石油安全01.docx
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石油安全01
目录
1绪论1
1.1油库的简介1
1.2油库监控系统背景1
1.3油库计算机监控的目标2
2油库计算机监控系统3
2.1计算机控制系统的组成原理3
2.2计算机控制系统的设计原则3
2.3计算机控制系统的功能4
3油库计算机监控系统的硬件设计5
3.1油库的工艺流程图5
3.2油库监控系统组成5
3.3系统I/O点数统计6
4油库计算机监控系统方案设计9
4.1系统监控仪表及PLC的选型9
4.2系统监控方案设计10
5结论12
参考文献13
1绪论
1.1油库的简介
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。
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。
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。
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。
1.2油库监控系统背景
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2015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,还有一大批油库待建。
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。
现代科学技术的日新月异,推动了石油行业的高速发展,也推动了油库形式的多样化和油库功能的不断更新,使油库从被动的静态经验型管理逐步转向自我完善、自我发展的动态开拓型管理,标准化管理、目标管理等新思想在油库管理中得到一定应用,并且自动化管理与计算机控制技术也成为油库设计中越来越重要的一部份。
1.3油库计算机监控的目标
本课程设计研究目的是针对油库发油,装油、卸油等工艺过程的分析,进行监控系统的硬件与软件设计,同时对系统的适应性进行研究,建立一套具有实际应用能力的监控系统。
本次设计的计算机监控系统应达到以下目的:
(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面监测,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息。
总的来说,进行计算机监测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。
因此,自动化控制与管理信息系统为实现加油库全面自动化监控提供了可能。
应用基于《组态王6.51》的计算机监控技术,实现油库计算机监控系统的上位机监控,达到如下目的:
(1)实现对库内工艺流程实时监测,当设备运行出现故障、参数越限时,系统及时产生报警。
(2)实现对库内的设备运行状况、压力、流量、温度、液位,以及库区内的可燃气体浓度的监测。
2油库计算机监控系统
2.1计算机控制系统的组成原理
计算机监控系统是一门综合性的技术。
它是计算机技术(包括软件技术、接口技术、通讯技术、网络技术、显示技术)、自动控制技术、自动检测和传感技术的综合应用。
所谓计算机监控,就是利用传感装置将监控对象中的物理参数(如温度、压力、流量、液位等)转换为电量,再将这些代表实际物理参数的电量送入输入装置中转换为计算机可以识别的数字信号,并且在计算机的显示装置中以数字、图形、曲线的方式显示出来,从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。
计算机监控系统的组成可以有多种划分方法。
最简单的可以分为硬件和软件两个部分。
一般地,一个计算机监控系统可以由以下及部分组成:
计算机(含可视化的人机界面)、输入输出装置(模块)、检测、变送机构、执行机构。
如图2-1所示。
图2-1计算机监控系统的组成原理图
2.2计算机控制系统的设计原则
尽管被控对象是千差万别,计算机监控系统的设计方案和具体的技术指标也会有很大的差异,但是,在计算机系统的设计和开发时还是有一些原则是必须遵循的.
(1)可靠性,系统运行安全可靠,性能稳定,可以在恶劣环境长期连续工作。
计算机监测控制系统往往负担着重要的任务,一旦出现故障,将造成整个被监控过程的混乱,引起严重的后果,由此造成的经济损失往往远非计算机监测控制系统本身的造价所能比拟。
所以,能否确保长期可靠地运行成为计算机监测控制系统中首要考虑的问题。
特别是对一些影响面大的重要应用系统,如连续生产过程的控制等,均不允许故障率高的系统存在。
(2)通用性,在系统的总线结构、通信规约上要标准化,采用国际国内的统一标准和规范;设计指标要有一定余地,如输入输出通道数不应用满。
软件的设计也应规范化、模块化。
模块要易于连接、组织。
程序应可读性强,清除多余语句,有适量的说明注释,以便于修改。
(3)相容性,系统应能携挂不同类型的传感器,能够测量多种参数。
(4)扩展性,系统的设计容量要足够大,满足系统今后的扩充需要。
(5)经济性,系统的造价经济合理,性能价格比高。
(6)操作方便,系统应尽可能降低对操作人员的专业技术知识的要求,操作的内容尽可能简单明了,操作的顺序清晰简明,便于记忆。
(7)排错方便,系统中硬件的排列和安装合理,配有明显的指示或信号,有查错、诊断、故障报警程序,在故障出现时能及时对它定位排除。
(8)维护方便,系统应尽量采用标准零件部位,便于硬件的更换。
2.3计算机控制系统的功能
油库计算机控制系统实现对站内设备的监测、控制功能,实时监视库内的泵与阀等数字量的状态和运行参数、接收故障报警信息、通过智能终端设备下达控制信号,并具有报警功能、趋势曲线显示功能、操作权限管理功能、报表查询和打印功能等
(1)状态采集功能
能动态采集下列信号:
油库信号;各阀的开关;卸油泵的开停等。
(2)状态数据的处理
①能对采集数据进行存储与查询;②能对监控参数进行趋势曲线显示;③能对监控参数进行实时与历史报警。
(3)报警功能
对监控参数能实施报警功能,能进行记录(包括发生时间、监测参数数据)。
(4)集中显示功能
主要设备的运行状态及运行参数显示:
①工艺图的动态显示;②主要参数的历史曲线及实时趋势显示;③实时报警自动弹出显示。
(5)存储功能
①各种监控参数的动态存储;②各种监控参数的异常动态存储;③控制行为的动态存储。
(6)查询功能
①各种监控参数的历史数据;②各种监控参数的曲线及趋势;③控制行为查询。
(7)报表及打印功能
①各种监控参数的报表自动生成;②各种监控参数的报表打印
3油库计算机监控系统的硬件设计
3.1油库的工艺流程图
图3-1油库工艺流程图
3.2油库监控系统组成
网络传输网络传输
图3-2油库监控系统组成
3.3系统I/O点数统计
系统I/O点数通过列表的形式列举如下表:
表3-1油库监控系统I/O变量表
序号
设备名称
总点数
控制要求
AI
AO
DI
DO
1
一个两相分离器
8
水室的液位、温度、压力
3
油室的液位、温度、压力
3
油室、水室液位恒定控制
2
2
一个计量器
4
来油的温度、压力、液位
3
液位恒定控制
1
3
两个汽油罐
8
温度、压力、液位
2*3=6
液位恒定控制
2*1=2
4
两个柴油罐
8
温度、压力、液位
2*3=6
液位恒定控制
2*1=2
5
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
1
6
站区
7
气体浓度监测
7
合计
39
30
7
1
1
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,如下表:
表3-2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
1-1
Aa
两相分离器水室液位
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
1-2
Ab
两相分离器水室温度
AI
mA
100
1
80
20
20
50
1-3
Ac
两相分离器水室压力
AI
Pa
mA
100
0
80
20
20
50
1-4
Ad
两相分离器油室液位
AI
m
mA
10
1
9
1
1
5
1-5
Ae
两相分离器油室温度
AI
mA
100
1
80
20
20
50
1-6
Af
两相分离器油室压力
AI
Pa
mA
100
0
80
20
20
50
1-7
Ag
两相分离器水室液位控制信号
AO
mA
100
0
80
30
10
50
1-8
Ah
两相分离器油室液位控制信号
AO
mA
100
0
80
30
10
50
1-9
Ba
计量器温度
AI
mA
100
1
80
20
20
50
1-10
Bb
计量器压力
AI
Pa
mA
100
1
80
20
20
50
1-11
Bc
计量器液位
AI
m
mA
10
0
9
1
1
5
1-12
Bd
计量器液位控制
AO
mA
100
0
80
30
10
50
1-13
Ca
汽油罐温度
AI
mA
100
1
80
20
20
50
1-14
Cb
汽油罐压力
AI
Pa
mA
100
1
80
20
20
50
1-15
Cc
汽油罐液位
AI
m
mA
10
1
80
20
20
50
1-16
Cd
汽油站液位控制信号
AO
mA
100
0
80
30
20
50
1-17
Da
柴油罐温度
AI
mA
100
1
80
20
20
50
1-18
Db
柴油罐压力
AI
Pa
mA
100
1
80
20
20
50
1-19
Dc
柴油罐液位
AI
m
mA
10
0
80
20
20
50
1-20
Dd
柴油罐液位控制信号
AO
mA
100
0
80
30
20
50
1-21
Ea
来油泵泵前压力
AI
Pa
mA
100
1
80
20
20
50
1-22
Eb
来油泵泵后压力
AI
V
mA
100
1
80
20
20
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
信号上限
信号下限
逻辑极性
2-1
LYB
来油泵启动
DO
1
V
24
0
正
2-2
LYBK
来油泵运行情况
DI
1
V
24
0
正
表3-3数字量I/O点参数表
4油库计算机监控系统方案设计
4.1系统监控仪表及PLC的选型
由前面分析可知,监控系统可采用一台工控机,下面连接PID控制表和研华ADAM4000或ADAM5000系列模块来构成。
(1)一台两相分离器油室、水室的液位恒定控制总共有2路PID控制,计量器的温度压力恒定控制总共有1路PID控制,可选择3路单路PID表,因此我们选用一台昌辉公司的SWP-LCD-SSR48段PID自整定控制仪完成PID控制,选择RS-485接口型。
(2)由于所有气体浓度检测和液位、温度、压力信号比较重要,必须要再现场控制柜显示,所有要选用控制柜上的显示仪。
这些显示可以选择单路显示仪,也可以选用昌辉公司的SWP-LCD-M型多通道巡检控制仪,该仪表可以轮流显示十六路模拟数据,选择RS-485接口型。
气体浓度监测和液位、压力、温度信号共有30路,所有可以选用2台,由2*16-30=2路冗余。
2块SWP-LCD-M型多路仪表必须选择RS-485接口型。
(3)剩余DI信号和DO信号,可以选用PLC来完成。
由于数字量输出去控制泵的起停,所以输出选用一个S7-300(DI:
20,DO:
16)系列的小型PLC,能满足所需要求。
(4)如果仪表接口选择RS-232C接口型,则每个串口只能接一块仪表,所以上面仪表选择了RS-485接口型,这样某一类仪表就可以在接在同一串口上。
一般工控机只有两个串口,我们可以把所以昌辉公司的仪表接在一个串口,把PLC接在一个串口,计算机通过PLC及仪表内地址区分不同设备。
但是计算机是RS-232C接口,而仪表是RS-485接口,所以还需要一块ADAM-4520(隔离RS-232到RS-422/485转换器)模块。
(4)系统还需要选用工控机、打印机、UPS等设备
(5)系统还需要操作软件和组态编程软件。
4.2系统监控方案设计
21寸彩显
打印机
研华工控机IPC-610
COM1COM2
UPS
ADAM4520
S7-300系列PLC
1
20路DI
16路DO
SWP-LCD-M
2
16路AI
SWP-LCD-SSR
1
3路PID
SWP-LCD-M
3
16路AI
3路液位PID控制
1路泵的启停与1路泵的运行状况
7路气体浓度检测、7路液位检测
9路压力检测、7路温度检测
图4-1监控系统输入输出原理图
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4-1油库监控系统设备清单
序号
类别
名称
型号
技术要求
数量
1
计算机部分
工控机主机
研华IPC610
PIV1.8G/512MDRAM/40G/50X
1台
21寸彩显
研华FPM-3190
22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
彩色激光打印机
1台
2
软件部分
操作系统
WindowsXP
MicrosoftWindowsXP
一套
组态软件
Kingview6.51
北京亚控“组态王6.51”
一套
3
控制器及仪表PLC部分
I/O模块
研华ADAM
数字量输入模块---EM221,数字量输出模块---EM222,数字量输入/输出模块---EM223,模拟量输入模块---EM231,模拟量输出模块---EM232,模拟量输入/输出模块---EM235
1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
1块
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
2块
PLC
S7-300系列PLC
控制数字量的输入输出
1块
4
控制台
仪表盘柜
KG-221
仪表控制柜,2100×900×600(高×宽×深),配套接线端子,端子排,绘线槽及内部接线
1台
小型操作台
西仪横河
西仪横河计算机专用操作平台
1台
5结论
课程设计是培养综合运用所学知识,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加油站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)集成多参数与视频监测、数据处理与传输及执行功能于一体的智能监测技术的成功应用,确保系统的监测与多媒体信息联动功能。
(2)系统利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,在系统运行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路径继续工作,不会因为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,确保系统性能稳定性和可靠性。
参考文献
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