行和優(yōu)化控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)管理水平，是目前自動化技術(shù)在油田生產(chǎn) 應(yīng)用中面臨的重要課題。 算機監(jiān)控系統(tǒng)的介紹 計算機監(jiān)控技術(shù)時一門綜合性的技術(shù)。他是計算機及技術(shù)（包括軟件技術(shù)，接口技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)）、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。 任何一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)基本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)運行。當(dāng)然，這六個階段并不是完全按照直線順序進行的。在任何一個階段出現(xiàn)了問題都可以返回到前面的階段進行修改。 所謂計算機監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓力、流量 、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量，并且在計算機的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而時操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對象的變化過程。通過應(yīng)用計算機監(jiān)控技術(shù)，可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。還可以降低勞動這的強度，并且提高管理水平，從而帶來極大的社會效益。正因為如此計算機監(jiān)控技術(shù)以在各個領(lǐng)域都有所發(fā)展。 計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以由一下幾個部分組成：計算機（含可視話的人機界面）、輸入輸出裝置（板卡），監(jiān)測、變松機構(gòu)。設(shè)計原則有可靠性原則、使用方便原則、開放性原則、經(jīng) 濟性原則、開發(fā)周期短原則。 圖 1 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 2 圖 1算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點與原則 主要特點 （ 1）實時性。對工業(yè)生產(chǎn)過程進行實時在線檢測與控制，按優(yōu)先級進行采集和輸出調(diào)節(jié)，保證被控系統(tǒng)的正常運行。 （ 2）可靠性。具有在較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場長期工作的能力，并具有良好的故障診斷和維護性。 （ 3）較強的輸入 /輸出能力?？膳c工業(yè)現(xiàn)場的檢測儀表和控制裝置相連接，完成各種測量控制任務(wù)。 （ 4）應(yīng)用軟件豐富。目前大多數(shù)計算機監(jiān)控系統(tǒng)以 工 作平臺，系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件豐富，可提供良好的人機界面，特別是組態(tài)軟件更為用戶提供了方便。 設(shè)計原則 可靠性原則、使用方便原則、開放性原則、經(jīng)濟性原則、開發(fā)周期短原則。 1 所謂 油庫 是指將開采的原油集中進行管線運輸 ，進行 油罐 的 存儲，完成對來油、輸油及有關(guān)儲油量的計算、盤存管理。在此過程中，對含水的原油要進行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€工藝處理過程 ，如下圖： 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 3 庫的工藝流程與主要技術(shù)指標(biāo) （ 1） 分離器流程。從各個采油隊輸送過 來的原油首先通過計量器計量后又進入聯(lián)合站的油氣水三相分離器，在這里實現(xiàn)氣體和液體的分離。原油從分離器一端進入，然后天然氣從另一端上部流出進行天然氣外輸，而油水混合的液體從下部流出進入一次沉降罐。 （ 2） 油罐區(qū)流程。油罐區(qū)的儲罐主要的任務(wù)是進行油水分離，由一次沉降罐、二次沉降罐、凈化油罐組成，分離器將油水混合液體輸入一次沉降罐，一次沉降罐分離出大部分的原油，并把部分天然氣再行收集，而將水輸?shù)轿鬯畢^(qū)，進行污水處理。經(jīng)過一次沉降罐的原油流入二次沉降罐繼續(xù)進行油水分離，這之后的原油已經(jīng)含水很少了，然后原油進入加熱爐 加熱和脫水器脫水。經(jīng)過加熱和脫水后的原油進入凈化油罐，等待外輸。 （ 3） 加熱爐流程。從油罐區(qū)二次沉降罐輸送過來的原油在這里經(jīng)過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。 （ 4） 原油外輸流程。經(jīng)過加熱和脫水處理的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原油輸送出聯(lián)合站。污水處理工藝流程。在這一流程里，從一次沉降罐過來的污水首先進入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進行收集，然后經(jīng)過加藥泵進行加藥處理，再進入過濾罐過濾，最后將經(jīng)過處理的污水輸出 根據(jù)聯(lián)合站的工藝流程和各個設(shè)備的工作原理，整個監(jiān)控系統(tǒng)需要處理： （ 1）控制三 相分離器上油室、水室的液位恒定。 （ 2）監(jiān)測三相分離器上油室、水室的液位、溫度、壓力及報警、 （ 3）監(jiān)測遍布整個戰(zhàn)區(qū)的氣體濃度及報 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 4 （ 4）監(jiān)測倆個沉降罐的油室、水室的液位、溫度、壓力及報警。 （ 5） 監(jiān)測脫水泵、脫水器、加藥泵、污水外輸泵、外輸泵各自前后的壓力，控制各個泵的起、停，顯示其運行狀況及報警。 （ 6）監(jiān)測凈化油罐、污水緩沖罐，過濾罐、加熱爐的溫度及液位及報警。 二 初步分析 根據(jù) 此油庫的工藝流程可知系統(tǒng)需要監(jiān)控各個泵、分離器加熱爐的 液位、溫度、壓力、氣體濃度 ，以及 監(jiān)測及各個泵運行狀況顯示。其中 液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號經(jīng)過相應(yīng)的變送氣后都會轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場最大、最小值對應(yīng)的 4 20是模擬量輸入信號。各個泵運行狀況對應(yīng)數(shù)字量輸入信號。 控制分離器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡來控制。 各個泵的運行狀況及啟停顯示都是數(shù)字量輸入信號。可以采用西門子的數(shù)字量輸入模塊。當(dāng)前液位的信號接入 人工設(shè)置的定值相比較， 通過分析，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來控制油室、水室的液位恒定。 根據(jù) 油庫 的流程圖，先要列出統(tǒng)計出系統(tǒng)的 I/ 統(tǒng)的 I/所示 . 系統(tǒng) I/O 點數(shù)通過列表的形式列舉如下 表。 表 2油庫 監(jiān)控系統(tǒng) I/O 變量表 序號 設(shè)備名稱 總點數(shù) 控制要求 O O 1 計量器 16 來油的溫度、壓力 2*4=8 溫度、壓力控制 2*4=8 2 兩個汽油罐 6 溫度、壓力、液位 3*2=6 3 兩個柴油罐 6 溫度、壓力、液位 3*2=6 4 一個來油泵 4 泵前后的壓力 2 控制泵的起、停 1 泵運行情況顯示 1 5 站區(qū) 16 氣體濃度監(jiān)測 16 合計 58 38 8 1 1 在詳細(xì)統(tǒng)計完 I/O 點數(shù)后，還要列寫每個點的參數(shù)表，參數(shù)表中每一個值都必須與現(xiàn)場完全對應(yīng)，在此僅模擬兩個： 表 2模擬量 I/O 點參數(shù)表 I/變量 名稱 變量說明 I/工程單位 信號類型 量程上限 量程下限 報警上限 報警下限 偏差報警 正常值 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 5 1油罐液位 AI m 0 0 9 1 1 5 1油罐液位控制信號 00 0 80 30 10 50 表 2數(shù)字量 I/O 點參數(shù)表 I/變量 名稱 變 量 說明 I/O 類型 正常狀態(tài) 信號類型 信號上限 信號下限 邏輯極性 2 油 泵啟動 1 V 24 0 正 2 油 泵運 行 情況 V 24 0 正 三系統(tǒng)監(jiān)控硬 件選型與介紹 板卡 一款 線的隔離高速模擬量輸入卡， 它提供了 32個模擬量輸入通 道，采樣頻率可達(dá) 100，12 位分辨率及 2500支流隔離保護。 主要功能與技術(shù)指標(biāo) ： 2500離保護 32 路單端或 16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達(dá) 100 給個輸入端的增益可編程 卡上 4K 采樣 沖器 支持軟件、內(nèi)部定時器觸發(fā)或外部 觸發(fā) 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 6 板卡 高速 32 通道數(shù)字量輸入輸出板卡，在計算 機監(jiān)控系統(tǒng)中有廣泛的運用。 主要功能與技術(shù)指標(biāo)： 總線控制 據(jù)傳輸，支持 術(shù) 32/16/8 位模式 I/O 處理，帶啟 /停觸發(fā)功能， 2個模式握手 I/O 中斷處理能力 板載主動終端電阻，高速和遠(yuǎn)程傳輸 支持模式匹配和狀態(tài)改變檢測中斷功能 通用 8 通道數(shù)字量 該模塊是德國西門子公司生產(chǎn)的 列數(shù)字量輸出模塊，為 16 通道的數(shù)字量輸出模塊。 主要性能與指標(biāo) 可用于連接電磁閥，接觸器，小功能電機、 燈和電機啟動器 數(shù)字量輸出模塊將 內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn) 化為控制過程所需的外部信號電平 16路增強數(shù)字量輸出模塊 額定負(fù)載電壓，輸出范圍為 輸出電流，信號為 0是電流為 號為 1時 的電流為 輸出模塊 主要性能與指標(biāo) 8通道的數(shù)字量輸入 /輸出模塊 可用于連接開關(guān)、 2總線近開關(guān)，小功率電機等 可將控制過程的 外部數(shù)字量電平轉(zhuǎn)化為 內(nèi)部信號電平 也可將 內(nèi)部信號電平 轉(zhuǎn)化為控制過程的 外部數(shù)字量電平 主機部分 在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，腐蝕性氣體多，且需要計算機 24 小時連續(xù)不斷地運行，因此對生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備較其他行業(yè)要求更高。 所以針對主機，我們選擇由我國臺西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 7 灣省研華公司生產(chǎn)的 工控機，該機 適合于對數(shù)據(jù)的收集，處理有極高專業(yè)要求的行業(yè)，能給各行業(yè)提供高性能、高可靠性的工業(yè)級計算機平臺。 研華工控主機 主要特征 動、高溫等 惡劣環(huán)境設(shè)計 支持 14槽 板 支持四個前端抽取磁盤驅(qū)動器和一塊內(nèi)置 硬盤 1個帶防塵過濾網(wǎng)的 86選配 西部數(shù)據(jù) 80 256 工業(yè)鍵盤及光電鼠標(biāo) 顯示器 帶 19寸 主要特征 19寸 280*1024 輸入信號自動識別 最高亮度可達(dá) 250cd/ 多掃描功能：支持 支持多信號輸入 : 不銹鋼機箱 ,符合 支持面板安裝 ,壁掛式安裝 ,機架安裝和 顯示器 帶 19寸 主要特征 19寸 280*1024 輸入信號自動識別 最高亮度可達(dá) 250cd/ 多掃描 功能：支持 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 8 支持多信號輸入 : 不銹鋼機箱 ,符合 支持面板安裝 ,壁掛式安裝 ,機架安裝和 某油田聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單 表 由于所有氣體濃度、液位、溫度和壓力信號比較重要，必須要在現(xiàn)場控制柜顯示，所以要選用控制柜上的顯示儀，這里我們選擇昌暉公司的 表可以輪流顯示十六路模擬數(shù)據(jù)，選擇 口型。氣體濃度、壓 力和溫度信號共 45 路，所以可選用 3 臺，有 3*16 路冗余。儀表都選用 (1) 述 16）進行集中監(jiān)測，超限報警，變送輸出及遠(yuǎn)傳的場合。 件上采用內(nèi)帶快閃存儲器的新型微處理器，擴充了大容量的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，顯示器采用大屏幕液晶圖形顯示板，軟件上引入中文 采用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。準(zhǔn)電腦化的結(jié)構(gòu)，高度地體現(xiàn)了微處理器化儀表的靈活性， 成功地解決了多路儀表的分度號可自由設(shè)定，測量值集中顯示等難題。 路儀表在人機操作與觀察界面上都對傳統(tǒng)的二次儀表做了挑戰(zhàn)性的改革，以中文菜單引導(dǎo)組態(tài)操作 , 以集中的數(shù)據(jù)畫面顯示多路測量結(jié)果，以明確的文字信息標(biāo)識畫面內(nèi)容的涵義，簡潔直觀地給人以“智能”的感受。 路儀表可接 16 路被測信號，根據(jù)用戶設(shè)定要求完成從信號采集，顯示，變送到遠(yuǎn)傳的全過程。 行口的打印機連接，完成定時打印，即時打印或報警打印。 路儀表的串行通訊接口可與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的集中管理。 (2) 術(shù)指標(biāo) 輸入信號 模擬量輸入：電壓 0 5V 1 5V 電流 0 10 4 20出信號 模擬量輸出：電流 0 10負(fù)載 750） 4 20負(fù)載 500） 電壓 0 5V （負(fù)載 250 1 5V （負(fù)載 250 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 9 開關(guān)量輸出：繼電器觸點容量： 220V/3A ， 24V/5A（阻性負(fù)載） 出 400V/ 出 6 9V/ 電 輸 出： 24V/30m 精 度 S 1 字 或 S 1 字 采樣周期 1 秒 /通道 輸入回路 8 路或 16路 測量范圍 顯示方式 背光式大屏幕液晶（ 形顯示板 顯示內(nèi)容由漢字、西文、數(shù)字、工程單位等組成 通過面板按鍵可完成畫 面翻頁， 光時間長短等操作 控制方式 可選擇帶回差的 制 通訊輸出 85，波特率 1200 可設(shè)置 ) 參數(shù)設(shè)定 中文菜單提示， 面板按鍵設(shè)定或上位機通過通訊口設(shè)定， 設(shè)定參數(shù)密碼鎖定 保護方式 設(shè)定參數(shù)永久保存，記錄數(shù)據(jù)斷電保存，內(nèi)置 路 功 耗 5W 使用環(huán)境 環(huán)境溫 0 50 相對濕度 85%避免強腐蝕性氣體 電源電壓 20V+10 50 60C 90V 260V（開關(guān)電源） 4V 2V（開關(guān)電源） (3) 作原理 本儀表原理如圖 3表以單片微處理器為基礎(chǔ)，通過輸入電路把模擬信號經(jīng) A/處理器根據(jù)采樣的結(jié)果與設(shè)定內(nèi)容進行計算，比較后顯示結(jié)果及輸出控制信號。 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 10 頻率/開關(guān)量輸入模擬量輸入通道開關(guān)A/ D 圖 形 顯 示 板面 板 設(shè) 定光 電 隔 離光 電 隔 離光 電 隔 離變 送輸 出開 關(guān) 量輸 出通 訊接 口輸 出圖 3作原理 他設(shè)備 系統(tǒng)還需要選用打印機、電源及顯示器等其他設(shè)備，這里我們選用惠普彩色噴 墨打印機、山特 3 間斷電源）。 某油田聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單 序號 類別 名稱 型號 技術(shù)要求 數(shù)量 1 計算 機部分 工控 主機 研華 210G/0X 1臺 19寸彩顯 19寸 9寸工業(yè)平板顯示器 1臺 山特 3 1臺 彩色打印機 惠普 色噴墨打印機 1臺 2 控制器板卡部分和儀表部分 研華 2個模擬量輸入通 道 一塊 研華 個模擬量輸出通道 一塊 多通道巡檢控制儀 昌輝 6路 多通道巡檢控制儀 ,控制輸出方式：電壓 /電流輸出，設(shè)定 /顯示精度； +S+1位數(shù) 塊 智能多回路 昌輝 8段 整定控制儀，測量精度： S，測量范圍： 9999字， 8路輸入， 4路輸出 一塊 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 11 信號轉(zhuǎn)換器 研華一塊 3 軟件 部分 操作系統(tǒng) 套 組態(tài)軟件 京亞控“組態(tài)王 一套 4 控制柜 儀表盤柜 儀表控制柜， 2100 900 600（高寬深），配套接線端子，端子排，匯線槽及內(nèi)部接線 一臺 小型操作臺 西儀橫河 西儀橫河計算機專用操作平臺 一臺 四 監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)及監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計 監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺研華工控機，配 帶 19寸 帶有 3幅面彩色噴墨打印機。系統(tǒng)采用板卡和室的液位恒定控制。 現(xiàn)場所有模擬輸入量都是先接入昌輝公司十六路巡檢儀，然后計算機通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集進計算機。 現(xiàn)場所有數(shù)字量都是計算機通過研華公司的 板卡 通過研華公司的板卡 控系統(tǒng)的方案硬件示意圖 19寸彩顯 研華工控機 印機 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 12 西 門子 西門子 16路增強 8增強 I 48段 16路多通道 16路多道 16路多道 模塊 模塊 控制儀 巡檢控制儀 巡檢控制儀巡檢控制儀 圖 4系統(tǒng)硬件示意圖 研華工控機 印機 19寸工業(yè)平 板彩色顯示器 西安石