計算機課程設(shè)計油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計采用智能模塊方案

目錄1緒論 11.1國內(nèi)外油庫現(xiàn)狀 11.2油庫的布局 21.3油庫的工藝流程及重要技術(shù)指標 21.4油庫工藝流程圖 32總體設(shè)計方案 42.1計算機監(jiān)控系統(tǒng) 42.2總體設(shè)計布局 42.3系統(tǒng)I/O點數(shù)記錄 53第三章系統(tǒng)監(jiān)控硬件選型與介紹 73.1計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)立 73.2工控機主機選型 73.3智能模塊選型及其簡介 83.3.116位8通道模擬輸入模塊ADAM-4017 83.3.212位4通道模擬輸出模塊ADAM-4024 83.3.3數(shù)字量I/O模塊ADAM-4050 83.3.4隔離RS-232到RS-422/485轉(zhuǎn)換器ADAM-4520 93.4油庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單 94監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計 115結(jié)論 13參考文獻 141緒論所謂油庫是指將開采的原油集中進行管線運送，進行油罐的存儲，完畢對來油、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解決，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€工藝解決過程。隨著經(jīng)濟和科學的發(fā)展，計算機監(jiān)控系統(tǒng)越來越被普遍的運用于社會的各大領(lǐng)域，比如：消防、金融、飲食、監(jiān)督等等，而油庫的監(jiān)控也是其中之一，這完全體現(xiàn)了現(xiàn)在科學技術(shù)的強大，使監(jiān)控實現(xiàn)了智能化、自動化以及安全化，可以在工作人員不在現(xiàn)場的情況下，實現(xiàn)對油庫的實時監(jiān)控。油庫是油氣運送過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到外輸原油的質(zhì)量，其工藝特點是系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密、操作規(guī)程嚴格、系統(tǒng)運營狀況復(fù)雜多變且系統(tǒng)過程中流程多變。所以采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)對其工藝過程進行實時監(jiān)控可以有效的提高生產(chǎn)率、減少事故發(fā)生率、減少工人的勞動強度。隨著石油工業(yè)的進步和石油戰(zhàn)略地位的不斷提高，油庫的安全也越來越重要。本課程設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)書以及相關(guān)資料，運用智能模塊，組態(tài)王能軟件系統(tǒng)，設(shè)計和繪制油庫監(jiān)控系統(tǒng)和工藝流程圖。1.1國內(nèi)外油庫現(xiàn)狀隨著我國自動化水平的提高，油庫生產(chǎn)實行自動化監(jiān)控已經(jīng)迫在眉睫。油庫是油田集輸?shù)闹匾M成部分，油庫是實現(xiàn)油的安全儲存，保證運送的油質(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)規(guī)定。油庫是油田原油集輸生產(chǎn)運送中最重要的生產(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，重要涉及輸油脫水、污水淺解決、污水深解決、注水、鍋爐和配電等生產(chǎn)崗位或工藝環(huán)節(jié)。上世紀九十年代，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)用效果不夠抱負。根據(jù)我國國情，我國現(xiàn)在戰(zhàn)略儲備量還很少，國家石油儲備基地一期工程還在建設(shè)中，計劃到2023年我國石油戰(zhàn)略儲備將為800萬立方米，所以還需建設(shè)一大批的油庫以滿足實際需要。這預(yù)示著在未來的十幾年間，我國油庫的發(fā)展在以后會有很大的發(fā)展空間，尚有一大批油庫待建。同時，我國油庫的自動化控制技術(shù)也在加快發(fā)展中。但計算機監(jiān)控系統(tǒng)在油庫現(xiàn)場的應(yīng)用比外國起步遲，相對落后。因此將計算機應(yīng)用在油庫的安全建設(shè)和監(jiān)控方面更加重要。從國外油庫的情況來看，由于國際形勢的日益復(fù)雜各國爭相進行石油儲備，上個世紀六十年代末美國和日本已經(jīng)開始進行石油戰(zhàn)略儲備，走在了各國之前。此外，國外一些發(fā)達國家的油庫自動化管理已較為成熟，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在油庫現(xiàn)場的應(yīng)用比較成熟。所獲得的好處是可觀的，不僅減少了許多工作量、提高了工作效率、大大優(yōu)化了安全管理系統(tǒng)、還節(jié)約了許多不必要的經(jīng)濟投資。1.2油庫的布局油庫分為東罐區(qū)和西罐區(qū)，其中，東罐區(qū)共有9個儲油罐，罐區(qū)值班室1個，油泵房1個（1#泵房），共安裝11臺油泵。西罐區(qū)共有21個儲油罐，2個罐區(qū)值班室，2個油泵房（2#、3#泵房），其中2#泵房安裝10臺油泵，3#泵房安裝5臺油泵油料碼頭有兩個油料收發(fā)口，與油輪直接連接進行汽油、柴油、航油等油料的收發(fā)作業(yè)，汽油、柴油發(fā)油口能通過流量計分別計量。此外，油庫已經(jīng)實現(xiàn)了汽車油罐車、火車油罐車的自動計量和發(fā)油數(shù)據(jù)的計算機管理。布置原則如下：（1）便于收發(fā)作業(yè)；（2）庫內(nèi)油品應(yīng)盡量做到單向流動，避免在庫內(nèi)往返交叉；（3）合理分區(qū)，以便各種作業(yè)安全生產(chǎn)，避免非生產(chǎn)人員來往于工作區(qū)域，特別是儲油區(qū)和裝卸區(qū)；（4）庫內(nèi)布置的各種設(shè)施，必須符合防火、衛(wèi)生等有關(guān)設(shè)計規(guī)范，保證油庫安全。同時應(yīng)力求布置緊湊，減少用地；（5）變配電間及鍋爐房等輔助設(shè)施要盡量靠近重要用電、用氣單位，以節(jié)省投資和經(jīng)營費用。1.3油庫的工藝流程及重要技術(shù)指標（1）分離器流程。從各個采油隊輸送過來的原油一方面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)的儲罐重要的任務(wù)是進行油水分離，分離器將油水混合液體輸入沉降罐，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)，進行污水解決，然后原油進入加熱爐加熱和脫水器脫水。通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通過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。（4）原油外輸流程。通過加熱和脫水解決的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原油輸送出聯(lián)合站。污水解決工藝流程。在這一流程里，從一次沉降罐過來的污水一方面進入緩沖罐，將具有的殘留天然氣進行收集。1.4油庫工藝流程圖根據(jù)油庫的布局以及各設(shè)備的功能，使用計算機軟件—組態(tài)王畫出油庫的工藝流程圖，流程圖如下：圖1-1油庫工藝流程圖2總體設(shè)計方案2.1計算機監(jiān)控系統(tǒng)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)（涉及軟件技術(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、具體設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)運營。當然，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)控就是運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，從而時操作人員可以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，減少能源和原材料的消耗，減少生產(chǎn)成本。還可以減少勞動這的強度，并且提高管理水平，從而帶來極大的社會效益。正由于如此計算機監(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2-1就是一個典型的計算機測控系統(tǒng)組成原理圖。圖2-1計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2總體設(shè)計布局系統(tǒng)的總體設(shè)計是進入實質(zhì)性設(shè)計階段的第一步，也是最重要和最關(guān)鍵一步，起總體設(shè)計過程圖如圖2-2.圖2-2系統(tǒng)總體設(shè)計2.3系統(tǒng)I/O點數(shù)記錄根據(jù)油庫的流程圖，先要列出記錄出系統(tǒng)的I/O點數(shù)，系統(tǒng)的I/O點數(shù)如表2-1所示.系統(tǒng)I/O點數(shù)通過列表的形式列舉如下表。表2-1油庫控制系統(tǒng)I/O變量表序號設(shè)備名稱總點數(shù)控制量AIAODIDO11個三相分離器8水室的液位、壓力、溫度3油室的液位、壓力、溫度3油室、水室液位恒定控制221個緩沖罐4罐的液位、壓力、溫度3罐的壓力恒定控制141個分餾塔3塔的液位、壓力、溫度351個沉降罐3罐的液位、壓力、溫度371個柴油罐3罐的液位、壓力、溫度381個天然氣罐2罐的壓力、溫度291個汽油罐3罐的液位、壓力、溫度3107個電磁閥7閥的開、關(guān)控制7112個外輸泵8泵的前后壓力4泵的起、停2泵運營狀況顯示2124個中輸泵16泵的前后壓力8泵的起、停4泵運營狀況顯示4136個流量計3監(jiān)控個反映器前的流量6合計60383613在具體設(shè)計完I/O點數(shù)后，還要列些每個點的參數(shù)表，參數(shù)表中每一個值都必須與現(xiàn)場完全相應(yīng),得到下表2-2.表2-2模擬量I/O點參數(shù)表I/O位號設(shè)備型號變量說明I/O類型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1三相分離器AImmA1009115AOcmA1000803010502天然氣罐AImmA1009115AOpmA1000803010503緩沖罐AImmA1009115AOpmA1000803010504分餾塔AImmA10091155沉降罐AImmA10091156穩(wěn)壓罐AImmA1009115AOcmA1000803010507儲油罐AImmA10091158泵AImmA10091159流量計AImmA10091153第三章系統(tǒng)監(jiān)控硬件選型與介紹3.1計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)立當今的監(jiān)控系統(tǒng)更強調(diào)系統(tǒng)自身的集成性和解決方案能力，監(jiān)控系統(tǒng)中除保存?zhèn)鹘y(tǒng)DCS所實現(xiàn)的過程控制。此外，目前應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)不再把系統(tǒng)自身開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是強調(diào)系統(tǒng)的各個組成部分是否采用第三方集成方式，方便應(yīng)用其他廠商提供的各種硬件單元與進行系統(tǒng)開發(fā)的組態(tài)軟件。本設(shè)計的大體框圖如下：顯示器顯示器工控機主機智能模塊智能模塊圖3-1計算機監(jiān)控系統(tǒng)框圖3.2工控機主機選型研華工控主機在油庫工業(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)不斷地運營，因此對生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備較其他行業(yè)規(guī)定更高。所以針對主機，我們選擇由我國臺灣省研華公司生產(chǎn)的IPC-610H型工控機，該機適合于對數(shù)據(jù)的收集，解決有極高專業(yè)規(guī)定的行業(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。重要特性（1）IPC-610專為沖擊、震動、高溫等惡劣環(huán)境設(shè)計（2）支持14槽ISA/PCI底板（3）支持四個前端抽取磁盤驅(qū)動器和一塊內(nèi)置3.5”（4）1個帶防塵過濾網(wǎng)的86CFM風扇選配IPC-610H型工控機·InterPIV2.4GMCPU·西部數(shù)據(jù)80G硬盤·Kingston256M內(nèi)存·工業(yè)鍵盤及光電鼠標·RS-232C接口3.3智能模塊選型及其簡介3.3.116位8通道模擬輸入模塊ADAM-4017ADAM-4017是一款16位8通道模擬輸入模塊。所有通道都提供可編程輸入。該模塊是工業(yè)測量和檢測應(yīng)用的非常經(jīng)濟有效地解決方案。它的光隔離輸入在模擬輸入和模塊之間提供3000VDC的隔離，保護模塊和外圍設(shè)備避免來自輸入線路高電壓的損壞。ADAM-4017提供信號調(diào)節(jié)，A/D轉(zhuǎn)換，距離修正，和RS-485數(shù)字通信功能。它通過A/D輸入和3000VDC隔離變壓器的光隔離設(shè)備來保護您的設(shè)備避免來自接地環(huán)路和動力高峰迫害。ADAM-4017使用16為受微解決器控制sigma-deltaA/D的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換傳感器的電壓或電流到數(shù)字信號。通道：6路差分，兩路單端輸入類型：mV,V,mA采樣速率：10采樣點/秒3.3.212位4通道模擬輸出模塊ADAM-4024ADAM-4024提供了4路通用類型的模擬量輸出通道。它還帶有4路數(shù)字量輸入，用于一些集成的應(yīng)用場合，入緊急鎖定輸出或用戶默認的觸發(fā)等。該模塊帶有光隔離器，可防止接地回路、電源沖擊對設(shè)備導(dǎo)致的損害?？梢灾付ㄞD(zhuǎn)換速率和啟動電流。單通道m(xù)A或V輸出4路數(shù)字量輸入2500VdcD/A可編程輸出斜率：0.125-128.0Ma/秒，0.0625-64V/秒3.3.3數(shù)字量I/O模塊ADAM-4050ADAM-4050帶有7路數(shù)字量輸入和8路數(shù)字量輸出。它的數(shù)字量輸出為集電極開路的晶體管開關(guān)，可由主機進行控制。還可以使用它來控制固態(tài)繼電器，運用固態(tài)繼電器的閉合來控制熱電器、泵或其他電力設(shè)備。主機可以運用模塊的數(shù)字量輸入來檢測行程開關(guān)、安全開關(guān)或遠程數(shù)字量信號。7路輸入、8路輸出內(nèi)置看門狗定期器3.3.4隔離RS-232到RS-422/485轉(zhuǎn)換器ADAM-4520大多數(shù)工業(yè)計算機系統(tǒng)都帶有標準的RS-232的端口。雖然RS-232得到了普遍的使用，但它的傳輸速率、傳輸距離及網(wǎng)絡(luò)容量還是有一定的限制。RS-422和RS-485標準通過將數(shù)據(jù)及控制信號使用差分信號進行傳送，克服了RS232的局限性。ADAM-4520/4522隔離轉(zhuǎn)換器可以讓您在初期的RS-232系統(tǒng)上充足運用RS-422和RS-458的優(yōu)點。它可以將RS-232信號透明轉(zhuǎn)換為RS-422和RS-485信號。您無須改動PC上的任何硬件及軟件。ADAM-4520可以幫您輕松地建立起一套基于PC硬件的、工業(yè)級遠程通訊系統(tǒng)。它可以將通訊距離再延長1200米，或再增長32個連接節(jié)點。自動內(nèi)部RS-485總線監(jiān)督自動數(shù)據(jù)流控制最高采樣速率115.2kbps3000Vdc隔離保護（ADAM-4520）3.4油庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單選型是一個十分重要的過程，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備清單如表3-1表3-1監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單序號類別名稱型號技術(shù)規(guī)定數(shù)量1計算機部分工控機主機研華IPC610PIV1.8G/MDRAM/40G/1.4M/50X1臺19寸彩顯19寸CRT21寸LG彩顯1臺UPS電源山特3KVA3KVA0.5小時1臺彩色打印機三星A3，彩色噴墨打印機1臺2軟件部分操作系統(tǒng)Windows7MicrosoftWindows71套組態(tài)軟件Kingview6.53北京亞控“組態(tài)王6.53:”1套3控制器及儀表部分AIADAM-401716位8通道模擬輸入模塊4塊AOADAM-402412位4通道模擬輸出模塊3塊DIADAM-4050數(shù)字量I/O模塊1塊DOADAM-4050數(shù)字量I/O模塊1塊信號轉(zhuǎn)換器ADAM-4520RS-232到RS-422/485轉(zhuǎn)換器2塊4控制柜小型操作臺西儀橫河西儀橫河計算機專用操作平臺1臺4監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺研華工控機，配帶19寸LG彩色工業(yè)平板顯示器，帶有UPS電源的A3幅面三星彩色噴墨打印機。系統(tǒng)采用智能模塊對三相分離器和各個泵的油室、水室的液位恒定控制?，F(xiàn)場合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RS-485總線與巡檢儀及PID控制儀通信，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集進計算機?，F(xiàn)場合有數(shù)字量都是計算機通過研華公司的板卡PCI-1713數(shù)字量讀入現(xiàn)場泵的運營狀態(tài)，再通過研華公司的板卡PCI-1721輸出現(xiàn)場泵的啟停指令。監(jiān)控系統(tǒng)的輸入輸出原理圖4-1及監(jiān)控系統(tǒng)的方案硬件示意圖4-2如下圖：圖4-1監(jiān)控系統(tǒng)的輸入輸出原理圖圖4-2監(jiān)控系統(tǒng)的方案硬件示意圖5結(jié)論課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能