计算机课程设计油库安全监控系统硬件设计采用智能模块方案.doc

目录1 绪论11.1 国内外油库现状11.2 油库的布局21.3 油库的工艺流程及重要技术指标21.4 油库工艺流程图32 总体设计方案42.1计算机监控系统42.2 总体设计布局42.3 系统I/O点数记录53 第三章系统监控硬件选型与介绍73.1 计算机监控系统硬件设立73.2 工控机主机选型73.3 智能模块选型及其简介83.3.1 16位8通道模拟输入模块ADAM-401783.3.2 12位4通道模拟输出模块ADAM-402483.3.3 数字量I/O模块ADAM-405083.3.4 隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-452093.4 油库监控系统设备清单94 监控系统具体设计115 结论13参考文献141 绪论所谓油库是指将开采的原油集中进行管线运送，进行油罐的存储，完毕对来油、输油及有关储油量的计算、盘存管理。在此过程中，对含水的原油要进行脱水工艺解决，这样就形成了原油集输的若干个工艺解决过程。随着经济和科学的发展，计算机监控系统越来越被普遍的运用于社会的各大领域，比如：消防、金融、饮食、监督等等，而油库的监控也是其中之一，这完全体现了现在科学技术的强大，使监控实现了智能化、自动化以及安全化，可以在工作人员不在现场的情况下，实现对油库的实时监控。油库是油气运送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、系统运营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、减少工人的劳动强度。随着石油工业的进步和石油战略地位的不断提高，油库的安全也越来越重要。本课程设计根据课程设计指导书以及相关资料，运用智能模块，组态王能软件系统，设计和绘制油库监控系统和工艺流程图。1.1 国内外油库现状随着我国自动化水平的提高，油库生产实行自动化监控已经迫在眉睫。油库是油田集输的重要组成部分，油库是实现油的安全储存，保证运送的油质量的重要过程，它直接关系到后一级单位如加油站的运作能否长期、安全平稳生产，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，油库工艺过程更加复杂，采用人工监控和常规仪表监控已很难满足生产规定。油库是油田原油集输生产运送中最重要的生产工艺过程，它是集发油、卸油等多个工艺系统为一体的综合性生产过程，重要涉及输油脱水、污水浅解决、污水深解决、注水、锅炉和配电等生产岗位或工艺环节。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，应用效果不够抱负。根据我国国情，我国现在战略储备量还很少，国家石油储备基地一期工程还在建设中，计划到2023年我国石油战略储备将为800万立方米，所以还需建设一大批的油库以满足实际需要。这预示着在未来的十几年间，我国油库的发展在以后会有很大的发展空间，尚有一大批油库待建。同时，我国油库的自动化控制技术也在加快发展中。但计算机监控系统在油库现场的应用比外国起步迟，相对落后。因此将计算机应用在油库的安全建设和监控方面更加重要。从国外油库的情况来看，由于国际形势的日益复杂各国争相进行石油储备，上个世纪六十年代末美国和日本已经开始进行石油战略储备，走在了各国之前。此外，国外一些发达国家的油库自动化管理已较为成熟，计算机监控系统在油库现场的应用比较成熟。所获得的好处是可观的，不仅减少了许多工作量、提高了工作效率、大大优化了安全管理系统、还节约了许多不必要的经济投资。1.2 油库的布局油库分为东罐区和西罐区，其中，东罐区共有9个储油罐，罐区值班室1个，油泵房1个（1#泵房），共安装11台油泵。西罐区共有21个储油罐，2个罐区值班室，2个油泵房（2#、3#泵房），其中2#泵房安装10台油泵，3#泵房安装5台油泵油料码头有两个油料收发口，与油轮直接连接进行汽油、柴油、航油等油料的收发作业，汽油、柴油发油口能通过流量计分别计量。此外，油库已经实现了汽车油罐车、火车油罐车的自动计量和发油数据的计算机管理。布置原则如下：（1）便于收发作业；（2）库内油品应尽量做到单向流动，避免在库内往返交叉；（3）合理分区，以便各种作业安全生产，避免非生产人员来往于工作区域，特别是储油区和装卸区；（4）库内布置的各种设施，必须符合防火、卫生等有关设计规范，保证油库安全。同时应力求布置紧凑，减少用地；（5）变配电间及锅炉房等辅助设施要尽量靠近重要用电、用气单位，以节省投资和经营费用。1.3 油库的工艺流程及重要技术指标（1）分离器流程。从各个采油队输送过来的原油一方面通过计量器计量后又进入联合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。油罐区的储罐重要的任务是进行油水分离，分离器将油水混合液体输入沉降罐，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，进行污水解决，然后原油进入加热炉加热和脱水器脱水。通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通过加热，以利于原油的输送，然后送到脱水器脱水。（4）原油外输流程。通过加热和脱水解决的原油含水已经很少，通过原油外输泵将原油输送出联合站。污水解决工艺流程。在这一流程里，从一次沉降罐过来的污水一方面进入缓冲罐，将具有的残留天然气进行收集。1.4 油库工艺流程图根据油库的布局以及各设备的功能，使用计算机软件组态王画出油库的工艺流程图，流程图如下：图1-1 油库工艺流程图2 总体设计方案2.1计算机监控系统计算机监控技术时一门综合性的技术。他是计算机及技术（涉及软件技术，接口技术，通信技术，网络技术，显示技术）、自动控制技术、自动检测技术和传感技术的综合应用。任何一个计算机监控系统的设计与开发基本上由六阶段组成的。既：可行性研究、初步设计、具体设计、系统设施、系统测试和系统运营。当然，这六个阶段并不是完全按照直线顺序进行的。在任何一个阶段出现了问题都可以返回到前面的阶段进行修改。所谓计算机监控就是运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，从而时操作人员可以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，减少能源和原材料的消耗，减少生产成本。还可以减少劳动这的强度，并且提高管理水平，从而带来极大的社会效益。正由于如此计算机监控技术以在各个领域都有所发展。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、变松机构。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。图2-1就是一个典型的计算机测控系统组成原理图。图2-1计算机监控系统结构图2.2 总体设计布局系统的总体设计是进入实质性设计阶段的第一步，也是最重要和最关键一步，起总体设计过程图如图2-2. 图2-2 系统总体设计2.3 系统I/O点数记录根据油库的流程图，先要列出记录出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表2-1所示. 系统I/O点数通过列表的形式列举如下表。表2-1 油库控制系统I/O变量表序号设备名称总点数控制量AIAODIDO11个三相分离器8水室的液位、压力、温度3油室的液位、压力、温度3油室、水室液位恒定控制221个缓冲罐4罐的液位、压力、温度3罐的压力恒定控制141个分馏塔3塔的液位、压力、温度351个沉降罐3罐的液位、压力、温度371个柴油罐3罐的液位、压力、温度381个天然气罐2罐的压力、温度291个汽油罐3罐的液位、压力、温度3107个电磁阀7阀的开、关控制7112个外输泵8泵的前后压力4泵的起、停2泵运营状况显示2124个中输泵16泵的前后压力8泵的起、停4泵运营状况显示4136个流量计3监控个反映器前的流量6合计60383613在具体设计完I/O点数后，还要列些每个点的参数表，参数表中每一个值都必须与现场完全相应,得到下表2-2.表2-2 模拟量I/O点参数表I/O位号设备型号变量说明I/O类型工程单位信号类型量程上限量程下限报警上限报警下限偏差报警正常 值1三相分离器AImmA1009115AOcmA1000803010502天然气罐AImmA1009115AOpmA1000803010503缓冲罐AImmA1009115AOpmA1000803010504分馏塔AImmA10091155沉降罐AImmA10091156稳压罐AImmA1009115AOcmA1000803010507储油罐AImmA1009115 8 泵AImmA10091159流量计AImmA10091153 第三章系统监控硬件选型与介绍3.1 计算机监控系统硬件设立当今的监控系统更强调系统自身的集成性和解决方案能力，监控系统中除保存传统DCS所实现的过程控制。此外，目前应用的监控系统不再把系统自身开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是强调系统的各个组成部分是否采用第三方集成方式，方便应用其他厂商提供的各种硬件单元与进行系统开发的组态软件。本设计的大体框图如下：显示器工控机主机智能模块智能模块图3-1 计算机监控系统框图3.2 工控机主机选型研华工控主机在油库工业生产现场，腐蚀性气体多，且需要计算机24小时连续不断地运营，因此对生产现场的设备较其他行业规定更高。所以针对主机，我们选择由我国台湾省研华公司生产的IPC-610H型工控机，该机适合于对数据的收集，解决有极高专业规定的行业，能给各行业提供高性能、高可靠性的工业级计算机平台。重要特性（1）IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计 （2）支持14槽ISA/PCI底板 （3）支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置3.5”硬盘 （4）1个带防尘过滤网的86CFM风扇选配 IPC-610H型工控机Inter PIV 2.4GM CPU西部数据80G硬盘Kingston 256M内存工业键盘及光电鼠标 RS-232C接口3.3 智能模块选型及其简介3.3.1 16位8通道模拟输入模块ADAM-4017ADAM-4017是一款16位8通道模拟输入模块。所有通道都提供可编程输入。该模块是工业测量和检测应用的非常经济有效地解决方案。它的光隔离输入在模拟输入和模块之间提供3000VDC的隔离，保护模块和外围设备避免来自输入线路高电压的损坏。ADAM-4017提供信号调节，A/D转换，距离修正，和RS-485数字通信功能。它通过A/D输入和3000VDC隔离变压器的光隔离设备来保护您的设备避免来自接地环路和动力高峰迫害。ADAM-4017使用16为受微解决器控制sigma-delta A/D的转换，转换传感器的电压或电流到数字信号。 通道：6路差分，两路单端 输入类型：mV,V,mA 采样速率：10采样点/秒3.3.2 12位4通道模拟输出模块ADAM-4024ADAM-4024提供了4路通用类型的模拟量输出通道。它还带有4路数字量输入，用于一些集成的应用场合，入紧急锁定输出或用户默认的触发等。该模块带有光隔离器，可防止接地回路、电源冲击对设备导致的损害。可以指定转换速率和启动电流。单通道mA或V输出4路数字量输入2500VdcD/A可编程输出斜率：0.125-128.0Ma/秒，0.0625-64V/秒3.3.3 数字量I/O模块ADAM-4050ADAM-4050带有7路数字量输入和8路数字量输出。它的数字量输出为集电极开路的晶体管开关，可由主机进行控制。还可以使用它来控制固态继电器，运用固态继电器的闭合来控制热电器、泵或其他电力设备。主机可以运用模块的数字量输入来检测行程开关、安全开关或远程数字量信号。 7路输入、8路输出 内置看门狗定期器3.3.4 隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520大多数工业计算机系统都带有标准的RS-232的端口。虽然RS-232得到了普遍的使用，但它的传输速率、传输距离及网络容量还是有一定的限制。RS-422和RS-485标准通过将数据及控制信号使用差分信号进行传送，克服了RS232的局限性。ADAM-4520/4522隔离转换器可以让您在初期的RS-232系统上充足运用RS-422和RS-458的优点。它可以将RS-232信号透明转换为RS-422和RS-485信号。您无须改动PC上的任何硬件及软件。ADAM-4520可以帮您轻松地建立起一套基于PC硬件的、工业级远程通讯系统。它可以将通讯距离再延长1200米，或再增长32个连接节点。 自动内部RS-485总线监督 自动数据流控制 最高采样速率115.2kbps 3000Vdc隔离保护（ADAM-4520）3.4 油库监控系统设备清单选型是一个十分重要的过程，监控系统的设备清单如表3-1表3-1 监控系统设备清单序号类别名称型号技术规定数量1计算机部分工控机主机研华IPC610PIV1.8G/MDRAM/40G/1.4M/50X1台19寸彩显19寸CRT21寸LG彩显1台UPS电源山特3KVA3KVA 0.5小时1台彩色打印机三星A3，彩色喷墨打印机1台2软件部分操作系统Windows7Microsoft Windows 71套组态软件Kingview6.53北京亚控“组态王6.53:”1套3控制器及仪表部分AIADAM-401716位8通道模拟输入模块4块AOADAM-402412位4通道模拟输出模块3块DIADAM-4050数字量I/O模块1块DOADAM-4050数字量I/O模块1块信号转换器ADAM-4520RS-232到RS-422/485转换器2块4控制柜小型操作台西仪横河西仪横河计算机专用操作平台1台4 监控系统具体设计监控系统采用一台研华工控机，配带19寸LG彩色工业平板显示器，带有UPS电源的A3幅面三星彩色喷墨打印机。系统采用智能模块对三相分离器和各个泵的油室、水室的液位恒定控制。现场合有模拟输入量都是先接入昌辉公司十六路巡检仪，然后计算机通过RS-485总线与巡检仪及PID控制仪通信，将现场数据采集进计算机。现场合有数字量都是计算机通过研华公司的板卡PCI-1713数字量读入现场泵的运营状态，再通过研华公司的板卡PCI-1721输出现场泵的启停指令。监控系统的输入输出原理图4-1及监控系统的方案硬件示意图4-2如下图：图4-1 监控系统的输入输出原理图图 4-2 监控系统的方案硬件示意图5 结论课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程通过对油库监控系统的理论研究、结构设计与研发实现以及在可以得出以下结论： 1)采用了基于风险分析、定量风险评价和应急辅助决策支持技术对加油站关键监控点进行对的设立。 2)集成多参数与视频监测、数据解决与传输及执行功能于一体的智能监测技术的成功应用，保证系统的监测与多媒体信息联动功能。 3)系统运用计算机多级网络系统的管理和监控，采用局部集中、整体分布的监控策略，使监控主机的网络压力降至最低。同时，系统具有故障分析功能，在系统运营稳定的时候数据逐级上传，若某节点发生故障，系统会迅速发现故障并指挥其他终端寻找新的途径继续工作，不会由于该节点的故障而使整个系统瘫痪，而当该节点工作恢复正常后，系统会自动恢复到正常工作状态，保证系统性能稳定性和可靠性。在这次课程设计中，要进行硬件的设计，本次设计中采用智能模块，在现场端，我们以I/O模块作为主控制系统，对油库监控系统进行控制，向计算机发送数据，计算机解决数据后根据具体情况向I/O模块发出相应的指令，控制I/O模块的运营。这种通过智能模块和计算机通信的方式可以对联合站的现场设备进行实时监控。通过本次课程设计，我对计算机监控系统中的智能模块有了进一步的结识，并且纯熟的掌握了word文档，组态王等计算机软件的应用，为我以后的工作提供了方便。 参考文献1 汪跃龙，薛朝妹，石油安全工程 ，西安石油大学，2023.102徐竟天，汪跃龙.石油安全工程课程设计指导书，西安石油大学3程远平，李增华.消防工程学M. 中国矿业大学出版社，2023.97-1014何小阳，计算机监控原理及技术，重庆大学出版社，2023.1