联合站安全监控系统硬件设计五

1、联合站安全监控系统硬件设计五（采用板卡、仪表方案）11、1联合站11、1、1联合站概述11、2计算机监控系统21、2、1计算机监控系统的介绍21、3 计 算 机 在 联 合 站 的 应用、32计算机监控系统的初步分析63系统监控硬件选型与介绍83、1主机部分83、2仪表93、3其他设备114监控系统实现及监控系统方案设计134、1计算机监控系统说明4、2联合站的主要工艺流程和技术指标4、3监控系统设计方案5总结15参考文献161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

2、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油库的自动化监测注入了新的活力。因为联合站是油气运 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髙生产率、减少事故 发生率、降低工人的劳动强度。本文主要针对联合站发油、卸油等工艺过程介绍 了其计算机监控系统硬件以及软件的设计、1、1联合站1、1、1联合站概述联合站是油田原油集输生产中

3、最重要的生产工艺过程, 它是集油水分离、污水处理、原油及天然气集输等多个工艺系统为一体的综合性 生产过程，主要包括输油脱水、污水浅处理、污水深处理、注水、锅炉和配电等 生产岗位或工艺环节。目前，各大油田联合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。联合站输油脱水 岗是进行原油沉降脱水、实现油水分离和净化油外输的生产过程，是联合站生产 的中心环节，工艺要求较高，其生产过程的管理水平，直接关系到成品原油的产 品质量和整个联合站生产的安全和高效平稳运行。特别是随着油田开发进入髙含 水后期，工艺过程更加复杂，对工艺过程提出了更高的要求，采用人工监测控制

4、和常规仪表控制已很难满足生产要求。上世纪九年代，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。在油田联合站生产过程中， 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，保证联合站生产的 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、2计算机监控系统1、2、1机算机监控系统的介绍计算机监控技术时一门综合性的技术。他 是计算机及技术（包括软件技术，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

5、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、详细设计、 系统设施、系统测试和系统运行。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。还可以降低劳动这的强度，并且提高

6、管理水平， 从而带来极大的社会效益。正因为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、2计算机监控系统的主要特点与原则主要特点：（1）实时性。对工 业生产过程进行实时在线检测与控制，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。具有在较为恶劣的工业现场长期工作的能力，并 具有良好的故障诊断和维护性。（3）

7、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。目前大 多数计算机监控系统以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，特别是组态软件更为用户提供了方便。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计算机在联合站的应用在开釆原油时，我国的很多油田都是中后期开 采，油田由于注水所开发出的原油含有较多的水分，目前一般为50%80%, 有的甚至髙达90%,因此需要将原油中所含的水用各种方法分离出来。随着我国自动化水平的提高，油库生产实施自动化监控已经迫在眉睫。油库 是油田集

8、输的重要组成部分，油库是实现油的安全储存，保证运输的油质量的重 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。随着油田开发进入髙含水后期，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要求。油库是油田原油集输生产运输中最重要的生产 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，主要包 括输油脱水、污水浅处理、污水深处理、注水、锅炉和配电等生产岗位或工艺环 节。上世纪九年代，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

9、些问题，总的来讲， 应用效果不够理想。目前，油库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。这种控制方式已在油库生 产中得到了广泛的应用。计算机监测控制是从上世纪七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

10、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，在油库生产过程中，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，保证油库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。所谓油库是指将开采的原油集中进行管线运输，进行油罐的存储，完成对来 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 水工艺处理，这样就形成了原油集输的若干个工艺处理过程，如下图1-1,图1-2： 图1-

11、1联合站画面运行效果图4-3图1-2原油集输的若干个工艺处理过程2计 算机监控系统的初步分析根据此油库的工艺流程可知系统需要监控各个泵、分 离器加热炉的液位、温度、压力、气体浓度，以及监测及各个泵运行状况显示。 其中液位、温度、压力、气体浓度等信号经过相应的变送气后都会转换为与现场 最大、最小值对应的420MA电流信号，都是模拟量输入信号。各个泵运行状况 对应数字量输入信号。控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡来控制。各个泵的运行状 况及启停显示都是数字量输入信号。可以采用西门子的数字量输入模块。当前液 位的信号接入PCI-1713总线的隔离高速模拟量输入卡，与人工设置的定值相比 较，

12、通过分析，调节泵的转速来控制油室、水室的液位恒定。根据油库的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表 1所示、系统I/O点数通过列表的形式列举如下表。表2-1油库监控系统I/O 变量表序号设备名称总点数控制要求AIA0DID01计量器16来油的温度、压力 2*4=8温度、压力控制2*4=82两个汽油罐6温度、压力、液位3*2=63两个柴油 罐6温度、压力、液位3*2=64 一个来油泵4泵前后的压力2控制泵的起、停1 泵运行情况显示15站区16气体浓度监测16合计5838811在详细统计完I/O点 数后，还要列写每个点的参数表，参数表中每一个值都必须与现场完全对应，在 此仅模

13、拟两个：表2-2模拟量I/O点参数表I/O位号变量名称变量说明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- 1QYG汽油罐液位Al mmAlO 091151-2QYGK汽油罐液位控制信号AO cCmAlOO 080301050表2-3数字量I/O点参数表I/O位号变量名称变量说明I/O类型正 常状态信号类型信号上限信号下限逻辑极性2-1LYB来油泵启动D01V24 0正2- 2LYBK来油泵运行情况DI1V24 0正3系统监控硬件选型与介绍3、1主机部分研华工控主机主要特征IPC-610专为冲击、震动、髙温 等恶劣环境设计 支持14槽ISA/PCI底板支持四个

14、前端抽取磁盘驱动器 和一块内置3、5”硬盘 1个带防尘过滤网的86CFM风扇选配Inter PIV2、4GM CPU西部数据80G硬盘Kingston256M内存 工业键盘及光电鼠标 RS-232C接口显示器带19寸LCD和VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显 示器主要特征19寸SXGA TFT LCD分辨率达到1280*1024输入信号自动识别 最 高亮度可达250cd/m2多扫描功能：支持SXGA, XGA, SVGA, VGA和文本模式支 持多信号输入:VGA,DVI,Video和S7ideo不锈钢机箱，符合NEMA4/IP65标准的 防锈前面板支持面板安装，壁挂式

15、安装，机架安装和VESA悬臂安装3、2仪表由于所有气体浓度、液位、温度和压力信号比较重要，必须要在 现场控制柜显示，所以要选用控制柜上的显示仪，这里我们选择昌晖公司的 SWP-LCD-M型多通道巡检控制仪，该表可以轮流显示六路模拟数据，选择RS-485 接口型。气体浓度、压力和温度信号共45路，所以可选用3台，有3*16-45=3 路冗余。仪表都选用RS-485接口。（1）SWP-LCD-M概述SWP-LCD-M多路仪表适合于需要同时对多组过程参量（W16） 进行集中监测，超限报警，变送输出及远传的场合。SWP-LCD-M多路仪表在设计 上吸纳了当今电脑结构思路：硬件上采用内带快闪存储器的新型

16、微处理器，扩充 了大容量的数据存储区，显示器采用大屏幕液晶图形显示板，软件上引入中文 Windows的框架思路，并采用了数据压缩技术。准电脑化的结构，高度地体现了 微处理器化仪表的灵活性，成功地解决了多路仪表的分度号可自由设定，测量值 集中显示等难题。SWP-LCD-M多路仪表在人机操作与观察界面上都对传统的二次 仪表做了挑战性的改革，以中文菜单引导组态操作，以集中的数据画面显示多路 测量结果，以明确的文字信息标识画面内容的涵义，简洁直观地给人以智能” 的感受。SWP-LCD-M多路仪表可接16路被测信号，根据用户设定要求完成从信 号采集，显示，变送到远传的全过程。SWP-LCD-M多路仪表的

17、打印接口可直接与 带有RS232串行口的打印机连接，完成定时打印，即时打印或报警打印。 SWP-LCD-M多路仪表的串行通讯接口可与上位机进行数据传输，实现记录数据的 集中管理。（2）SWP-LCD-M技术指标输入信号模拟量输入：电压0 5V1 5V电流0 10mA4 20mA输出信号 模拟量输出：电流010mA （负载W750Q） 420mA （负载W500 Q）电压0 5V （负载M250KQ） 1 5V （负载D250KQ）开关量输出：继电器 触点容量：AC220V/3A , DC24V/5A （阻性负载）SCR输出400V/0. 5A SSR输出 6-9V/0. 05A馈 电 输出：D

18、C24V/30m精 度0、5%FS1字或0、2%FS1字采样周期1秒/通道输入回 路8路或16路测量范围9999字显示方式背光式大屏幕液晶（LCD）图形显示板显示内容由汉字、西文、数字、工程单位等组成通过面板按键可完成画面 翻页，LCD背光时间长短等操作控制方式可选择带回差的0N/0FF控制通讯输 出 RS232/485,波特率 1200pbs28、8kpbs （可设置）参数设定中文菜单提示，面板按键设定或上位机通过 通讯口设定，设定参数密码锁定保护方式设定参数永久保存，记录数据断电保 存，内置Watchdog电路功 耗W5W使用环境 环境温060HzAC90V 9999字，8 路输入，4路输

19、出一块信号转换器研华ADAM-4520RS-232到RS-485转换器一块3 软件部分操作系统Windows2000NTMicrosoft Windows2000NT 一套组态软件 Kingview6、51北京亚控“组态王6、51” 一套4控制柜仪表盘柜KG-221型仪表控制柜，2100900600 （髙宽 深），配套接线端子，端子排，汇线槽及内部接线一台小型操作台西仪横河西仪 横河计算机专用操作平台一台4监控系统实现及监控系统方案设计4、1计算机监控系统说明现场监控计算机AWS-8248V通过SWP-SSR-M智能 模块实现对现场各种信号的采集，报警输出及设定值输出，昌辉智能仪表 swp-s

20、sr48段PID自整定控制仪带有4路独立的分段PID自整定通道，可独立控 制四路控制变量，昌辉swp-csr彩色流量积算记录仪可实现16路流量的图形化 显示、流量累计及现场打印功能。现场监控计算机AWS-8248V通过插卡 PCL-746plus扩展出四个RS-485接口, C0M1 口串接两个ADAM5000/485,另两个 COM分别串接昌辉的swp-csr表及swp-ssr表，计算机读取其中数据，再通过网 络方式将采集到的数据发送到百里以外的远程监控计算机IPC-610o4、2联合站的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联合站的油

21、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、二次沉降罐、 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

22、 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联合站。 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联合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)监测遍布整个战区 的气体浓度及报(4)监测俩个沉降罐的油室、水室的液位、温度、压力及报警。(5)监测脱水

23、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。(6)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。4、3监控系统设计方案监控系统采用一台研华工控机，配带19寸LCD和 VGA/Video/S-Video/DVI端口的工业平板显示器，带有UPS电源的A3幅面彩色 喷墨打印机。系统采用板卡和PLC对三相分离器和各个泵的油室、水室的液位恒 定控制。现场所有模拟输入量都是先接入昌辉公司六路巡检仪，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。现场所有 数字量都是计算机通过研华公司的板卡PCI-17

24、13数字量读入现场泵的运行状 态，再通过研华公司的板卡PCI-1721输出现场泵的启停指令。监控系统的方案 硬件示意图4、1及监控系统的输入输出原理图4、2如下图:upsl9寸彩显打印机研华工控机西门子SM322西门子SH323 SWP-LCD-SSR SWP-LCD-M SWP-LCD-M SWP-LCD-M16 路增强 D08 增强 D0/DI48 段 PID 自整16路多通道16路多道16路多道模块模块控制仪巡检控制仪巡检控制 仪巡检控制仪图4-1系统硬件示意图打印机19寸工业平板彩色显示器ups研华 工控机 IPC-610 RS-232ADAM4520 RS-485SWP-LCD-M316 路 AISWP-LCD-M316 路 AISWP-LCD-M116 路 AISWP-LCD-SSR8 增强 DO/DI 控制仪西门子 SM3238 增强 DO