【文章內(nèi)容簡介】 快發(fā)展到報警、泵控等其他領(lǐng)域。 80 年代分布式監(jiān)控系統(tǒng)就已經(jīng)應(yīng)用于石油行業(yè)。 隨著 DCS 系統(tǒng)采用一些先進的控制策略，使部分生產(chǎn)過程的控制得到了進一步優(yōu)化。 英國石油公司建立的自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測的地質(zhì)情況自動控制油井的產(chǎn)量，保證地層原油達到最大 采收率。美國LUFKIN 公司推出 PRC 油井自動控制系統(tǒng)功能齊全，完全能夠滿足對油田抽油機進行全方位測控的需要。 目前國外已將自動化技術(shù)提升到對原油的生產(chǎn)、儲運、銷售等環(huán)節(jié)進行全面監(jiān)控的現(xiàn)代化管理水平的高度。比如英國石油公司建立的自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)地質(zhì)情況自動的控制油井的產(chǎn)量，確保底層原油達到最大采收率。美國油田甚至將銷售過程中溫度影響體積的銷售差額，也考慮設(shè)置到自動化管理系統(tǒng)中。 這些都是現(xiàn)階段國內(nèi)技術(shù)無法企及的。 計算機監(jiān)控 在輸油站中 的應(yīng)用 特點 輸油站 計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般具有 以 下特點： （ 1） 監(jiān)測、控制、管理一體化。監(jiān)測功能 ， 即生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備運行情況的監(jiān)視及報警。控制功能，即 PLC 或計算機根據(jù)工藝要求及設(shè)備運行參數(shù)的變化自動或提示操作人員控制設(shè)備的運行。管理功能，即生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理、故障診斷與事故處理、各種報表統(tǒng)計打印等。將監(jiān)測、控制、管理功能融合起來， 形成監(jiān)、控、管一體化系統(tǒng)，是 輸油站 自 動化的必然要求和發(fā)展趨勢。這樣將有助于資源共享 ， 增強控制系統(tǒng)的功能，降低系統(tǒng)成本。 （ 2） 分布式系統(tǒng)。 原 油 集輸和儲運 是一個典型而復(fù)雜的多點監(jiān)控系統(tǒng)。 各功能單元地理位置分散，相互影響，相互之間的通信要 保證數(shù)據(jù)和控制信號及時正確 地 傳輸。 現(xiàn)階段應(yīng)用于生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要有 3 種形式， PC 總線工控機系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng) （ DCS） 、可編程邏輯控制器 （ PLC） 系統(tǒng)。 本次設(shè)計采用第三種控制系統(tǒng)即可編程邏輯控制器 （ PLC） 系統(tǒng)，該系統(tǒng)最早是應(yīng)用在數(shù)字邏輯處理的領(lǐng)域中，但隨著應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大以及生產(chǎn)工藝的不斷完善和日益復(fù)雜，現(xiàn)在 PLC 系統(tǒng)在模擬量處理上取得了很大的進展。 PLC控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為 “ PLC+上位機 ” 。整個生產(chǎn)工藝 流 程的數(shù)據(jù)采集和過程控制都由 PLC 來完成，而上位機只是完成數(shù)據(jù)顯 示、人機界面操作 和對整個工藝、控制系統(tǒng)的管理，以及報表打印等。 由于 過程的數(shù)據(jù)采集和過程控制都是 PLC 來完成，而 PLC 受到人為因素和環(huán)境因素的影響很小，穩(wěn)定性很好， 因此 這種 系統(tǒng) 的可靠性比較高。 5 本課題研究的主要內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu) 本文主要針對 嵐山輸油站商儲 2 區(qū) 的工藝流程進行系統(tǒng)綜合設(shè)計與研究。并根據(jù) 商儲 2 區(qū) 的實際要求，對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成進行設(shè)備的選型。在軟件設(shè)計中，為了更好 地 描述系統(tǒng)硬件組成， 就 建立了人機畫面 （ 如實時 趨勢曲線 、歷史趨勢曲線，報警窗口與報警記錄，實時、歷史數(shù)據(jù)報表畫面 ） ，實現(xiàn)了人機監(jiān)控。 最后通過對監(jiān) 控系統(tǒng)的調(diào)試，達到對 區(qū) 內(nèi)各個區(qū)域參數(shù)的監(jiān)控。 論文的主要結(jié)構(gòu)與內(nèi)容： 第一章：緒論簡單介紹了課題的 目的、 意義 和 來源 ， 油田 輸油 站監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 。 第二章：介紹 嵐山 輸油站 商儲 2 區(qū) 的工藝流程， 及嵐山輸油站商儲 2 區(qū)監(jiān) 控 系統(tǒng) 的控制要求。 并 根據(jù) 商儲 2 區(qū) 的 實際情況和系統(tǒng)的控制要求， 初步 設(shè)計 出 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 的 控制方案 。 第三章： 介紹 商儲 2 區(qū) 的計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求 及具體情況 設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng) 的硬件部分 ，包括控制主機 、 現(xiàn)場采集模塊等，并介紹它們的功能。 第四章：介紹 商儲 2區(qū) 的計算機監(jiān)控系統(tǒng) 軟件設(shè)計。 首先介紹 計算機監(jiān)控 系統(tǒng)軟件設(shè)計要求 ，然后再介紹此次設(shè)計所采用的 組態(tài)王 。隨后再詳細(xì)地介紹如何使用組態(tài)王 2區(qū)的軟件設(shè)計。包括 PLC設(shè)置、各個畫面的開發(fā)制作、I/O變量的定義、畫面的動畫連接及報警設(shè)置。最后 對整個上位監(jiān)控系統(tǒng)進行模擬調(diào)試并試運行，觀察 能 否達到用戶的控制要求。 第五章：系統(tǒng)的調(diào)試與運行。分別從組態(tài)王的軟件仿真調(diào)試、硬件調(diào)試、軟硬件聯(lián)動調(diào)試三個步驟介紹系統(tǒng)的調(diào)試，并對系統(tǒng)的運行狀況和 儲油罐 液位的控制效果進行分析 。 第六章： 對本系統(tǒng)的設(shè)計工作進行總結(jié)。 6 2 商儲 2 區(qū) 工藝 流程 分析 及其監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計 鎮(zhèn)海嵐山輸油站簡介 儲油庫是維系原油及其產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、銷售 之 間的紐帶， 既 是調(diào)節(jié)油品供求平衡的杠桿，又是國家石油及其產(chǎn)品供應(yīng)和儲備的基地，對于保障國家能源安全、保障人民生活、促進國民經(jīng)濟發(fā)展起著非常重要的作用。 鎮(zhèn)海嵐山的 原油 商業(yè)儲備庫是中國石化的第一個原油儲備庫 ，也是 該 集團公司目前在國內(nèi)最大的原油商業(yè)儲備基地 。 嵐山原油商業(yè)儲備基地分兩個區(qū)，占地面積 1046 畝， 共 建有 38 座 10 萬立方米儲油罐，總儲油量 為 380 萬立方米。 該 輸油 站 的原油進出庫管道依托甬滬寧管道工程鎮(zhèn)海中轉(zhuǎn)油庫的輸油管道系統(tǒng)，公用工程、輔助設(shè)施及消防系統(tǒng)等依托鎮(zhèn)海國家石油儲備基地、鎮(zhèn)海煉化分公司及鎮(zhèn)海中轉(zhuǎn)油庫現(xiàn)有設(shè)施 。 嵐山輸油站 商儲 2 區(qū) 工藝流程分析 嵐山輸油站 接受的原油主要來自于大榭島、冊子島、鎮(zhèn)海國家儲備油庫。 從這三個地方 來的原油經(jīng)過 商儲 1 區(qū)的 計量站后 輸入到商儲 2 區(qū)的進油閥組，然后經(jīng)由7 泵 組 輸送至 儲油罐內(nèi) 如罐 119，也可將罐 119 中的油品調(diào)度出庫運輸?shù)狡渌麉^(qū)或下站。 圖 21 是 輸油站 商儲 2 區(qū) 的工藝流程 圖 。 圖 21 商儲 2 區(qū) 工藝流程 圖 現(xiàn) 在 簡要分析 一下圖 21 中的工藝流程： （ 1）倒罐流程。 例如需要將罐 119 中的油品倒至 122 罐中，從圖中分析，首先假設(shè)區(qū)內(nèi)閥門全部關(guān)斷，在此流程中，需要先打開閥門 119 4052，隨后再開啟泵P405，接著再將閥門 405 1223 打開，最后罐 119 中的油品將倒至罐 122 中 。 （ 2）正輸流程。例如將 1 區(qū)的油品輸至罐 119 中，條件如上， 首先打開閥門 407407 4011，隨后開啟泵 P401，接著在開啟閥門 401 405 405 1193，最后來自 1 區(qū)的油品將儲存至罐 119 中。 嵐山輸 油站 商儲 2 區(qū) 控制系統(tǒng)的控制要求 根據(jù) 嵐山輸油站 商儲 2 區(qū)的 工藝流程，整個監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)計內(nèi)容 是 完成 商儲 2 區(qū)內(nèi) 所有 26 座儲油罐的液位 顯示及高低液位報警 和區(qū)內(nèi) 5 個泵的啟停，以及114 個閥門的開關(guān) 。 . 計算機監(jiān)控系統(tǒng)簡介 計算機控制系統(tǒng)的組成 與工作 原理 計算機監(jiān)控系統(tǒng)是一門綜合性的技術(shù)。它是計算機技術(shù)（包括軟件技術(shù)、接口技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯示技術(shù)）、自動控制技術(shù)、自動檢測和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。所謂計算機監(jiān)控，就是利用傳感裝置將監(jiān)控對象中的物理參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位等）轉(zhuǎn)換為電量 ，再將這些代表實際物理參數(shù)的電量送入輸入裝置中轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)字信號，并且在計算機的顯示裝置中以數(shù)字、圖形、曲線的方式顯示出來，從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監(jiān)控對象的變化過程。 計算機 控制 系統(tǒng)的組成可以有多種劃分方法。最簡單的可以分為硬件和軟件兩個部分。一般地，一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以由以下及部分組成 ： 計算機（含可視化的人機界面）、輸入輸出裝置（模塊）、檢測、變送機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)。 如圖 22 所示。 計算機 應(yīng)用程序 組態(tài)軟件 /數(shù)據(jù)庫 操作系統(tǒng) 硬件 I/O 接口 輸入 輸入 輸出 檢測 /變送 檢測變送 檢測變送 功放執(zhí)行 被 監(jiān)控對象 8 圖 22 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成 結(jié)構(gòu) 圖 在計算機控制系統(tǒng)中，需有專門的數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬 — 數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于過程控制一般都是實時控制，有時對計算機速度的要求不高，但要求可靠性高、響應(yīng)及時。計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個過程： （ 1） 實時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進行檢測，并輸入給計算機 ； （ 2） 實時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程 。 （ 3） 實時控制：根據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 這三個過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng) 按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進行工作，并對被控量和設(shè)備本身的異?，F(xiàn)象及時 做 出處理。 計算機控 制系統(tǒng)的功能 （ 1） 數(shù)據(jù)采集與存儲 系統(tǒng)能檢測模擬和數(shù)字兩種信號并存儲數(shù)據(jù) ， 能將溫度、壓力、以及液位等參數(shù)的實時狀況記錄下來，對設(shè)備進行實時數(shù)據(jù)記錄 ， 數(shù)字輸入信號每秒掃描一次 ，對過程變量的歷史數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。 （ 2） 控制和報警 系統(tǒng)有連續(xù)控制和順序控制的功能 ， 執(zhí)行信號的邏輯運算和判斷?？勺詣油瓿蛇^程或設(shè)備的安全，停止保護。 系統(tǒng)有以下報警功能：模擬輸入信號超出信號范圍；模擬輸入信號超出高、低限；數(shù)字輸入信號為報警狀態(tài)及系統(tǒng)本身故障等。 （ 3） 記錄功能 計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有 事件 記錄功能 和報警記錄功能 。 事件記錄功能 ： 操作人員的任何操作均為事件 記錄，事件記錄的內(nèi)容包括：事件名稱、事件內(nèi)容、發(fā)生的日期和時間 ； 報警記錄功能 ： 發(fā)生任何一種報警時 ， 應(yīng)自動啟動打印機打印報警數(shù)據(jù)， 也可以手動打印報警記錄 。 （ 4） 顯示畫面 菜單顯示畫面 ： 實現(xiàn)畫面切換的菜單畫面， 列出可顯示的全部畫面的一個目錄，可以在此畫面上直接調(diào)用所需畫面 ； 動態(tài)流程顯示畫面 ： 用圖形、顏色、數(shù)據(jù)等組合顯示裝置的運行狀態(tài)和變量實時 數(shù) 值 的畫面； 報警畫面顯示 ；歷時實時 趨勢 曲線顯示畫面。 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計原則 9 （ 1） 安全可靠 ： 對工業(yè) 控制計算機系統(tǒng)最基本的要求是安全性和可靠性高。在計算機控制系統(tǒng)的整個設(shè)計過程中，務(wù)必將安全可靠性放在首位。 首先要選用 高性能的工業(yè)控制計算機或其他的主機模式，保證其在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下，仍能正常運行。 其次設(shè)計可靠的控制方案，并且具有各種安全保護措施，比如異常報警、事故預(yù)測、故障診斷與處理、安全聯(lián)鎖、不間斷電源等功能。 最后控制系統(tǒng)要設(shè)計完善的抗干擾措施，硬件抗干擾措施有屏蔽、隔離、濾波和接地等，軟件抗干擾方法有數(shù)字濾波、軟件陷阱和看門狗技術(shù)等，另外還要考慮電源的抗干擾問題。 （ 2） 操作、維護與維修方 便：操作方便表現(xiàn)在系統(tǒng)便于學(xué)習(xí)掌握、操作簡單，而且畫面顯示直觀。維護與維修方便體現(xiàn)在易于查找故障、排除故障。 （ 3） 實時性強：實時性是計算機控制系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一，要求系統(tǒng) 對內(nèi)部和外部事件能及時的響應(yīng)，并在規(guī)定的時間內(nèi)做出相應(yīng)的處理。 （ 4） 通用性好：在設(shè)計開發(fā)計算機控制系統(tǒng)時，應(yīng)盡量采用積木式的模塊化結(jié)構(gòu)，便于以后系統(tǒng)稍作改動就能適應(yīng)新的要求。 （ 5） 經(jīng)濟性高 ：經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是系統(tǒng)的性能價格比要盡可能高，另一方面還要從提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量、節(jié)能降耗、減少污染、改善勞動條件等經(jīng) 濟、社會效益各方面進行綜合評估。 嵐山輸油站商儲 2 區(qū) 監(jiān)控系統(tǒng)方案 初步 設(shè)計 商儲 2 區(qū) 最重要的 監(jiān)控 是對工藝 流 程中的液位進行實時監(jiān)控。 因此 針對 商儲 2區(qū) 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求， 我們設(shè)計了以一臺 西門子 工控機通過通信轉(zhuǎn)換器組成的分布式監(jiān)控系統(tǒng)。由 PLC 控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并且傳輸?shù)缴衔粰C。 上位機作為管理機構(gòu) ， 負(fù)責(zé)文件管理、數(shù)據(jù)庫維護、報表自動生成并定時打印。下位機 PLC要對現(xiàn)場進行測量、采集信息，并通過線路送到主機 ， 由上位機完成數(shù)據(jù)處理的任務(wù) ， 根據(jù)下位機傳送來的信息 ， 上位機自動生成各種報表 ， 并在指定的時間打 印輸出 ， 從而將繁重的數(shù)據(jù)處理任務(wù)交給上位機完成 ， 大大減輕了下位機的負(fù)擔(dān) ， 以便更好地進行各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制功能 ， 保證系統(tǒng)的可靠性和精度。 PLC 控制系統(tǒng)主要完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu)的控制。來自生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程參數(shù)經(jīng)過傳感器測量變送后變?yōu)?4— 20mA 的標(biāo)準(zhǔn)儀表信號，經(jīng)信號電纜傳送至 PLC。模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，同時對需要控制的過程參數(shù)在 PLC 中進行 PID 運算，將運算結(jié)果經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸 出 4— 20mA 的控制信號，經(jīng)放大整形后驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對過程參數(shù)的 PID 控制。 本次設(shè)計采 用 PLC 控制器來采集與控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)。通過 PLC 控制器，將現(xiàn)場的模擬或數(shù)字信號傳輸?shù)焦た貦C中，