联合站安全监控系统硬件设计二采用智能仪表方案汇编.docx
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联合站安全监控系统硬件设计二采用智能仪表方案汇编
目录
1.绪论1
1.1联合站概述1
1.2计算机监控系统的介绍1
1.3计算机监控系统的主要特点与原则2
1.3.1主要特点2
1.3.2设计原则2
2.系统总体方案设计3
2.1原油联合站的简介3
2.2联合站的主要岗位及任务3
2.3联合站的工艺流程与主要技术指标4
2.4I/O接口4
3监控系统的硬件设备选型7
3.1工控机主机选型7
3.2仪表8
3.3隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-452010
3.4系统监控仪表及设备的选型10
4.监控系统的详细设计12
4.1计算机监控系统说明12
4.2联合站的工艺流程与主要技术指标12
4.3整个联合站的工艺流框图如下：
13
4.4系统监控方案设计13
4.5联合站工况图及其运行效果14
4.6联合站监控系统的硬件设备15
5．总结15
参考文献16
附录16
1.绪论
1.1联合站概述
联合站是油田原油集输生产中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高含水后期，工艺过程更加复杂，对工艺过程提出了更高的要求，采用人工监测控制和常规仪表控制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。
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计算机监控系统的介绍
计算机监控技术时一门综合性的技术。
它是计算机及技术（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（模块），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
1.3计算机监控系统的主要特点与原则
1.3.1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）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。
1.3.2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。
案全监控系统包括硬件设计和软件设计。
其中我主要完成某联合站安全监控系统的软件设计，下面就此做一简单介绍。
联合站包括八大系统：
原油集输系统、污水处理系统、软水处理系统、采暖供热系统、配电装置、注水系统、消防系统、电脑监控系统
2.系统总体方案设计
2.1原油联合站的简介
该原油联合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。
工艺流程图如下：
2.2联合站的主要岗位及任务
1,脱水岗（沉降岗）
脱水（沉降）岗主要任务是将高含水原油，通过热化学脱水（即游离水预处理），沉降脱水和电脱水处理，并将脱水后的净化油转输到输油岗，把含油污水转输到污水处理岗。
2，输油岗
输油岗将脱水岗的净化油输送到缓冲罐（或大罐），再经输油泵加压，经流量计计量外输后外输到油库或长输管道。
3，污水岗
污水岗把一段，二段，电脱水器和站内的其他污水收集起来进行处理，达到回注水质量标准后，送往注水站进行回注。
4，注水岗
注水岗把本站经净化处理和外来质量合格的水，根据地址的需要经注水泵加压输送到配水间，通过注水井注入到油层。
5，集气岗
集气岗主要任务是将中转站来气，经增压机加压，经流量计（微机显示）计量后输送到供输油站或气处理厂。
6，变电岗
变电岗把35Kv,110Kv,220Kv高压电，经变压器及其他设备降压，向联合站（库）各用电设备配电。
7，仪表岗
仪表岗对本站各岗位使用的一，二次仪表，流量计进行投产运行时的调试和正常生产时的维护保养，调试，标定。
8，化验岗
化验岗一般设三个岗
（1）原油化验岗负责本站进站原油含水，外输原油含水以及原油脱水过程中的质量监护化验和原油密度的测定。
（2）污水化验岗负责本站进站原油含水，外输原油含水以及原油脱水过程中的质量监护化验和原油密度的测定。
（3）锅炉化验岗负责锅炉用水水质的化验。
9，锅炉岗，维修岗等岗位。
2.3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。
2.4I/O接口
根据联合站的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表1所示.
表2-2-1某油田联合站监控系统I/O变量表
序号
设备名称
总点数
控制要求
AI
AO
DI
DO
1
一个三相分离器
16
水室的液位、温度、压力
2*3=6
油室的液位温度压力
2*3=6
油室、水室液位恒定控制
2*2=4
2
2个沉降罐
4
罐的液位、温度
2*2=4
3
一个脱水泵
2
脱水泵的液位、温度
2*1=2
4
一个脱水器
2
脱水器的液位、温度
2*1=2
5
一个加热炉
2
加热炉前后的温度
2*1=2
6
一个净化油罐
2
净化油罐的液位、温度
2*1=2
7
一个外输泵
6
泵的前后压力
2*1=2
控制泵的起停
2*1=2
泵运行状况显示
2*1=2
8
一个加药泵
6
泵的前后压力
2*1=2
控制泵的启停
2*1=2
泵运行状况显示
2*1=2
9
一个过滤罐
2
罐的液位、温度
2*1=2
10
一个污水外输泵
6
泵的前后压力
2*1=2
控制各个泵的启、停
2*1=2
泵运行状况显示
2*1=2
11
合计
48
32
4
6
6
在详细统计完I/O点数后还要列出每个点的参数表，表2-2-2列出了三相分离器的参数列表。
表2-2-2三相分离器的模拟量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
1-1
SISY
一个三相分离器水室的液位
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
1-2
SISYK
一个三相分离器水室的液位控制信号
AO
℃
MA
100
0
80
30
10
50
I/O位
号
变量
名称
变量
说明
I/O类
型
正常
状态
信号类型
信号上线
信号
下线
逻辑
极性
2-1
CIQD
加药泵的起动
DO
1
V
24
0
正
2-2
CIZK
加药泵的运行状况
DI
1
V
24
0
正
表2-2-3数字量I/O点参数表
3监控系统的硬件设备选型
3.1工控机主机选型
研华工控主机
在联合站工业生产现场，腐蚀性气体多，且需要计算机24小时连续不断地运行，因此对生产现场的设备较其他行业要求更高。
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，处理有极高专业要求的行业，能给各行业提供高性能、高可靠性的工业级计算机平台。
主要特征
（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
·InterPIV2.4GMCPU
·西部数据80G硬盘
·Kingston256M内存
·工业键盘及光电鼠标IPC-610H型工控机
·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SXGATFTLCD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S-Video
·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，该表可以轮流显示十六路模拟数据，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（≤16）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0——10mA（负载≤750Ω）
4——20mA（负载≤500Ω）
电压0——5V（负载≥250KΩ）
1——5V（负载≥250KΩ）
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：
DC24V/30m
精度0.5%FS±1字或0.2%FS±1字
采样周期1秒/通道
输入回路8路或16路
测量范围-1999-------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ON/OFF控制
通讯输出RS232/485，波特率1200pbs——28.8kpbs（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≤5W
使用环境环境温0—50℃相对湿度≤85%RH避免强腐蚀性气体
电源电压AC220V+10-15%50—60Hz
AC90V—260V（开关电源）DC24V±2V（开关电源）
（3）SWP-LCD-M工作原理
本仪表原理如图3-1所示，仪表以单片微处理器为基础，通过输入电路把模拟信号经A/D转换器转换成数字信号，微处理器根据采样的结果与设定内容进行计算，比较后显示结果及输出控制信号。
3.3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的不足。
ADAM-4520/4522隔离转换器能够让您在早期的RS-232系统上充分利用RS-422和RS-458的优点。
它能够将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能够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。
它能够将通讯距离再延长1200米，或再增加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系统监控仪表及设备的选型
系统还需要选用打印机、电源及显示器等其他设备，这里我们选用惠普彩色喷墨打印机、山特3KVA型UPS电源（不间断电源）。
表3-1联合站监控系统设备清单
序号
类别
名称
型号
技术要求
数量
1
计算
机部分
工控
主机
研华IPC610
PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X
1台
19寸彩显
19寸LCD
19寸工业平板显示器
1台
UPS电源
山特3KVA
3KVA0.5小时
1台
彩色打印机
惠普
A3,彩色喷墨打印机
1台
控制器板卡部分和仪表部分
多通道巡检控制仪
昌辉SWP-LCD-M
16路多通道巡检控制仪,控制输出方式：
电压/电流输出，设定/显示精度；+0.5%FS+1位数max
三块
智能多回路PID控制器
昌辉SWP-SSR
48段PID自整定控制仪，测量精度：
±0.5%ES，测量范围：
-1999——9999字，8路输入，4路输出
一块
DI
研华ADAM-4052
8路隔离数字量输入模块
一块
DO
研华ADAM-4086
8路继电器输出模块
一块
信号转换器
研华ADAM-4520
RS-232到RS-485转换器
一块
3
软件
部分
操作系统
WindowsXp
MicrosoftWindowsXP
一套
组态软件
Kingview6.53
北京亚控“组态王6.53”
一套
4
控制柜
仪表盘柜
KG-221型
仪表控制柜，2100×900×600（高×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.监控系统的详细设计
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-ssr48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，COM1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-610。
4.2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。
4.3整个联合站的工艺流框图如下：
图4-1联合站的工艺流框图
4.4系统监控方案设计
监控系统采用一台研华工控主机，配21寸飞利浦彩显，带有UPS电源的A3幅面彩色喷墨打印机。
系统选用PLC可编程控制器完成对三个储油罐（柴油、93#汽油、90#汽油）油室液位的恒定和油气分离器上油室、水室液位恒定控制。
现场所有模拟输入量都先接入昌辉公司十六路巡检仪，然后计算机RS-485总线与巡检仪及PLC可编程控制器通信，将现场数据采集进计算机。
现场所有数字量（包括输入、输出）都通过西门子可编程控制器采集和输出，因为PLC中含有I/O信号模块和功能控制模块，所以不用另外连接I/O模块和控制模块，就可以监测泵的运行状况和控制泵的启停指令。
4.5联合站工况图及其运行效果
图4-2联合站画面运行效果
图4-3
4.6联合站监控系统的硬件设备
表4-3某油田联合站监控系统硬件设备清单
序号
类别
名称
型号
技术要求
数量
1
计算
机部分
工控
主机
研华IPC610
PIV1.8/521MDRAM/40G/1.4M/50X
1台
21寸彩显
21寸CRT
21寸飞利浦彩显
1台
UPS电源
山特3KVA
3KVA0.5小时
1台
彩色打印机
惠普
A3,彩色喷墨打印机
1台
2
控制器模块部分
DI模块
研华PCI-1751
48位PCI总线数字量输入/输出卡
DO模块
研华PCI-1755
32通道数字量输入输出模块
一块
根据联合站的各个工艺流程，可以看到现场测量类型主要有压力、温度、液位、界位、电量等，所以需要相应的测量仪表进行数据采集，以及利用控制阀进行远程控制。
液位、温度、压力、气体浓度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4～20MA电流信号，都是模拟量输入信号。
各个泵运
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