石油安全课程设计 板卡plc资料Word文档下载推荐.docx

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集油站将开采的原油集中进行管线运输，进行油罐存储，完成对来油、输油及有关储油量得计算、存盘管理。

在此过程中，对含水的原油要进行脱水工艺处理，这样形成了原油集输的若干个工艺处理过程。

集油站是油田原油集输生产过程中最重要的生产工艺过程。

它是集发油、卸又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。

在集油站安全监控系统中，采用下位机硬件控制和上位机软件监视构架。

在下位机控制系统中，通过PLC可编程逻辑控制器来采集与处理现场数字量信号和模拟量信号。

在上位机监视系统中，采用组态王软件开发人机界面，生产实时状况直观形象。

1.3集油站的工艺流程与主要技术指标

集油站安全监控系统总体方案设计：

从各个油井或计量站来的有数混合液先进入两个四相分离器，进行油、水、气、沙四项分离，分离出来的水经掺水泵送到各计量站掺水或对地下注水；

分离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送往200立方米的大罐储存销售；

还有一部分油水混合液经外输泵在进行热交换（加热）后往其他集油站外输。

整个监控系统需要处理：

1）控制两个四相分离器上油室、水室的液位恒定。

2）监测两个四相分离器上油室、水室的液位、温度、压力、报警。

3）监测两个掺水泵、两个外输泵、两个稠油泵各自前后的压力，控制各个泵起、停，显及其运行状况及报警。

4）监测两个换热器各自前后混合液的温度及报警。

5）监测脱水器、事故罐的温度及液位及报警。

遍布整个站区的十六处的气体浓度监测及报警。

图1-1

油田计算机监控系统说明：

某油田集油站工艺流程图如图1-1所示。

从各个油井或计量站来的有数混合液先进入两个思想分离器，进行油、水、气、沙四项分离，分离出来的水经掺水泵送到各计量站掺水或对地下注水；

分离出来的原油进入脱水器再次脱水，经稠油泵送往200m3的大罐储存销售；

1.4集油站监控目标及要求

本次设计应达到以下目标和要求:

1.能及时地，正确地对运行设备的运行参数和运行状况做出全监测，预防和消除事故隐患。

2.对设备和运行状况进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。

3.通过对运行设备进行监息。

总的来说，进行集油站安全监控测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信的目的就是确保设备的安全运行，预防和消除事故隐患，避免事故发生。

1.5集油站I/O点数统计

系统I/O点数可以通过列表的形式来列举：

表1-1

序号

设备名称

总点数

控制要求

AI

AO

DI

DO

1

计量罐

2

计量罐的液位

计量罐的液位控制

三相分离器

8

上油室的液位、温度、压力

3

水室的液位、温度、压力

油室、水室液位恒定控制

脱水泵

5

泵前后的压力

泵的起停控制

泵的运行状态

4

加药泵

污水外输泵

6

外输泵

7

脱水器

脱水器液位、温度

净化油罐

净化油罐液位、温度

9

污水缓冲罐

污水缓冲罐液位、温度

10

过滤罐

过滤罐的液位、温度

11

加热炉

加热炉的液位、温度

12

四个沉降罐

沉降罐的温度、压力、液位

2*4==8

沉降罐液位恒定控制

1*4=4

13

两个净化罐

净化罐的温度、压力

2*2=4

14

站区

气体浓度检测

合计

66

47

表1-2模拟量I/O点数参数表

I/O位号

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

报警偏差

正常值

1-1

分离器液位

M

mA

1-2

分离器液位控制型号

表1-3数字量I/O点数参数表

变量名称

正常状态

信号上限

信号下限

逻辑极性

2-1

C1QD

脱水泵启动

V

24

正

2-2

C1ZK

脱水泵运行状况

2系统总体方案设计

2.1初步分析

由工艺流程图所示，系统需要对液位、温度、压力、气体浓度进行检测，并对各泵运行状状况实时显示。

集油站监控最重要的是对工艺过程中的各项参数如温度、压力、液位、流量等进行实时监控。

在原油分离过程中液位和压力、锅炉间的锅炉温度、以及各个重要工艺过程中的参数是集油站安全、高效生产的决定性因素，所以必须在各种干扰的情况下，将液位、温度、压力等稳定控制在工艺允许误差范围内，所以对这些参数监控就是生产过程中的关键。

设计集油站安全监控系统，不仅节约了人力物力，而且在准确性、灵活性以及生产效率上都有明显提高，保证了油田的安全稳定生产。

针对集油站安全监控系统的要求，设计了工控机通过通讯转换器组成的分布式监控系统。

由I/O模块负责采集现场数据并且传输到上位机。

上位机作为管理机构，负责文件管理、数据库维护、报表自生成并定时打印。

下位机智能仪表要对现场进行测量、采集信息。

并通过线路送到主机，由上位机完成数据处理的任务，根据下位机传送来的信息，上位机自动生成各种报表，并在指定时间打印输出，从而将繁重的数据处理任务交给上位机完成，大大减轻了下位机的负担，以便更好地进行各个子系统的数据采集和控制功能，保证系统的可靠性和精度。

2.2集油站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集油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、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集油站。

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。

根据集油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）监测遍布整个站区的气体浓度及报警。

2.3集油站安全监控系统的总体结构

根据工艺流程图所示，系统需要对液位、温度、压力、气体浓度进行检测，并对各泵运行状状况实时显示。

这次设计采用智能仪表来采集与控制现场数据，通过I/O模块控制器，将现场的模拟或数字信号传输到工控机中，通过显示器显示出现场采集的数据。

在控制系统中应配有工控机，以提高监控系统可靠性。

2.4集油站安全监控系统各部分的功能

各泵运行状况则为对应的数字量输入信号，所以要选用不同的输入模块。

控制两个四相分离器上油室、水室的液位恒定和各个泵的起、停。

其中：

控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用智能I/O模块控制。

控制原理是：

油室、水室的当前液位信号经由液位变送器送入模拟量输入智能I/O模块中，与工控机主机中的人工给定值进行比较，输出4-20mA控制信号到变频器，变频器对50HZ交流电进行变频，输出对应于4-20mA的0-50HZ交流电对泵上的驱动电机进行变频调速，通过调节泵的转速（流量）来控制油室、水室的液位恒定。

控制各个泵的起、停是对应的数字量输出信号，还需要对各个泵的状态进行显示，这样就使用一个数字量输出模块和一个数字量输入模块就好了。

3集油站安全监控系统硬件设计

3.1集油站安全监控系统的初步分析

根据此集油站的工艺流程可知系统需要监控各个泵、分离器的液位、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4～20MA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。

模拟量输入通道一般应包括几个组成部分：

传感器、变送器、I/O模块等。

3.2系统硬件选型与介绍

板卡PCI-1721

PCI-1721是一款高性能PCI总线模拟量输出卡，每个模拟量输出通道都带有一个12位的双缓冲DAC。

此输出卡具有许多强大的独特功能，PCI-1721是要求连续高速模拟量输出或实时波形输出应用的理想选择。

主要功能与技术指标：

·

4路增强模拟量输出卡

5MHz最大数字更新速率

PCI总线数据传输

自动校准功能

每个模拟量输出通道带一个12位DAC

带内部/外部触发的实时波形输出功能

同步输出功能

灵活的输入类型和范围设定

板卡PCI-1713

PCI-1713是一款PCI总线的隔离高速模拟量输入卡，它提供了32个模拟量输入通道，采样频率可达100KS/S，12位分辨率及2500YDC的支流隔离保护。

主要功能与技术指标

·

2500VDC隔离保护

32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式

12位A/D转换分辨率

A/D转换器的采样速率可达100KS/S

每个输入端的增益可编程

卡上4K采样FIFO缓冲器

支持软件、内部定时器触发或外部触发

板卡PCI-1712

12位多功能数据采集卡功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡。

它有1M转换速度的12位A/D转换器，卡上带有FIFO缓冲器（可存储1KA/D采样值和32KD/A转换数据）。

PCI-1712提供16路单端或8路差分的模拟量输入（也可以单端差分混合使用）,2路12位D/A模拟量输出通道,16路数字量输出通道,以及3个10MHz时钟的16位多功能计数器通道。

12位A/D转换器

采样速率可达1MHz

16路单端或8路差分或组合输入方式

PCI总线数据传输

模拟量输入通道的数据采集触发模式可使用预触发、后触发、匹配触发和延时触发。

3.3常用PLC参数介绍及其工作原理

德国西门子在大、中型PLC领域中占据着重要的地位，其推出了S7—400、S7—300、S7—200三个S7系列的可编程序控制器：

1）S7—400

S7—400属于大中、型的可编程序控制器，能满足高、中档性能范围的应用。

采用模块化无风扇设计，兼顾耐用、扩展性能好、通信能力强，可以方便的实现分布式控制。

电源模块（PS）电源模块的作用是连接外部电源（120/230VAC或者24VDAC，并为整个系统提供电源。

中央处理单元（CPU）具有多种CPU可供用户选选择，有些带有内置的PROFIBUS-DP接口，一个中央处理单元可以带多个微处理器件以加强其性能。

I/O信号模块（SM）它包括数字量输入和输出模块，模拟量输入和输出模块。

通信处理器（CP）用于实现总线连接和点到点的连接。

功能模块（FM）专门用于技术，定位和凸轮等控制任务。

接口模块（IM）用于连接中央处理单元（主PLC）和扩展单元。

（1）一个S7-400的中央控制单元最多可以连接21个扩展单元。

其中一款央处理器的指标：

型号:

CPU417—4程序存储器：

2MB可扩至10MB

数据存储器：

2MB可扩至10MBDI/DO:

128KAI/AO:

8K

二进制指令执行时间：

0.1us通信接口：

MPIPROFIBUS/

（2）S7—300

S7—300系列的产品为小型PLC，能满足中等性能的应用。

其中一款中央处理器的指标：

型号:

CPU314IFM程序存储器：

32KB

数据存储器：

48KBDI:

20DO:

16AI:

4AO:

1

二进制指令执行时间：

0.30.6us通信接口：

MPIPROFIBUS

（3）S7—200

S7—200系列为微型PLC，其典型的尺寸为中央处理单元（CPU）。

CPU212DI:

8AI:

4DO:

8AO:

2

通信接口：

MPIPROFIBUS/

研华工控主机

主要特征：

IPC-610专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计

支持14槽ISA/PCI底板

支持四个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

InterPIV2.4GMCPU

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:

VGADVIVideo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

4监控系统详细设计

4.1监控系统设计

监控系统采用一台研华工控机，21寸LCD和工业平板显示器，带有UPS电源的A3幅面彩印喷墨打印机。

系统采用仪表监控系统。

对现场各个泵及分离器的运行状态进行控制如图所示。

监控系统输入输出原理图及监控系统方案硬件示意图如下

ups

21寸彩显

打印机

研华工控机

昌晖系列昌晖系列昌晖系列昌晖系列

仪表温度仪表压力仪表液位仪表PID

监控仪监控仪监控仪监控仪

图4—1系统硬件示意图

21寸工业平

板彩色显示器

UPS

研华工控机

RS-232

ADAM4520

RS-485

昌晖SWP-RMD—808

液位检测仪

压力检测仪

昌晖SWP-ND105-010-23-NPID自整定控制仪

温度检测仪

图4—2监控系统输入输出原理图

根据集油站的各个工艺流程，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。

根据此集油站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器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。

控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡、PLC仪表来控制。

根据集油站的工艺流程图，系统I/O点数通过列表的形式列举如下表示：

表4-1集油站安全监控系统设备清单

类别

名称

型号

技术要求

数量

计算机部分

工控机主机

研华IPC610

PIV1.8G/512MDRAM/40G/502X

1台

21寸彩显

21寸液晶

21寸飞利浦液晶显示屏

UPS电源

山特3KVA

3KVA0.5小时

惠普

A3，彩色喷墨打印机

软件部分

操作系统

WindowsXp

MicrosoftwindowsXP

1套

组态软件

Kingview6.51

北京亚控组态王6.51

板卡部分

模拟量输入板卡

PCI-1747U

16位,64路模拟量输入卡

1块

模拟量输出板卡

PCI-1723

16位,8路模拟量输出卡

数字量输入/输出板卡

PCI-1760

8路隔离数字量输入通道

8路继电器输出通道

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

5总结

这次课程设计根据设计任务书的要求，采用集油站设计的基本理论，对集油站的工艺流程、总平面布置进行了合理的设计，对相关工艺及设备进行了设计及选型。

进一步使我们能够运用以前学过的安全工程设计理论和方法进行集油站