联合站安全监控系统软件设计.docx
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联合站安全监控系统软件设计
1绪论
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、原油与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。
计算机监测控制是从上世纪七十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。
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。
1.1计算机监控系统的介绍
目前的计算机监控技术是一门综合性技术。
它是计算机技术、通信技术、网络技术和自动化技术的综合应用。
所谓计算机监控系统,就是采用计算机取代常规的显示和调节仪表作为工业数据采集和控制过程的处理核心,利用传感器或变送器将被监控对象中的物理参量(如温度、压力、流量、液位等)转换为电信号,再将这些电信号经输入装置转换为计算机可识别的数字量,并且在显示装置中以数字、曲线或图形的方式显示出来,从而使操作人员能够直观、迅速地了解被监控对象的变化过程。
同时计算机还可以将采集的数据存储起来,随时进行分析、统计和显示并生成各种报表。
如果需要对被监控的对象进行控制,则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以与按照工艺要求的设定值进行判断,然后根据一定的控制算法在输出装置中输出相应的电信号,并推动执行装置动作从而完成相应的控制任务。
图1-1就是一个典型的计算机测控系统组成原理图。
由于近年来计算机软件的迅速发展,各种可视化应用软件已广泛应用于工业计算机系统,能够为操作者提供更加直观完善的操作界面,大大丰富了现场监视功能。
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。
下图就是一个典型的计算机测控系统组成原理图:
1.2计算机监控系统的主要特点
(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。
了方便。
2原油联合站与其工艺流程简介
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、原油加热与外输、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、阴极保护等小的工艺流程。
整个联合站的工艺流框图如下:
2.2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)控制计量罐的液位。
2)监测油气分离器的温度、压力以与液位。
3)监测两个注水泵和外输泵各自前后的压力,控制各个泵的起、停、显示以与运行状况与其报警。
4)监测四个沉降罐和净化罐的温度、压力与其报警。
5)监测除油罐的温度、液位与其报警。
6)监测缓冲罐的液位、压力与其报警。
7)遍布整个联合站的10处气体浓度监测与其报警。
3原油联合站硬件设计
3.1联合站的初步分析
图3-1联合站工艺流程图
根据此联合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,以与监测与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。
如下图所示:
控制分离器上油室、水室的液位恒定可以采用板卡来控制。
各个泵的运行状况与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,通过分析,调节泵的转速来控制油室、水室的液位恒定。
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位分辨率与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
·给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,以与3个10MHz时钟的16位多功能计数器通道.
·主要功能与技术指标
·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
SM322数字量输出模块
该模块是德国西门子公司生产的S7-300PLC系列数字量输出模块,为16通道的数字量输出模块。
主要性能与指标
·可用于连接电磁阀,接触器,小功能电机、
灯和电机启动器
·数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转
化为控制过程所需的外部信号电平
·16路增强数字量输出模块
·额定负载电压,输出范围为20.4-28.8V
·输出电流,信号为0是电流为0.5MA,信号为1时-60℃时的电流为0.5MA
SM323数字量输入/输出模块
主要性能与指标
·8通道的数字量输入/输出模块
·可用于连接开关、2总线近开关,小功率电机等
·可将控制过程的外部数字量电平转化为S7-300的
内部信号电平
·也可将S7-300的内部信号电平转化为控制过程的
外部数字量电平
·RS-232C接口
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
·工业键盘与光电鼠标
·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:
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
3.3系统硬件组成图
6路阀门6路阀门3路液位10路气体12路压力6路温度信号
状态显示开关控制PID控制浓度监测信号监测监测6路液位信号监测
图3-3监控系统结构框图
4原油联合站软件设计
4.1组态王软件简介
“组态王6.51”是采用了多线程、COM组件等新技术的人机界面软件,实现了实时多任务,软件运行稳定可靠。
组态软件包括工程浏览器、工程管理器、画面运行系统三部分组成。
在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分,也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作;工程管理器内嵌画面管理系统,用于新工程的创建和已有工程的管理。
画面的开发和运行由画面制作系统合工程运行系统来完成。
4.2组态王与下位机的通讯
“组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备,下图为组态软件架构。
组态王COM组件
计算机外部设备
图4-1组态王软件架构
4.3软件设计的总体方案
设计中需要首先设计程序的界面,以便于操作,界面完成后,需要绘制各个画面。
首先,必须要具有工况图,工况图能够反应出加油站的工艺流程,并且能够与时从图中了解到被监控对象的变化情况。
然后需要绘制所监控对象的趋势曲线,趋势曲线是用来反应数据变量随时间的变化情况。
趋势曲线有两种:
实时趋势曲线和历史趋势曲线,实时趋势曲线随时间的变化自动卷动,以快速反应变量的新变化。
历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作,但它不会自动卷动。
在完成趋势曲线的绘制后,就应该设计历史报表,数据报表是反应生产过程中的数据、状态等,并对数据进行记录的一种重要形式,它既能反应系统实时的生产情况,也能对长期的生产过程进行统计、分析,使管理人员能够掌握和分析生产情况。
具体的设计框图如图4-2所示。
图4-2联合站软件设计框图
5软件设计的具体方案
5.1创建新工程
在用“组
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