油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計一(采用板卡方案)

1、 目 錄1 緒論11.1 國內(nèi)外油庫安全現(xiàn)狀11.2 油庫的簡介11.3 油庫的監(jiān)測控制22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計52.1 油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計52.4 系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計73 系統(tǒng)監(jiān)控硬件選型與介紹93.1 工控機主機選型9 3.2.1 板卡PCI-171310 3.2.2 板卡PCI-1721103.3 接口選擇114 監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計124.2 系統(tǒng)方案圖示125 結(jié)論15參考文獻16附錄17 1 緒論1.1 油庫安全現(xiàn)狀 油庫儲存的介質(zhì)（油品）是易燃、易爆、易腐蝕、易產(chǎn)生靜電的化學危險物質(zhì)，內(nèi)中蘊藏著潛在的危險隱患和職業(yè)病危害。在這種情況下，任何一個人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，都有

2、可能造成事故的發(fā)生，導致巨大的經(jīng)濟損失和人身傷害事故，嚴重的甚至危害社會，政治影響惡劣。油庫危險性大，不安全因素多，一旦發(fā)生事故，將可能造成人員的傷亡和財產(chǎn)的大量損失，造成極壞的影響。2011年，中石油大連煉油基地從去年七月開始，短短13個月內(nèi)，接連發(fā)生了4次爆炸起火事故，震驚了全社會。在我國油庫管理中，標準制度不健全以及落實不到位是制約油庫安全管理的最主要的隱患。目前，各油庫以及中轉(zhuǎn)站的自動化程度越來越高，先進的測試儀器以及計量設(shè)備使用使得人為影響逐步減少。因此，建立和落實合理的、適合本油庫的規(guī)范作業(yè)流程和安全制度，對于油庫的安全作業(yè)和效益的最大化有著積極的意義。安全工作的行為準則是油庫企業(yè)

3、安全的生命線。只有抓住貫徹規(guī)章制度這根主線，油庫安全工作才能落到實處，才能有力度、有效果。首先，要從學知識、強素質(zhì)，學規(guī)章、守制度抓起，準確理解各項法規(guī)制度的內(nèi)在含義，1.2 油庫的簡介凡是用來接收、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，于平衡消費流通領(lǐng)域；企業(yè)部門用于保證生產(chǎn)；國家戰(zhàn)略儲備。隨著我國石油工業(yè)的飛速發(fā)展，油庫發(fā)展也很快，除了石油系統(tǒng)、供銷系統(tǒng)和軍事系統(tǒng)建有一系列專用油庫外，其他企業(yè)，如鐵道、交通、電力、冶金等部門也建有各種類型的油庫，以保證運輸和生產(chǎn)的正常運行。由于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

4、田集輸?shù)闹匾M成部分，油庫是實現(xiàn)油的安全 常規(guī)儀表控制采用各種監(jiān)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)進行。這種控制方式已在油庫生產(chǎn)中的得到了廣泛的應(yīng)用。 計算機監(jiān)測控制是從上世紀七十年代迅速發(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。相對與常規(guī)儀表控制，他可以提供更為復雜的控制算法，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。1.4 油庫的監(jiān)控目標及要求本課程設(shè)計研究目的是針對油庫發(fā)油，裝油、卸油等工藝過程的分析，進行監(jiān)控系統(tǒng)

5、的硬件與軟件設(shè)計，同時對系統(tǒng)的適應(yīng)性進行研究，建立一套具有實際應(yīng)用能力的監(jiān)控系統(tǒng)。本次設(shè)計的計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)達到以下目的：總的來說，進行計算機監(jiān)測的目的就是確保設(shè)備的安全運行，預防和消除事故隱患，避免事故發(fā)生。因此，自動化控制與管理信息系統(tǒng)為實現(xiàn)加集油站全面自動化監(jiān)控提供了可能。1.5 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的介紹計算機監(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

6、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)控技術(shù)時一門綜合性的技術(shù)，它是計算機及技術(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、詳細設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)運行。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。圖1-1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.6 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的特點及原則 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要

7、特點有實時性。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?？煽啃?。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。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)。應(yīng)用軟件豐富。目前大多數(shù)計算機監(jiān)控系統(tǒng)以WINDOWS做工作平臺，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。 2.1 油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計系統(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2-1.圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計2.2 油田油庫監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計油

8、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。2.3 系統(tǒng)的初步分析根據(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 420MA電流信號，都是模擬量輸入信號。2.4 系統(tǒng) I/O點數(shù)統(tǒng)計 系統(tǒng)I/O 點數(shù)可以通過列表的形式來列舉。表2-1 某油田監(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AIAODIDO13個流量器3流

9、量計的壓力322個電脫水器4電脫水器的液位、溫度2*2=434個緩沖器8緩沖器的壓力、溫度2*4=842個計量器8來油的溫度、壓力2*2=4溫度、壓力控制2*2=452個外輸泵8泵的前后壓力2*2=4控制各個泵的起、停2泵的運行狀況顯示262個油庫8油庫的液位、壓力、溫度2*3=6油庫的液位恒定控制27站區(qū)16氣體濃度監(jiān)測16在詳細統(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2-2 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1-1YK油庫液位AImmA100911

10、51-2YKK油庫液位控制信號AO100080301050表2-3 數(shù)字量I/O點參數(shù)表I/O位號變量名稱變量說明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2-1WSB外輸泵啟動DO 1V24 0 正 2-2WSBK外輸泵運行情況DI 1V 24 0 正3 系統(tǒng)監(jiān)控硬件選型與介紹在油庫工業(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，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。 圖3-1 研華IPC-61

11、0H主要特征（3）電源：250W工業(yè)標準電源 PS-250ATX-ZE。（4）主板;PCA-6010V，支持雙通道DDR2 667 SDRAM，最高可達4 GB，G2版本支持CF插槽和DVI接口。符合PICMG 1.0標準，支持LGA 775 Intel Core? 2 Duo FSB 1066 MHz處理器。單GBE LAN via PCIE x1通道。（5）端口：2 COM端口, 4 SATA端口。顯示器則選用帶19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工業(yè)平板顯示器。 圖3-2 工業(yè)平板顯示器主要特征（1）19寸SXGA TFT LCD分辨率達到1280*1024 。

12、（2）輸入信號自動識別 。（3）最高亮度可達250cd/m2 。3.2 板卡的選擇3.2.1 板卡PCI- 1713 所有的氣體濃度監(jiān)測和液位、溫度、壓力信號為模擬信號，可采用PCI總線模擬輸入/輸出板卡。由于AI信號共有45路,故可選用兩塊PCI-1713總線模擬輸入卡。 圖3-3 板卡PCI-1713PCI-1713是一款PCI總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100KS/s，12位分辨率及2500YDC的支流隔離保護。2500YDC隔離保護，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)換器的采樣頻率可達100KS/

13、s，每個輸入通道的增益可編程，卡上4K采樣FIFO緩沖器，支持軟件、內(nèi)部定時器出發(fā)或外部觸發(fā)。3.2.2 板卡PCI-1721由于AO信號共有4路，故可選用一塊4路增強模擬量輸出卡PCI-1721。 圖3-4 板卡PCI-1721PCI-1721是一款高性能PCI總線模擬輸出卡，每個模擬量輸出通道都帶有一個12為的雙緩沖DAC.輸出卡具有強大的獨特功能，PCI-1721是要求連續(xù)高速模擬量輸出或?qū)崟r波形輸出應(yīng)用的理想選擇。5MHZ最大數(shù)字更新速率，自動校準功能，4路模擬量輸出帶1KFIFO，每個模擬量輸出通道帶一個12位DAC，帶外/內(nèi)部出發(fā)的實時波形輸出功能，同步輸出功能。3.3 接口選擇

14、圖3-4 模塊PCI-1730實用工業(yè)I/O卡，32chDI,32chDO卡，各有16ch帶光隔32路隔離DIO通道，32路TTL電平DIO通道，高輸出驅(qū)動能力，中斷能力，2個20針接口用于隔離數(shù)字量I/O通道，2個接口用于TTL數(shù)字量I/O通道，用于隔離輸入和輸出通道的D型接口。4 系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺研華工控主機配帶19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工業(yè)平板顯示器帶有UPS電源的A3幅面彩色噴墨打印機。系統(tǒng)采用板卡對三相分離器和各個泵的油室、水室液位恒定控制。 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RS-

15、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)場所有數(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)場泵的運行狀態(tài)，再通過研華公司板卡PCI-1721輸出現(xiàn)場泵的啟停指令。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?？刂品蛛x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?？梢圆捎梦鏖T子的數(shù)

16、字量輸入模塊。當前液位的信號接入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)集油站的各個工藝流程，可以看到現(xiàn)場測量類型主要有壓力、溫度、液位、界位、電量等，所以需要相應(yīng)的測量儀表進行數(shù)據(jù)采集，以及利用控制閥進行遠程控制。 ups 19寸平板顯示器 研華工控機打印機RS232RS232ADAM45220RS485ADAM45220 RS485圖4-1 監(jiān)控系統(tǒng)方案硬件圖19寸工業(yè)平板彩色顯示器ups打印機研華工控機IPC-610RS232RS232ADAM4520 ADAM4520 RS485RS485研華板塊PCI-

17、173032路DI/DO研華32路AI研華332路AI研華 AOS2路泵狀態(tài)顯示和2路泵啟?？刂?5路壓力信號監(jiān)測和4路液位信號監(jiān)測和10路溫度信號2路液位PID控制16路氣體濃度監(jiān)測2路溫度信號和2路壓力信號 圖4-2 監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出原理圖 4 結(jié)論本次課程設(shè)計主要完成油庫安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計（采用板卡方案）。使我們能夠進一步 用已學過的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計理論和方法進行油庫設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)的初步設(shè)計，了解油庫的基本構(gòu)造及其工藝流程，學會設(shè)置簡單的監(jiān)控系統(tǒng)。要求進一步熟悉相關(guān)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成與方案，學會計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計的步驟和方法，培養(yǎng)初步設(shè)計小型計算機安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案的能力。熟悉聯(lián)合站工藝流程、監(jiān)控目標及要求。學會使用常用的監(jiān)控系統(tǒng)硬件，了解其工作原理。學會計算機監(jiān)控系統(tǒng)各類板卡的選型，能用所選硬件搭建符合聯(lián)合站工藝流程和監(jiān)控目標的硬件系統(tǒng)。油庫的安全離不開對各個I/O接口的設(shè)置與監(jiān)控，只有將計算機監(jiān)控系統(tǒng)與安全檢測技術(shù)結(jié)合起來，共同分析問題，才能達到更好的監(jiān)控系統(tǒng)，從而控制事故的發(fā)生，更加安全的生產(chǎn)。計算機將會在我們的生活中扮演重要的角色，因此我們應(yīng)該學習好計算機技術(shù)，掌握各項技能，提高自己的計算機方面的能力。 參考文獻1 徐竟天，汪躍龍.石油安全工程課程設(shè)計指導書Z.西安石油大學.2 張