油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計四(采用PLC方案)

1、一、緒 論 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，特別是工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，我們已經(jīng)開始步入一個嶄新的自動化控制新時代。計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于離散過程、連續(xù)過程等各種工業(yè)自動化領(lǐng)域以及電力、化工、食品、水處理等各個行業(yè)。現(xiàn)在國內(nèi)外都將計算機監(jiān)控系統(tǒng)對油田聯(lián)合站的各個生產(chǎn)工藝過程進行實時監(jiān)控、與數(shù)據(jù)采集等，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展為集油站的自動化監(jiān)測注入了新的活力。因為集油站是油氣集輸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(yán)格、系統(tǒng)運行狀況復(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、

2、降低工人的勞動強度。自動化經(jīng)過 50 年的發(fā)展,通過技術(shù)引進,消化吸收和不斷創(chuàng)新, 自動化水平取得了長足進步.現(xiàn)場從手工操作發(fā)展到自動控制,從低級的單回路控制 發(fā)展到高級復(fù)雜系統(tǒng)控制,直到管控一體化.此外,在自動化裝備,技術(shù),功能,規(guī)模等方面都有了很大提高;測量和控制裝置不斷更新升級,正在運行的數(shù)千套 DCS, PLC(可編程控制器)和 IPC(工業(yè)個人計算機)系統(tǒng)已成為大中型石油和化工企業(yè)及小 型骨干化工企業(yè)的主要控制手段.常規(guī)儀表性能大大提高,已 成為石油和化工企業(yè) 生產(chǎn)過程的主要檢測手段,電子儀表,數(shù)字儀表,智能變送器與執(zhí)行器的使用量逐漸 增加.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的試用取得進展,近年來已成

3、為石 油和化工自動化領(lǐng)域發(fā) 展的熱點之一.對于石化行業(yè)來說,底層控制的自動化是實現(xiàn)信息化的基礎(chǔ). 油田,油井,計量站大部分都分布在偏遠地區(qū),對其工藝過程的工作狀況,運行 參數(shù)的監(jiān)控與控制,一直是油田的一項重要且困難的工作.油田的生產(chǎn),開采過程中 有大量的數(shù)據(jù)需要工作人員及時的采集和記錄,以供管理部門及時的作出決策,管理 生產(chǎn).如果這些數(shù)據(jù)都要人工采集,記錄的話,必然給工作人員帶來巨大的工作量, 而且效率低,誤差大,而且影響了數(shù)據(jù)的實時性. 隨著自動化的發(fā)展,對油田生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)的監(jiān)測,檢測正朝著監(jiān)控自動化的方 向發(fā)展.目前油田已經(jīng)采用自動監(jiān)控系統(tǒng),對其各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行實時參數(shù)與故障監(jiān) 控,檢測

4、,實施智能化監(jiān)控與管理。綜上所述，在集油生產(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)，保證集油生產(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。1.1 油庫的介紹 凡是用來接收、儲存和發(fā)放原油或原油產(chǎn)品的企業(yè)和單位都稱為油庫。同時，油庫也指用以貯存油料的專用設(shè)備，因油料具有的特異性用以相對應(yīng)的油庫進行貯藏。油庫是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應(yīng)的基地，它對于保障國防和促進國民經(jīng)濟高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。 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)?/p>

5、若干個工藝處理過程。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5080，有的甚至高達90，因此需要將原油中所含的水用各種方法分離出來。 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)。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

6、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。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的介紹所謂計算機監(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)

7、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。還可以降低勞動強度。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、變送機構(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。主要特點是實時性，可靠性，較強的輸入輸出能力，應(yīng)用軟件豐富。 圖1-1就是一個典型的計算機測控系統(tǒng)組成原理圖。圖1-1計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.3油庫的工藝流程與主要技術(shù)要求油庫的工藝流程（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

8、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

9、）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。（5）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)過處理的污水輸出主要技術(shù)要求主（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（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

10、、污水緩沖罐，過濾罐、加熱爐的溫度及液位及報警。3 系統(tǒng)控制儀表的選型由前面分析可知，監(jiān)控系統(tǒng)可以采用一臺工控機，下面鏈接PID控制表和研華ADAM4000或者ADAM5000系列模塊來構(gòu)成。1）兩臺四相分離器油室，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，可對溫度、壓力、液位、速度等測量信號進行數(shù)字量顯示控制(高亮度LED數(shù)碼顯示)及相對模擬量顯示(光柱顯示)，使測量值的顯示更為清晰直觀，并可選擇雙光柱顯示?？筛鶕?jù)被控對象自動演算出最佳PID控制參數(shù)。2）由于所有氣體濃度監(jiān)測和液位、溫度、壓力信號比較重要

11、，必須要在現(xiàn)場控制柜顯示，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信號和12路DO信號，可以選擇研華模塊來完成。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)動繼電器。所以我們選用一個ADAM4052模塊和兩快ADAM-4068模塊。4)如果儀表接口選擇RS232C接口型，則每個串口只能接一塊儀表，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串口上。一般工控機都是有兩個串口，我們可以把所有昌

12、暉公司的儀表接在一個串口，把所有研華公司的ADAM4000系列的模塊接在一個串口，計算機通過模塊以及儀表內(nèi)地址區(qū)分不同設(shè)備。但是計算機是RS232C接口，而儀表是RS485接口，所以還如要兩個ADAM4520模塊。5）系統(tǒng)還需要選用工控機、打印機、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。PLCSM322數(shù)字量輸出模塊該模塊是德國西門子公司生產(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，小功能電機、燈和電機啟動器數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(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

13、負載電壓，輸出范圍為20.4-28.8V輸出電流，信號為0是電流為0.5MA,信號為1時-60時的電流為0.5MARS-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S7-300的內(nèi)部信號電平也可將S7-300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程的外部數(shù)字量電平RS-232C接口4 監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺研華工控機，21寸LCD和工業(yè)平板顯示器，帶有UPS電源的A3幅面彩印噴墨打印機。系統(tǒng)采用儀表監(jiān)控系統(tǒng)。 對現(xiàn)場各個泵及分離器的運行狀態(tài)進行控制如圖所示。

14、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 研華工控機 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21寸工業(yè)平板彩色顯示器 UPS研華工控機 RS-232ADAM4520 RS-485昌暉SWP-RMD808液位檢測儀昌暉SWP-RMD808壓力檢測儀昌暉SWP-ND105-010-23-N PID自整定控制儀昌暉SWP-RMD808溫度檢測儀 圖42 監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖某油田油庫監(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IPC610P

15、IV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X1臺19寸彩顯19寸LCD19寸工業(yè)平板顯示器1臺UPS電源山特3KVA3KVA 0.5小時1臺彩色打印機惠普A3,彩色噴墨打印機1臺2控制器板卡部分和儀表部分AI板卡研華PCI-171332個模擬量輸入通道一塊AO板卡研華PCI-17214個模擬量輸出通道一塊多通道巡檢控制儀昌輝SWP-LCD-M16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)max兩塊智能多回路PID控制器昌輝SWP-SSR48段PID 自整定控制儀，測量精度：0.5%ES，測量范圍：-19999999字，8路輸入，4路輸出一

16、塊信號轉(zhuǎn)換器研華ADAM-4520RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器一塊3控制柜儀表盤柜KG-221型儀表控制柜，2100900600（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)詳細設(shè)計 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)的變送器后都會轉(zhuǎn)換為與現(xiàn)場最大、最小值對應(yīng)的 420mA電流信號，都是模擬量輸入信號。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

17、運行狀況及啟停顯示都是數(shù)字量輸入信號?？梢圆捎梦鏖T子的數(shù)字量輸入模塊。當(dāng)前液位的信號接入PCI-1713總線的隔離高速模擬量輸入卡，與人工設(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，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AIAODIDO1計量器16來油的溫度、壓力2*4=8溫度、壓力控制2*4=82兩個汽油罐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=64一個來油泵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表2-2 模擬量I/O點參數(shù)表I/O位號變量名稱變量說明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1-1QYG汽油罐液位AI mmA10 0 9 1 1 5 1-2QYGK汽油罐液位控制信號AO mA 100 0 80 30 10 50 表2-3 數(shù)字量I/O點參數(shù)表I/O位號變量