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1、课课 程程 设设 计计电子工程学院学院 专业专业 班班题题 目目 石油安全工程课程设计 油库安全监控系统硬件设计五（采用板卡、仪表方案）学学 生生 指导老师指导老师 二二一五年十月一五年十月石油安全工程石油安全工程 课程设计任务书课程设计任务书题 目油库安全监控系统硬件设计五（采用板卡、仪表方案）学生姓名学号专业班级设 计 内 容 与 要 求课程设计主要完成某油库安全监控系统硬件设计。要求运用已 学过各类传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识， 完成安全监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。要求熟悉相关计算机安全监控系统的硬件组成与设计方案，学 会计算机监控系统硬件设
2、计的步骤和方法，具有初步设计小型计算 机安全监控系统硬件方案的能力。 课程设计内容及基本要求如下： 1.熟悉油库工艺流程、监控目标及监控要求。 2.学会常用的监控系统 I/O 硬件（各类板卡、智能仪表、智能模 块、PLC 等）参数及使用，了解其工作原理。 3.学会不同自动化设备厂家各类板卡、智能仪表、智能模块、 PLC 等的选型，能用所选厂家硬件搭建符合工艺流程和监控目标的 硬件系统。 4.完成监控系统硬件方案设计，画出原理图。 5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。起止时间2015 年 10 月 19 日 至 2015 年 10 月 25 日指导教师签名年 月 日系（教研室）主任 签名年
3、月 日学生签名年 月 日目录目录1. 绪论.11.1 油库简介11.2 机算机监控系统的介绍21.3 计算机监控系统的主要特点 31.4 油库的工艺流程与主要技术指标31.5 油库监控系统任务42. 系统总体方案设计.52.1 系统总体方案设计流程52.2 I/O 点数统计53系统监控硬件选型与介绍73.1 板卡卡的类型与功能：73.1.1 板卡 PCI-1713（AI）.73.1.2 板卡 PCI-1721（AO）73.2 自整定控制仪的选型73.2.1 仪表特点73.2.2 各类技术参数83.3 SWP-LCD-MD 多通道巡检控制仪93.3.1 SWP-LCD-MD 多通道巡检控制仪概述
4、93.3.2 SWP-LCD-MD 工作原理103.3.3 SWP-LCD-MD 技术指标103.4 主机部分123.5 显示器133.6 其他设备134. 监控系统实现及监控系统方案设计.155. 结论.17参考文献181. 绪论绪论随着科学技术的不断进步，特别是工业自动控制技术的飞速发展，我们已经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、连续过程等各种工业自动化领域以及电力、化工、食品、水处理等各个行业。自动化经过半个世纪的发展，通过技术引进、消化吸收和不断创新，取得了长足发展。近些年来自动化已成为石油和化工领域发展的热点之一。对于石油化工行业来说，底层控
5、制的自动化是实现信息化的基础。油田、油井、油库以及计量站大部分都分布在偏远地区，对其工艺过程的工作状况、运行参数的监测与控制一直是石油生产中的一项重要且困难的工作。油田的生产开发过程中，有大量的数据需要工作人员及时地采集和记录，以供管理部门及时作出决策，管理生产。如果这些数据都要人工采集、记录的话，必然给工作人员带来巨大的工作量，而且效率低、误差大。随着自动化水平的发展，对石油生产与储运过程中各个环节的监控正朝着自动化的方向发展。目前石油生产与储运已经广泛采用自动监控系统，对其各个生产环节的实时参数进行监测与控制，实施智能化监控与管理。本次课程设计主要针对油库发油、卸油等工艺过程介绍了其计算机
6、监控系统硬件以及软件的设计。1.1 油库简介油库简介凡是用来接收、储存和发放原油或原油产品的企业和单位都称为油库。同时，油库也指用以贮存油料的专用设备，因油料具有的特异性用以相对应的油库进行贮藏。随着我国石油工业的飞速发展，油库发展也很快，除了石油系统、供销系统和军事系统建有一系列专用油库外，其他企业，如铁道、交通、电力、冶金等部门也建有各种类型的油库，以保证运输和生产的正常运行。油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。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。油库是油田集输的
7、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。随着油田开发进入高含水后期，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。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。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
8、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
9、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 机算机监控系统的介绍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
10、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（板卡），监测、变松机构。设计原则有可靠性原则、使用方便原则、组成原理图。图图 1-1 计算机监控系统结构图计算机
11、监控系统结构图1.3 计算机监控系统的主要特点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，特别是组态软件为用户提供了方便。1.4 油库的工艺流程与主要技术指标油库的工艺流程与主要技术指标油库的工艺流程与主要技术指标主要油
12、以下几点：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
13、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图图1-21-2 油库工艺流程油库工艺流程1.5 油库监控系统任务油库监控系统任务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
14、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。2. 系统总体方案设计系统总体方案设计2.1 系统总体方案设计流程系统总体方案设计流程系统的总体设计是进入实质性设计阶段的第一步，也是最重要和最关键一步， 起总体设计过程图如下图所示：图图 2-12-1 系统总体方案设计流程系统总体方案设计流程2.2 I/O 点数统计点数统计根据油库的流程图，先要列出统计
15、出系统的 I/O 点数，系统的 I/O 点数如表1-1 所示。系统 I/O 点数通过列表的形式列举如下表：表表 1-1 油库监控系统油库监控系统 I/O 变量表变量表序号设备名称总点数 控制要求AIAODI DO来油的温度、压力2*4=81计量器16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=6泵前后的压力2控制泵的起、停14一个来油泵4泵运行情况显示15 站区 16气体浓度监测 16合计5838 8 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，在此仅模拟两个：表表 1-2 模拟量模
16、拟量 I/O 点参数表点参数表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AImmA1009 1151-2QYG K汽油罐 液位控 制信号AOmA 100 0 8030 10 50表表 1-3 数字量数字量 I/O 点参数表点参数表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DO 1V24 0 正2-2LYB K来油泵运 行情况DI 1V 24 0 正3系统监控硬件选型与介绍系统监控硬件选型与介绍3.1 板卡卡的类型与功能：板卡卡的类型与功能： 3.1.1 板卡板卡 PCI-1713（AI）板卡 PCI-1713 是一款 PCI 总线的隔离高速模拟量 输入
