集油站安全监控系统硬件设计四(采用PLC方案)

《计算机控制技术》课程设计任务书题目集油站安全监控系统硬件设计一（采用板卡方案）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安全监控系统硬件设计。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，完成安全监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。要求熟悉相关计算机安全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安全监控系统硬件方案的能力。课程设计内容及基本要求如下：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一．绪论.................................................................................................41.1计算机监控系统的介绍.................................................................51.2计算机监控系统的主要特点与原则..............................................51.3集油站简介….................................................................................61.4集油站发展.......................................................................................6二．系统总体方案设计..............................................................7三．硬件系统设备选型............................................................11四．监控系统详细设计............................................................13五．总结....................................................................................16参考文献...................................................................................16一、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发展，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，计算机监控系统的发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。自动化经过50年的发展,通过技术引进,消化吸收和不断创新,自动化水平取得了长足进步.现场从手工操作发展到自动控制,从低级的单回路控制发展到高级复杂系统控制,直到管控一体化.此外,在自动化装备,技术,功能,规模等方面都有了很大提高;测量和控制装置不断更新升级,正在运行的数千套DCS,PLC(可编程控制器)和IPC(工业个人计算机)系统已成为大中型石油和化工企业及小型骨干化工企业的主要控制手段.常规仪表性能大大提高,已成为石油和化工企业生产过程的主要检测手段,电子仪表,数字仪表,智能变送器与执行器的使用量逐渐增加.现场总线控制系统的试用取得进展,近年来已成为石油和化工自动化领域发展的热点之一.对于石化行业来说,底层控制的自动化是实现信息化的基础.油田,油井,计量站大部分都分布在偏远地区,对其工艺过程的工作状况,运行参数的监控与控制,一直是油田的一项重要且困难的工作.油田的生产,开采过程中有大量的数据需要工作人员及时的采集和记录,以供管理部门及时的作出决策,管理生产.如果这些数据都要人工采集,记录的话,必然给工作人员带来巨大的工作量,而且效率低,误差大,而且影响了数据的实时性.随着自动化的发展,对油田生产的各个环节的监测,检测正朝着监控自动化的方向发展.目前油田已经采用自动监控系统,对其各个生产环节进行实时参数与故障监控,检测,实施智能化监控与管理。综上所述，在集油生产过程中，如何合理选择、设计安全可靠和便于维护的计算机监控系统，保证集油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。1.1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），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1.2计算机监控系统的主要特点与原则1.21主要特点（1）实时性。对工业生产过程进行实时在线监测与控制，按优先级进行采集和输出调节，保证被控系统的正常运行。（2）可靠性。菊友在较恶劣的工作现场长期工作的能力，据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，目前打多少计算机监控系统以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，特别傻组件软件更为用户提供了方便。1.2.2设计原则可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短原则。1.3集油站的简介原油集油站的简介该原油集油站将各个采油队输送过来的原油进行油气水分离、油水分离、原油存储、原油加热及外输、污水处理等，实现对来油气、出油气的计算、盘库。该原油联合站内主要分成原油处理和污水处理两大工艺流程，另外还包括消防、天然气密闭、大罐抽气、阴极保护等小等小的工艺流程。1.4集油站的发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部分，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，其工作效率和安全系数都很低，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、安全和平稳运行。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，在集油站中，如何合理选择、设计安全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。二、系统方案总设计工艺流程图如下：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分离器，进行油，水，气，沙四相分离，分离出来的水经掺水泵送到个计量站掺水或对地下注水；分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；分离出来的一部分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。整个联合站的工艺流框图如下：2.2集油站工艺流程与主要技术指标（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集油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、次沉降罐、净化油罐组成，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集油站。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。根据集油站的工艺流程和各个设备的工作原理，整个监控系统需要处理：（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）监测俩个沉降罐的油室、水室的液位、温度、压力及报警。（4）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。（5）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。（6）监测遍布整个战区的气体浓度及报警。根据集油站的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表所示：表3.1系统I/O点数列表序号设备名称总点数控制要求AIAODIDO1计量罐2计量罐的液位1计量罐的液位控制12三相分离器8上油室的液位、温度、压力3水室的液位、温度、压力3油室、水室液位恒定控制23脱水泵5泵前后的压力2泵的起停控制2泵的运行状态14加药泵5泵前后的压力2泵的起停控制2泵的运行状态15污水外输泵5泵前后的压力2泵的起停控制2泵的运行状态16外输泵5泵前后的压力2泵的起停控制2泵的起停控制17脱水器2脱水器液位、温度28净化油罐2净化油罐液位、温度29污水缓冲罐2污水缓冲罐液位、温度210过滤罐2过滤罐的液位、温度211加热炉2加热炉的液位、温度212四个沉降罐12沉降罐的温度、压力、液位2*4==8沉降罐液位恒定控制1*4=41