1、任務(wù)書(shū)題 目集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三采用智能模塊方案學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課程設(shè)計(jì)主要完成某集油站平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。要求運(yùn)用已學(xué)過(guò)各類(lèi)傳感器、輸入輸出模塊、工控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線等的知識(shí)，完成平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案、設(shè)備選型、總體設(shè)計(jì)等各功能的設(shè)計(jì)。要求熟悉相關(guān)計(jì)算機(jī)平安監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成與設(shè)計(jì)方案，學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的步驟和方法，具有初步設(shè)計(jì)小型計(jì)算機(jī)平安監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案的能力。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及根本要求如下：1.熟悉集油站工藝流程、監(jiān)控目標(biāo)及監(jiān)控要求。2.學(xué)會(huì)常用的監(jiān)控系統(tǒng)I/O硬件各類(lèi)板卡、智能儀表、智能模塊、PLC等參數(shù)及使用，了解其工作原理。3.學(xué)會(huì)不同自動(dòng)化設(shè)備

2、廠家各類(lèi)板卡、智能儀表、智能模塊、PLC等的選型，能用所選廠家硬件搭建符合工藝流程和監(jiān)控目標(biāo)的硬件系統(tǒng)。4.完成監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)，畫(huà)出原理圖。 5.課程設(shè)計(jì)時(shí)間一周，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。起止時(shí)間2011年12月19日 至 2011年12月25日指導(dǎo)教師簽名年 月 日系教研室主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc312955881 1 緒論 PAGEREF _Toc312955881 h 1 HYPERLINK l _Toc312955882 計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)的介紹 PAGEREF _Toc312955882 h 1 HYP

3、ERLINK l _Toc312955883 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)與原那么 PAGEREF _Toc312955883 h 2 HYPERLINK l _Toc312955884 集油站 PAGEREF _Toc312955884 h 2 HYPERLINK l _Toc312955885 2 系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc312955885 h 4 HYPERLINK l _Toc312955886 2.1 集油站工藝流程圖 PAGEREF _Toc312955886 h 4 HYPERLINK l _Toc312955887 監(jiān)控的目標(biāo)和要求 PAGEREF _Toc3129

4、55887 h 4 HYPERLINK l _Toc312955888 2.3 初步分析 PAGEREF _Toc312955888 h 5 HYPERLINK l _Toc312955889 3 系統(tǒng)控制儀表的選型 PAGEREF _Toc312955889 h 6 HYPERLINK l _Toc312955890 3.1 儀表的選型和參數(shù) PAGEREF _Toc312955890 h 6 HYPERLINK l _Toc312955891 4 監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc312955891 h 11 HYPERLINK l _Toc312955892 4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5、 PAGEREF _Toc312955892 h 11 HYPERLINK l _Toc312955893 集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表 PAGEREF _Toc312955893 h 12 HYPERLINK l _Toc312955894 集油站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單 PAGEREF _Toc312955894 h 13 HYPERLINK l _Toc312955895 5 總結(jié) PAGEREF _Toc312955895 h 141 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是工業(yè)控制技術(shù)的飛速開(kāi)展，我們已經(jīng)開(kāi)始步入一個(gè)嶄新的自動(dòng)化控制新時(shí)代。計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于離散過(guò)程、連續(xù)過(guò)程等各種

6、工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域以及電力、化工、食品、水處理等各個(gè)行業(yè)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)油田聯(lián)合站的各個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、與數(shù)據(jù)采集等，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)展為集油站的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)注入了新的活力。因?yàn)榧驼臼怯蜌饧斶^(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到外輸原油的質(zhì)量，其工藝特點(diǎn)是系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密、操作規(guī)程嚴(yán)格、系統(tǒng)運(yùn)行狀況復(fù)雜多變且系統(tǒng)過(guò)程中流程多變。所以采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其工藝過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以有效的提高生產(chǎn)率、減少事故發(fā)生率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，本文主要針對(duì)集油站的工藝流程介紹了其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能儀表方面。計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)時(shí)一門(mén)綜合性的技術(shù)。他是計(jì)算機(jī)及技術(shù)包括軟件技術(shù)，接口技術(shù)，通

7、信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。任何一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)根本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)運(yùn)行。當(dāng)然，這六個(gè)階段并不是完全按照直線順序進(jìn)行的。在任何一個(gè)階段出現(xiàn)了問(wèn)題都可以返回到前面的階段進(jìn)行修改。所謂計(jì)算機(jī)監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對(duì)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(jì)算機(jī)的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來(lái)，從而時(shí)操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對(duì)象的變化過(guò)程。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)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

8、低生產(chǎn)本錢(qián)。還可以降低勞動(dòng)這的強(qiáng)度，并且提高管理水平，從而帶來(lái)極大的社會(huì)效益。正因?yàn)槿绱擞?jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以在各個(gè)領(lǐng)域都有所開(kāi)展。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以由以下幾個(gè)局部組成：計(jì)算機(jī)、輸入輸出裝置，監(jiān)測(cè)、變送機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)原那么有可靠性原那么、使用方便原那么、開(kāi)放性原那么、經(jīng)濟(jì)性原那么、開(kāi)發(fā)周期短圖11 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成原理圖 主要特點(diǎn):1實(shí)時(shí)性。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制，按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)，保證被控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2可靠性。具有在較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期工作的能力，并具有良好的故障診斷和維護(hù)性。3較強(qiáng)的輸入/輸出能力。可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)儀表和控制裝置相連接，完成各種測(cè)量控制任務(wù)。4應(yīng)用軟

9、件豐富。目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以WINDOWS做工作平臺(tái)，系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件豐富，可提供良好的人機(jī)界面，特別是組態(tài)軟件更為用戶提供了方便。 設(shè)計(jì)原那么:可靠性原那么、使用方便原那么、開(kāi)放性原那么、經(jīng)濟(jì)性原那么、開(kāi)發(fā)周期短原那么。 集油站簡(jiǎn)介：水下采集系統(tǒng) 由水下采油井口裝置、井內(nèi)測(cè)試設(shè)備、井口監(jiān)控系統(tǒng)、浮式或平臺(tái)集油站、油氣處理裝置等組成。集油站能遙控操作，接受井口流出的油氣，進(jìn)行處理，測(cè)試各井油氣生產(chǎn)參數(shù)，必要時(shí)向井內(nèi)注入化學(xué)藥劑以保證正常生產(chǎn)。 集油站的開(kāi)展隨著我國(guó)自動(dòng)化水平的提高，油田生產(chǎn)實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控已經(jīng)迫在眉睫。集油站是油田集輸?shù)闹匾M成局部，它直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的正常運(yùn)行，對(duì)整個(gè)

10、油從開(kāi)采到投產(chǎn)使用的整個(gè)流程的經(jīng)濟(jì)效益有極大的影響。隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水后期， 工藝過(guò)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。上世紀(jì)九十年代，計(jì)算機(jī)控制開(kāi)始應(yīng)用于聯(lián)合站生產(chǎn)過(guò)程，并取得了一定的應(yīng)用效果。但由于在方案選型、設(shè)計(jì)和管理維護(hù)等方面存在一些問(wèn)題，總的來(lái)講，應(yīng)用效果不夠理想。目前，集油站生產(chǎn)工藝過(guò)程的控制主要有人工監(jiān)測(cè)控制、常規(guī)儀表自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制等三種方法。人工監(jiān)測(cè)控制是由崗位操作人員根據(jù)檢測(cè)儀表反映的工藝參數(shù)變化情況，憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行人工控制，其工作效率和平安系數(shù)都很低，已不能滿足較高的工業(yè)過(guò)程控制的要求。常規(guī)儀表控制采用各種檢測(cè)和控制儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)

11、場(chǎng)各種工藝參數(shù)的采集處理、顯示、報(bào)警和調(diào)節(jié)控制，保證生產(chǎn)過(guò)程的高效、平安和平穩(wěn)運(yùn)行。這種控制方式已在集油站中得到了廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制是從上世紀(jì)七十年代迅速開(kāi)展起來(lái)的一種功能強(qiáng)大的現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程控制方法。它采用計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化儀表相結(jié)合，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種工藝參數(shù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、顯示和控制。相對(duì)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(guò)對(duì)各種相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)管理和優(yōu)化控制。綜上所述，在集油站中，如何合理選擇、設(shè)計(jì)平安可靠和便于維護(hù)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，保證油田生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和平安生產(chǎn)，提高生產(chǎn)管理水平，是目前自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)應(yīng)用中面臨的重

12、要課題。2 系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)2.1 集油站工藝流程圖圖11 油田集油站工藝流程圖某集油站工藝流程如上圖。從各個(gè)油井或計(jì)量站來(lái)得油水混合物先進(jìn)入三個(gè)四相別離器，進(jìn)行油，水，氣，沙四相別離，別離出來(lái)的水經(jīng)摻水泵送到個(gè)計(jì)量站摻水或?qū)Φ叵伦⑺?；別離出來(lái)的原油進(jìn)入脫水器再次脫水，經(jīng)稠油泵送到200立方米的大罐儲(chǔ)存；別離出來(lái)的一局部油水混合物經(jīng)過(guò)外輸泵在進(jìn)行熱交換加熱后往其他集油站外輸?？刂迫齻€(gè)四相別離器上油室，水室的液位恒定。監(jiān)控三個(gè)四相別離器上油室，水室的的液位，溫度，壓力及報(bào)警。監(jiān)測(cè)三個(gè)摻水泵，三個(gè)外輸泵，三個(gè)稠油泵各自前后的壓力，控制各個(gè)泵的啟停,顯示其運(yùn)行狀況，三個(gè)電磁閥啟停及其狀態(tài)顯示及報(bào)警。監(jiān)

13、測(cè)兩個(gè)換熱器各自前后的混合液的溫度及報(bào)警。監(jiān)測(cè)脫水器，事故罐的溫度及液位及報(bào)警。遍布整個(gè)站區(qū)二十四個(gè)氣體濃度監(jiān)測(cè)及報(bào)警。監(jiān)測(cè)讀取全站四個(gè)流量計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)字量2.3 初步分析液位、溫度、壓力、氣體濃度監(jiān)測(cè)以及各個(gè)泵運(yùn)行狀態(tài)顯示。其中：液位、溫度、壓力、氣體濃度等信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的變送器后都會(huì)轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場(chǎng)最大、最小值對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)都是模擬量輸入信號(hào)。各個(gè)泵運(yùn)行狀態(tài)情況很明顯是對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入信號(hào)。控制兩個(gè)四相別離器上油室、水室的液位恒定和各個(gè)泵的起、停。其中：控制別離器上油室、水室的液位恒定可以采用儀表來(lái)控制?？刂圃硎牵河褪?、水室的當(dāng)前液位信號(hào)接入控制表，與表內(nèi)的人工給定值比擬，通過(guò)運(yùn)算，輸出的控制信號(hào)

14、到變頻器，變頻器對(duì)交流電進(jìn)行變頻，輸出對(duì)應(yīng)于的交流弄點(diǎn)對(duì)泵上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速流量來(lái)控制油室。水室、的液位恒定?？刂聘鱾€(gè)泵的起停比擬簡(jiǎn)單，很明顯是對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸出信號(hào)。3 系統(tǒng)控制儀表的選型由前面分析可知，監(jiān)控系統(tǒng)可以采用一臺(tái)工控機(jī)，下面鏈接PID控制表和研華ADAM4000或者ADAM5000系列模塊來(lái)構(gòu)成。1兩臺(tái)四相別離器油室，水室的液位恒定控制總共有4路PID控制，可選擇4路單路PID表，也可選擇SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制儀，可對(duì)溫度、壓力、液位、速度等測(cè)量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字量顯示控制(高亮度LED數(shù)碼顯示)及相對(duì)模擬量顯示(光柱顯示)，使測(cè)量值

15、的顯示更為清晰直觀，并可選擇雙光柱顯示?？筛鶕?jù)被控對(duì)象自動(dòng)演算出最正確PID控制參數(shù)。2由于所有氣體濃度監(jiān)測(cè)和液位、溫度、壓力信號(hào)比擬重要，必須要在現(xiàn)場(chǎng)控制柜顯示，所以要選擇用控制柜上的顯示儀。這些顯示儀可以選擇單路顯示儀，也可以選擇昌暉公司的SWPLCDM型SWP-RMD808多通道巡檢控制儀，該儀表可以輪流顯示十六路模擬數(shù)據(jù)。3剩余6路DI信號(hào)和12路DO信號(hào)，可以選擇研華模塊來(lái)完成。由于數(shù)字量輸出去控制泵的啟停，所以輸出模塊最好選用繼電器輸出型，可以省去后接的驅(qū)動(dòng)繼電器。所以我們選用一個(gè)ADAM4052模塊和兩快ADAM-4068模塊。4)如果儀表接口選擇RS232C接口型，那么每個(gè)串口

16、只能接一塊儀表，所以上面儀表和模塊都選用了RS485接口型，這樣子某一儀表就可以接同一個(gè)串口上。一般工控機(jī)都是有兩個(gè)串口，我們可以把所有昌暉公司的儀表接在一個(gè)串口，把所有研華公司的ADAM4000系列的模塊接在一個(gè)串口，計(jì)算機(jī)通過(guò)模塊以及儀表內(nèi)地址區(qū)分不同設(shè)備。但是計(jì)算機(jī)是RS232C接口，而儀表是RS485接口，所以還如要兩個(gè)ADAM4520模塊。5系統(tǒng)還需要選用工控機(jī)、打印機(jī)、UPS等其他設(shè)備。6系統(tǒng)還需要操作系統(tǒng)軟件和組態(tài)編程軟件。SM322數(shù)字量輸出模塊該模塊是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-300PLC系列數(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，

17、小功能電機(jī)、燈和電機(jī)啟動(dòng)器數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過(guò)程所需的外部信號(hào)電平16路增強(qiáng)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(hào)為0是電流為0.5MA,信號(hào)為1時(shí)-60時(shí)的電流為RS-232C接口SM323數(shù)字量輸入/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(kāi)關(guān)、2總線近開(kāi)關(guān)，小功率電機(jī)等可將控制過(guò)程的外部數(shù)字量電平轉(zhuǎn)化為S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平也可將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過(guò)程的外部數(shù)字量電平RS-232C接口4 監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺(tái)研華工控機(jī)，21寸LCD和工業(yè)平板顯示器，帶有UPS電源

18、的A3幅面彩印噴墨打印機(jī)。系統(tǒng)采用儀表監(jiān)控系統(tǒng)。 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)泵及別離器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制如下圖。監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖及監(jiān)控系統(tǒng)方案硬件示意圖如下ups 21寸彩顯 打印機(jī) 研華工控機(jī) 昌暉系列 昌暉系列 昌暉系列 昌暉系列 儀表溫度 儀表壓力 儀表液位 儀表PID監(jiān)控儀 監(jiān)控儀 監(jiān)控儀 監(jiān)控儀圖41 系統(tǒng)硬件示意圖打印機(jī)21寸工業(yè)平板彩色顯示器 UPS研華工控機(jī) RS-232ADAM4520 RS-485昌暉SWP-RMD808液位檢測(cè)儀昌暉SWP-RMD808壓力檢測(cè)儀昌暉SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制儀昌暉SWP-RMD808溫度檢測(cè)儀 圖42 監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原

19、理圖集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表表41 集油站監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)總點(diǎn)數(shù)控制要求AIAODIDO1兩個(gè)別離器16水室液位，溫度，壓力2*3=6油室液位，溫度，壓力2*3=6油室，水室液位恒定控制2*2=42兩個(gè)摻水泵10泵的前后壓力2*2=4控制泵的啟停2*1=2泵運(yùn)行情況顯示2*1=23兩個(gè)外輸泵10泵的前后壓力2*2=6控制泵的啟停2*1=3泵運(yùn)行情況顯示2*1=24兩個(gè)稠油泵10泵的前后壓力2*2=4控制泵的啟停2*1=2泵運(yùn)行情況顯示2*1=25兩個(gè)換熱器4換熱器前后混合液的溫度2*2=46一個(gè)脫水器2脫水器液位和溫度27一個(gè)事故罐2事故罐的液位和溫度28站區(qū)16氣體濃度監(jiān)測(cè)

20、16合計(jì)704666表42 集油站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單序號(hào)類(lèi)別名稱(chēng)型號(hào)技術(shù)要求數(shù)量1計(jì)算機(jī)局部工控主機(jī)研華IPC61040G/50X1臺(tái)21寸彩顯21寸LCD19寸工業(yè)平板顯示器1臺(tái)UPS電源山特3KVA小時(shí)1臺(tái)彩色打印機(jī)惠普A3,彩色噴墨打印機(jī)1臺(tái)2控制器及儀表局部多通道巡檢控制儀昌暉SWP-RMD80816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；+0.5%FS+1位數(shù)max3塊智能多回路PID控制器昌暉SWP-ND105-010-23-N48段PID 自整定控制儀，測(cè)量精度：0.5%ES，測(cè)量范圍：-19999999字，8路輸入，4路輸出1塊信號(hào)轉(zhuǎn)換器研華ADAM4520RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器1塊3軟件局部操作系統(tǒng)Windows2000NTMicrosoft Windows2000NT1套組態(tài)軟件北京亞控“組態(tài)王”1套4控