优秀毕业设计精品]镇海岚山商业储备油库岚山输油站的监控组态——商储2区

优秀毕业设计精品]镇海岚山商业储备油库岚山输油站的监控组态——商储2区内容摘要：

快发展到报警、泵控等其他领域。 80 年代分布式监控系统就已经应用于石油行业。 随着 DCS 系统采用一些先进的控制策略，使部分生产过程的控制得到了进一步优化。 英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据监测的地质情况自动控制油井的产量，保证地层原油达到最大 采收率。 美国LUFKIN 公司推出 PRC 油井自动控制系统功能齐全，完全能够满足对油田抽油机进行全方位测控的需要。 目前国外已将自动化技术提升到对原油的生产、储运、销售等环节进行全面监控的现代化管理水平的高度。 比如英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据地质情况自动的控制油井的产量，确保底层原油达到最大采收率。 美国油田甚至将销售过程中温度影响体积的销售差额，也考虑设置到自动化管理系统中。 这些都是现阶段国内技术无法企及的。 计算机监控 在输油站中 的应用 特点 输油站 计算机监控系统一般具有 以 下特点： （ 1） 监测、控制、管理一体化。 监测功能 ， 即生产现场的数据采集和设备运行情况的监视及报警。 控制功能，即 PLC 或计算机根据工艺要求及设备运行参数的变化自动或提示操作人员控制设备的运行。 管理功能，即生产数据处理、故障诊断与事故处理、各种报表统计打印等。 将监测、控制、管理功能融合起来， 形成监、控、管一体化系统，是 输油站 自 动化的必然要求和发展趋势。 这样将有助于资源共享 ， 增强控制系统的功能，降低系统成本。 （ 2） 分布式系统。 原 油 集输和储运 是一个典型而复杂的多点监控系统。 各功能单元地理位置分散，相互影响，相互之间的通信要 保证数据和控制信号及时正确 地 传输。 现阶段应用于生产监控系统的控制系统主要有 3 种形式， PC 总线工控机系统、集散控制系统 （ DCS） 、可编程逻辑控制器 （ PLC） 系统。 本次设计采用第三种控制系统即可编程逻辑控制器 （ PLC） 系统，该系统最早是应用在数字逻辑处理的领域中，但随着应用范围和应用领域的扩大以及生产工艺的不断完善和日益复杂，现在 PLC 系统在模拟量处理上取得了很大的进展。 PLC控制系统的系统结构为 “ PLC+上位机 ”。 整个生产工艺 流 程的数据采集和过程控制都由 PLC 来完成，而上位机只是完成数据显 示、人机界面操作 和对整个工艺、控制系统的管理，以及报表打印等。 由于 过程的数据采集和过程控制都是 PLC 来完成，而 PLC 受到人为因素和环境因素的影响很小，稳定性很好， 因此 这种 系统 的可靠性比较高。 5 本课题研究的主要内容和论文的结构 本文主要针对 岚山输油站商储 2 区 的工艺流程进行系统综合设计与研究。 并根据 商储 2 区 的实际要求，对计算机监控系统的组成进行设备的选型。 在软件设计中，为了更好 地 描述系统硬件组成， 就 建立了人机画面 （ 如实时 趋势曲线 、历史趋势曲线，报警窗口与报警记录，实时、历史数据报表画面 ） ，实现了人机监控。 最后通过对监 控系统的调试，达到对 区 内各个区域参数的监控。 论文的主要结构与内容： 第一章：绪论简单介绍了课题的 目的、 意义 和 来源 ， 油田 输油 站监控系统在国内外的发展现状以及发展趋势。 第二章：介绍 岚山 输油站 商储 2 区 的工艺流程， 及岚山输油站商储 2 区监 控 系统 的控制要求。 并 根据 商储 2 区 的 实际情况和系统的控制要求， 初步 设计 出 计算机监控系统 的 控制方案。 第三章： 介绍 商储 2 区 的计算机监控系统硬件设计。 根据系统控制要求 及具体情况 设计监控系统 的硬件部分 ，包括控制主机 、 现场采集模块等，并介绍它们的功能。 第四章：介绍 商储 2区 的计算机监控系统 软件设计。 首先介绍 计算机监控 系统软件设计要求 ，然后再介绍此次设计所采用的 组态王。 随后再详细地介绍如何使用组态王 2区的软件设计。 包括 PLC设置、各个画面的开发制作、I/O变量的定义、画面的动画连接及报警设置。 最后 对整个上位监控系统进行模拟调试并试运行，观察 能 否达到用户的控制要求。 第五章：系统的调试与运行。 分别从组态王的软件仿真调试、硬件调试、软硬件联动调试三个步骤介绍系统的调试，并对系统的运行状况和 储油罐 液位的控制效果进行分析。 第六章： 对本系统的设计工作进行总结。 6 2 商储 2 区 工艺 流程 分析 及其监控系统方案设计 镇海岚山输油站简介 储油库是维系原油及其产品生产、加工、销售 之 间的纽带， 既 是调节油品供求平衡的杠杆，又是国家石油及其产品供应和储备的基地，对于保障国家能源安全、保障人民生活、促进国民经济发展起着非常重要的作用。 镇海岚山的 原油 商业储备库是中国石化的第一个原油储备库 ，也是 该 集团公司目前在国内最大的原油商业储备基地。 岚山原油商业储备基地分两个区，占地面积 1046 亩， 共 建有 38 座 10 万立方米储油罐，总储油量 为 380 万立方米。 该 输油 站 的原油进出库管道依托甬沪宁管道工程镇海中转油库的输油管道系统，公用工程、辅助设施及消防系统等依托镇海国家石油储备基地、镇海炼化分公司及镇海中转油库现有设施。 岚山输油站 商储 2 区 工艺流程分析 岚山输油站 接受的原油主要来自于大榭岛、册子岛、镇海国家储备油库。 从这三个地方 来的原油经过 商储 1 区的 计量站后 输入到商储 2 区的进油阀组，然后经由7 泵 组 输送至 储油罐内 如罐 119，也可将罐 119 中的油品调度出库运输到其他区或下站。 图 21 是 输油站 商储 2 区 的工艺流程 图。 图 21 商储 2 区 工艺流程 图 现 在 简要分析 一下图 21 中的工艺流程： （ 1）倒罐流程。 例如需要将罐 119 中的油品倒至 122 罐中，从图中分析，首先假设区内阀门全部关断，在此流程中，需要先打开阀门 119 4052，随后再开启泵P405，接着再将阀门 405 1223 打开，最后罐 119 中的油品将倒至罐 122 中。 （ 2）正输流程。 例如将 1 区的油品输至罐 119 中，条件如上， 首先打开阀门 407407 4011，随后开启泵 P401，接着在开启阀门 401 405 405 1193，最后来自 1 区的油品将储存至罐 119 中。 岚山输 油站 商储 2 区 控制系统的控制要求 根据 岚山输油站 商储 2 区的 工艺流程，整个监控系统的主要设计内容 是 完成 商储 2 区内 所有 26 座储油罐的液位 显示及高低液位报警 和区内 5 个泵的启停，以及114 个阀门的开关。 . 计算机监控系统简介 计算机控制系统的组成 与工作 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 控制 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 22 所示。 计算机 应用程序 组态软件 /数据库 操作系统 硬件 I/O 接口 输入 输入 输出 检测 /变送 检测变送 检测变送 功放执行 被 监控对象 8 图 22 计算机监控系统的组成 结构 图 在计算机控制系统中，需有专门的数字 — 模拟转换设备和模拟 — 数字转换设备。 由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。 计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程： （ 1） 实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机 ； （ 2） 实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 （ 3） 实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 这三个过程不断重复，使整个系统 按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时 做 出处理。 计算机控 制系统的功能 （ 1） 数据采集与存储 系统能检测模拟和数字两种信号并存储数据 ， 能将温度、压力、以及液位等参数的实时状况记录下来，对设备进行实时数据记录 ， 数字输入信号每秒扫描一次 ，对过程变量的历史数据建立数据库。 （ 2） 控制和报警 系统有连续控制和顺序控制的功能 ， 执行信号的逻辑运算和判断。 可自动完成过程或设备的安全，停止保护。 系统有以下报警功能：模拟输入信号超出信号范围；模拟输入信号超出高、低限；数字输入信号为报警状态及系统本身故障等。 （ 3） 记录功能 计算机监控系统具有 事件 记录功能 和报警记录功能。 事件记录功能 ： 操作人员的任何操作均为事件 记录，事件记录的内容包括：事件名称、事件内容、发生的日期和时间 ； 报警记录功能 ： 发生任何一种报警时 ， 应自动启动打印机打印报警数据， 也可以手动打印报警记录。 （ 4） 显示画面 菜单显示画面 ： 实现画面切换的菜单画面， 列出可显示的全部画面的一个目录，可以在此画面上直接调用所需画面 ； 动态流程显示画面 ： 用图形、颜色、数据等组合显示装置的运行状态和变量实时 数 值 的画面； 报警画面显示 ；历时实时 趋势 曲线显示画面。 计算机控制系统的设计原则 9 （ 1） 安全可靠 ： 对工业 控制计算机系统最基本的要求是安全性和可靠性高。 在计算机控制系统的整个设计过程中，务必将安全可靠性放在首位。 首先要选用 高性能的工业控制计算机或其他的主机模式，保证其在恶劣的工业现场环境下，仍能正常运行。 其次设计可靠的控制方案，并且具有各种安全保护措施，比如异常报警、事故预测、故障诊断与处理、安全联锁、不间断电源等功能。 最后控制系统要设计完善的抗干扰措施，硬件抗干扰措施有屏蔽、隔离、滤波和接地等，软件抗干扰方法有数字滤波、软件陷阱和看门狗技术等，另外还要考虑电源的抗干扰问题。 （ 2） 操作、维护与维修方 便：操作方便表现在系统便于学习掌握、操作简单，而且画面显示直观。 维护与维修方便体现在易于查找故障、排除故障。 （ 3） 实时性强：实时性是计算机控制系统的重要指标之一，要求系统 对内部和外部事件能及时的响应，并在规定的时间内做出相应的处理。 （ 4） 通用性好：在设计开发计算机控制系统时，应尽量采用积木式的模块化结构，便于以后系统稍作改动就能适应新的要求。 （ 5） 经济性高 ：经济性主要体现在两个方面：一方面是系统的性能价格比要尽可能高，另一方面还要从提高产品质量与产量、节能降耗、减少污染、改善劳动条件等经 济、社会效益各方面进行综合评估。 岚山输油站商储 2 区 监控系统方案 初步 设计 商储 2 区 最重要的 监控 是对工艺 流 程中的液位进行实时监控。 因此 针对 商储 2区 计算机监控系统的要求， 我们设计了以一台 西门子 工控机通过通信转换器组成的分布式监控系统。 由 PLC 控制系统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、报表自动生成并定时打印。 下位机 PLC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 ， 并在指定的时间打 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。 PLC 控制系统主要完成对现场数据的采集、现场仪表和执行机构的控制。 来自生产现场的生产过程参数经过传感器测量变送后变为 4— 20mA 的标准仪表信号，经信号电缆传送至 PLC。 模拟信号经模数转换后变为数字信号，同时对需要控制的过程参数在 PLC 中进行 PID 运算，将运算结果经数模转换后输 出 4— 20mA 的控制信号，经放大整形后驱动执行机构，实现对过程参数的 PID 控制。 本次设计采 用 PLC 控制器来采集与控制现场数据。 通过 PLC 控制器，将现场的模拟或数字信号传输到工控机中，。