Проектирование микропроцессорной системы сбора данных с узла обезвоживания нефти

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

 

Кафедра Кибернетических систем

специальность 220201 «Управление и информатика в технических системах»

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине: «Проектирование микропроцессорных систем автоматизации»

на тему: «Проектирование микропроцессорной системы сбора данных с узла обезвоживания нефти»

 

 

 

 

  Выполнил                         ст. гр. УИТС-04-2, Закиров О.

 

  Проверил                             д.т.н., проф. Кузяков О.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Дата защиты_____________                      Оценка__________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2008

 

Задание на курсовое проектирование

 

Разработать структурную и принципиальную схемы микропроцессорной системы сбора данных на основе микропроцессора КР580ВМ80А. Система должна обеспечивать опрос 16 аналоговых и 30 дискретных датчиков с интервалом опроса 10 с и накапливать информацию в течение 4 суток. Предусмотреть реакцию системы на падение напряжения питания.

Размер ОЗУ необходимо рассчитать. Размер ПЗУ 12 Кбайт.

 

Реферат

 

Курсовая работа содержит 42 страницы машинописного текста, 5 приложений, 4 рисунка, 4 таблицы и список использованных источников из 7-ми наименований.

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА, МИКРОПРОЦЕССОР, ГЕНЕРАТОР ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ, ШИННЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ, БУФЕРНЫЙ РЕГИСТР, ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ТАЙМЕР, АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, КОМПАРАТОР.

Объектом исследования является микропроцессорная система сбора данных с узла обезвоживания.

Цель работы: разработать структурную и принципиальную схемы микропроцессорной системы сбора данных с узла обезвоживания.

В результате работы разработаны принципиальная, структурная и функциональная схемы вышеназванной микропроцессорной системы.

Область применения: разработанное устройство может применяться для сбора данных о технологических параметрах узла обезвоживания. Также система может быть расширена и применена на другом объекте, где требуется сбор информации.

 

Содержание

 

 

 

 

 

Введение

Достигнутые к началу 70-х гг. успехи в области технологии интегральных микросхем и организации вычислительных устройств привели к появлению нового класса приборов – микропроцессоров. Сегодня микропроцессорная техника – индустриальная отрасль со своей методологией и средствами проектирования.

Микропроцессорные БИС относятся к новому классу микросхем, одной из особенностей которого является возможность программного управления работой БИС с помощью определенного набора команд. Эта особенность нашла отражение в программно-аппаратном принципе построения микропроцессорных систем (МС) - цифровых устройств или систем обработки данных, контроля и управления, построенных на базе одного или нескольких микропроцессоров (МП).

 

1. Обезвоживание нефти
1. Описание технологического процесса обезвоживания нефти

Технологический процесс обезвоживания и обессоливания нефти осуществляется  следующим образом.

Нефть через узел переключений задвижек поступает в технологические резервуары РВС-10000 №№ 2,4. Резервуары оборудованы приборами: замера уровня жидкости, контроля предельного верхнего уровня жидкости, межфазного уровня жидкости “вода-нефть”. Предупредительная сигнализация срабатывает при уровне жидкости Hmax=10,5 м.

Пределы регулирования межфазного уровня “вода-нефть”  в пределах   H=2,0-3,5 м.

В резервуарах №№ 2,4 происходит дальнейшее обезвоживание нефти путем гравитационного отстоя. Отстоявшаяся в резервуарах нефть с обводненностью до 10% по трубопроводу (“нефтяной стояк”) с высоты Н=4,5 м. поступает на электродегидраторы №№ 1,2, где происходит обезвоживание и обессоливание нефти. Электродегидраторы горизонтального типа.

Оборудованы электродегидраторы приборами: контроля электрического тока в фазах “А”, ”С” внешней цепи, межфазного напряжения внешней цепи; контроля и регулирования давления, межфазного уровня ”вода-нефть”. Электрический ток в каждой фазе контролируется отдельным амперметром, установленным на щите в операторной. Пределы контролирования тока  J=0-240А. Межфазное напряжение внешней цепи контролируется вольтметрами, установленными на щите операторной. Пределы измерения напряжения U=0-500 В. Регулируется давление пневматическими клапанами, установленными на трубопроводах выхода нефти из каждого электродегидратора. Пределы регулирования давления в электродегидраторах Р=0,3-0,8 МПа. Регулируется уровень раздела фаз пневмоклапанами , установленными на трубопроводах выхода воды из электродегидраторов. Пределы регулирования уровня раздела фаз Н=0,5-1,3 м.

Во избежание аварийных ситуаций и безопасного ведения технологического процесса предусмотрена система блокировок по остановке электродегидратора в следующих случаях:

-при повышении электротока  во внешних фазах цепи, Jmax>240А;

-при повышении давления  в электродегидраторе Рmax>0,8 МПа;

-при открытой двери  на площадке обслуживания трансформатора;

Аварийная сигнализация срабатывает:

-при повышении электротока  во внешних фазах, Jmax=240А;

-по межфазному уровню  при Нmax>1,3 м.;

На выходе электродегидраторов нефть должна быть с обводненностью не более 0.5%

После электродегидратора обезвоженная нефть поступает на технологические насосы ЦНС 300х120 (Н-1,2,3).

Насосы ЦНС 300х120 снабжены приборами контроля давления, температуры подшипников насоса; утечки сальников. Срабатывает  сигнализация и блокировка работы насосов: по давлению при Pmin= 0,9 МПа и Pmax= 1,3 МПа; температуре подшипников Tmax=70°С; предельно-допустимом уровне жидкости в стакане Hmax=0,1 м.

Подтоварная вода с электродегидраторов ЭГ 1-2 через задвижки поступает в технологические резервуары РВС-10000 №№ 2,4 УПН.

Сброс с предохранительных клапанов электродегидраторов ЭГ1-ЭГ2 осуществляется в газосепаратор ГС-1.

2. Система сигнализации и блокировки

В связи с непрерывностью технологического процесса на узле обезвоживания нефти предусмотрена система контроля и сигнализации. Система сигнализации и контроля обеспечивает безопасность работы установки, следя за технологическими параметрами процесса и предупреждая об отклонении этих параметров. В таблице 1 приведены технологические параметры, аппараты и узлы, за которыми ведется непрерывный контроль, а система контроля производит срабатывание сигнализации или блокировку процесса при возникновении условий, которые также перечислены в этой таблице.

 

Таблица 1 – Граничные параметры системы сигнализации и контроля

№ п/п	Технологический параметр аппарат или узел схемы	Сигнализация				Блокировка
		Предупредительная		Аварийная
		Min	max	min	max	min	max
1	2	3	4	5	6	7	8
2	Электродегидраторы ЭГ1-2	-	-	-	-	-	-
	давление, МПа	-	-	-	0.8	-	0.8
	уровень раздела фаз "в\н", м	-	-	-	1.3	-	-
	электроток во внешних фазах цепи, А	-	-	-	240	-	240
3	Технологические резервуары (нефтяные) РВС-10000 № 2,4	-	-	-	-	-	-
	уровень жидкости, м	-	-	-	10.5	-	-
4	Технологические насосы ЦНС 300х120 № 1-3	-	-	-	-	-	-
	давление нагнетания, МПа	-	-	0.9	1.3	0.9	1.3
	температура подшипников, °С	-	-	-	70	-	70
	уровень жидкости в "стакане", м	-	-	-	0.1	-	0.1

3. Выбор преобразователей, исполнительных механизмов

УПН состоит из нескольких объектов, на которых требуется производить замеры давления. В том числе на описываемом в рамках данной курсовой работы узле обезвоживания нефти давление замеряется на электродегидраторе.

Существует несколько фирм производителей датчики, которых используют в нефтегазовой промышленности. Самые распространенные используемые датчики это Метран и Сапфир. Сравнивая их технические характеристики, выберем наиболее оптимальный преобразователь давления для электродегидраторов.

Преобразователь типа Сапфир-22М-ДИ 2150 подходит для работы с электродегидраторами, поскольку предельное измеряемое давление этого датчика равно 1 МПа, а давление максимальное измеряемое давление на этих установках не превышает 0.9 МПа, по технологической карте. Исходя именно из этих соображений для измерения давления на выходе электродегидратора выбираем Сапфир-22М-ДИ 2150.

Для измерения уровня выберем волноводный уровнемер серии 3300. Приборы предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами с взрывоопасными условиями производства и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – уровня жидкости, нейтральных и агрессивных, сред в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Выбор именно этого датчика измерения уровня связан с тем, что разброс минимального и максимального контроля уровня на объекте достаточно широк, от 0.1 м на насосах и до 10,5 в резервуарах.

Таким образом, при помощи выбранного волноводного уровнемера серии 3300 измеряется уровень жидкости в следующих технологических объектах:

- резервуары РВС-1-4;

- электродегидраторы;

Для измерения температуры подшипников в насосах используем термопреобразователь сопротивления медный ТМ-9202.

Электрический ток в фазе контролируется амперметром.

Межфазное напряжение внешней цепи контролируется вольтметром.

Для прямолинейного перемещения с постоянной скоростью регулирующих органов используется механизм прямоходный типа МЭП-2500.

2. Разработка микропроцессорной системы
1. Разработка структурной схемы микропроцессорной системы

Структурная схема системы представлена в приложении А.

Микропроцессорная система (МПС) состоит из следующих блоков: генератора (Г), микропроцессора (МП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), параллельного программируемого интерфейса (ППИ), аналогового мультиплексора (AMUX), цифрового мультиплексора (DMUX), программируемого таймера (ПТ), аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), универсального приемопередатчика (УПП).

Генератор (Г) служит для формирования сигналов сброса системы и синхронизации.

МП формирует шину адреса (ША), шину данных (ШД) и шину управления (ШУ).

ОЗУ предназначено для хранения данных опроса датчиков, а также промежуточные данные. ПЗУ предназначена для хранения кода программы и различных констант.

ППИ предназначено для подключения внешних устройств и дискретных датчиков.

АЦП предназначено для преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

AMUX предназначен для опроса нескольких  аналоговых датчиков.

DMUX предназначен для опроса нескольких  дискретных датчиков.

ПТ предназначен для отсчета определенного интервала опроса и формирования частоты синхронизации для УПП.

Аналоговые сигналы с датчиков поступают на входы АMUX, который в каждый интервал времени коммутирует один из сигналов с АЦП. Затем данные с АЦП через ППИ записываются в регистры МП. После этого значения регистров МП записываются в ОЗУ.

Сигналы с дискретных датчиков поступают на входы DMUX, который в каждый интервал времени коммутирует один из сигналов. Эти данные поступают через ППИ в регистры МП. После этого значения регистров МП записываются в ОЗУ.

УПП предназначен для передачи данных на верхний уровень каждый 4 суток.

2. Разработка блок-схемы алгоритма работы программы

Блок схема управляющей программы, а также блок-схемы подпрограмм приведены в Приложении Б.

Система сбора данных, управляемая микропроцессором, работает по программе, заложенной в ПЗУ. Программа отвечает за последовательное выполнение определенных действий, необходимых для корректного функционирования системы. Текст программы приведен в приложении В. Ниже приведены основные общие блоки основной программы:

• сброс системы, очистка ОЗУ;
• инициализацию всех устройств, параллельного программируемого интерфейса, универсального приемопередатчика, контроллера прерываний и программируемых таймеров;

Основная подпрограмма опроса датчиков (подпрограмма обработки запроса на прерывание от таймера) включает:

• чтение значений дискретных датчиков;
• запись данных с дискретных датчиков в ОЗУ;
• опрос аналоговых датчиков;
• занесение состояния датчиков в ОЗУ;
• передачу на верхний уровень.