仪表课程设计14电子工程学院自动化1202班康凯.docx

课 程 设 计 电子工程学院 自动化专业 1202班 题 目 油田污水回注泵站监控系统设计润滑油 系统监测学 生 康 凯 学 号 201205080702 指导老师 阮 岩 二零一五年六月 目录一、组态软件的历史发展31.组态软件产生的背景 33.功能为主要产品介绍 4二、工艺介绍5三、控制回路及控制规律61.控制回路62. 控制规律63. 比例(P)控制64. 比例微分(PD)控制75. 比例积分微分(PID)控制76. 选择比例积分(PI)控制作为流量控制7四、仪表选型8（一）控制阀的选择81.自力式压力调节阀82.主要技术参数93生产厂家10（二）油罐选择101.技术参数102. 产品特性113. 生产厂家11（三）液位计的选择111.主要技术指标112.外形结构及安装方式123. 生产商14五、附组态运行画面141.工艺流程图142.实时趋势画图15六、 设计总结16七、参考资料16课程设计及任务书自动化仪表与过程控制题 目油田污水回注泵站监控系统设计润滑油系统监测学生姓名康凯学号201205080702专业班级自动化1202设计内容与要求本次课程设计的目的是熟悉过程控制系统的组态和调试，掌握自动化仪表与过程控制的基本应用，加深和巩固本课程及相关课程的知识，要求完成如下内容:1.悉油田污水回注泵站的工艺流程, 并对润滑油油箱液位进行自动控制；2.依据工艺流程和基本数据, 对所用仪表作出选型；3.对控制回路画出方框图，写出所选控制规律，及参数整定方法；4.了解组态软件的历史、发展及国内外现状，熟悉组态软件的应用，利用力控组态软件做出油田污水回注泵站监控系统的组态设计，并在报告中写出组态过程如：I/O端口分配、I/O点组态参数说明、控制回路组态说明等。最终要求做出工艺流程画面、趋势画面、报警画面，并利用软件提供的模拟对象，实现系统的自动控制。5完成课程设计报告。起止时间 2015 年 6月 2 日 至 2015 年 6 月 8 日指导教师签名 年 月 日系（教研室）主任签名 年 月 日学生签名 2015年6 月 5 日一、组态软件的历史发展1.组态软件产生的背景 “组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。 2.组态软件在我国的发展组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其原因，大致有以下几点： 国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件； 在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。 当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。 随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，MIS（管理信息系统，ManagementInformationSystem）和CIMS（计算机集成制造系统，ComputerIntegratedManufacturingSystem）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。3.功能为主要产品介绍 InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。 Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6.版本并不完全兼容。原有的Script语言改为VBA（VisualBasicForApplication），并且在内部集成了微软的VBA开发环境。遗憾的是，Intellution并没有提供6.1版脚本语言到VBA的转换工具。在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC（OLEforProcessControl）组织的发起成员之一。iFiX的OPC组件和驱动程序同样需要单独购买。 Citech：CiT公司的Citech也是较早进入中国市场的产品。Citech具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。Citech提供了类似语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。 WinCC：Simens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Simens的培训以掌握WinCC的应用。 组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。 Controx（开物）：华富计算机公司的Controx2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入OPC组织的软件开发商，Controx内建OPC支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持ActiveX组件和插件的即插即用，并支持通过ODBC连接外部数据库。Controx同时提供网络支持和WevServer功能。 ForceControl（力控）：大庆三维公司的ForceControl（力控）从时间概念上来说，力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows3.1的流行，又开发出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在19992000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特性、易用性、开放性和I/O驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设计上，力控都能从国内用户的角度出发，即注重实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。 其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及国内一些组态软件通态软件公司的MCGS，也都各有特色。二、工艺介绍将采油过程中产生的污水经过沉降过滤处理后，用低压水泵送入注水储罐，然后经高压注水泵增压，经两级加压到约 20 MPa 后送出，通过管线输送到注水井，用于注水作业。设计储水量为3*4000立方米，最大注水量为 2.0万吨/日。三、控制回路及控制规律1.控制回路 被控对象（润滑油控制） 调节阀 调节器 检测变送装置2. 控制规律尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。3. 比例(P)控制单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高。比例积分(PI)控制：比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。4. 比例微分(PD)控制比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。5. 比例积分微分(PID)控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。6. 选择比例积分(PI)控制作为流量控制 在选择了调节规律和调节器之后，下一步的问题就是整定参数采用飞升曲线法进行参数整定，得到衰减曲线如下：则可以从图中得到衰减比为4:1，以及衰减周期=8s，则根据上述参数查表可得采用PI调节的参数可选取如下：4、 仪表选型（一）控制阀的选择1.自力式压力调节阀ZZY型自力式压力调节阀无需外加能源，利用被调介质自身能量为动力源，引入执行机构控制阀芯位置，改变两端的压差和流量，使阀前（或阀后）压力稳定。具有动作灵敏，密封性好，压力设定点波动小等优点，广泛应用于气体、液体及蒸汽介质减压稳压或泄压稳压的自动控制。本系列产品有单座（ZZYP）、套筒（ZZYM）、双座（ZZYN）三种结构：执行机构有薄膜式、活塞式二种：作用型式有减压用阀后压力调节（B型）和泄压用阀前压力调节（K型）。产品公称压力等级有PN16、40、64；阀体口径范围DN20300；泄漏量等级有II级、IV级和VI能三档；流量特性为快开；压力分段调节从15250MPa。可按需要组合满足用户工况要求。ZZYP型自力式压力调节阀是由阀体、阀座、阀芯、平衡弹簧等部件组成，是一种无需外加能源，利用被调节介质自身压力变化来进行自动调节的阀门，是根据力学原理将被控介质引入执行机构产生力作用推动，控制阀芯元件上下位移达到自动调节，阀前或阀后恒压或减压的节能型产品。该产品最大的特点是能在无电、无气的场所工作，压力设定值在运行中可随意调整。采用快开流量特性，动作灵敏、密封性能好，广泛应用于石油、化工、电站、轻工、印染等各种工业设备中气体、液体、蒸汽等介质压力的自动控制。本系列产品执行机构有：薄膜式、活塞式两种；作用形式有：阀前压力调节（泄压持压型），阀后压力调节（减压稳压型）；附设隔温冷凝罐可在350温度下使用。根据不同的工况条件可选用不同的阀芯结构型式以及不同执行机构。阀前调节压力（K）型、阀后调节压力（B）型安装典型2.主要技术参数公称通径DN（mm）20253240506580100125150200额定流量系数Kv71120304875120190额定行程（mm）8101420254050允许压差（MPa）2.52.01.61.0公称压力（MPa）1.64.06.4流量特性快开压力调节范围（KPa）1550、4080、60100、80140、120180、160220、200260、240300、280350、330400、380450、430500、480560、540620、600700、680800780900、8801000、6001500、10002500调节精度（%）5工作温度液体120；气体80；带冷凝器和散热片350（适用于高温工况）适用介质执水、气体、蒸汽、低粘度介质允许泄漏量硬密封（L/h）单座10-4阀额定容量（IV级）；双座、套筒510-3阀额定容量（II级软密封（ml/min）0.150.300.450.600.901.74.06.75减压比最大10最小1.25注：压力调节范围可根据用户要求进行制做3生产厂家：上海大田阀门管道工程有限公司（二）油罐选择1.技术参数品牌/型号：远大/007 类型：化工储罐材质：不锈钢储罐 品牌：远大型号：007 容积：8000（m3）m3重量：3050-4030（kg） 适用物料：液体 规格：20（m）2. 产品特性a.永不生锈，选用进口食品级0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、00Cr17Ni、14Mo2不锈钢，不锈钢板材特有的优良耐蚀性，可永久性防锈； b.永不渗漏，独特的结构设计全焊接现场组合，具有超卓越的强度，不会出现漏水及密封不严现象； c.结构科学，独特的板形设计和冲压加工，科学的内部支撑构件和高强度不锈钢材料，使储罐整体具有出类拔萃的力学强度和流畅的外型；应用范围 a.建筑行业生活及消防给水； b. 各种场合的储水池； c.工矿企业的生产、生活用水； d. 其他类型的介质容器； e.各种类型的循环水、冷却水、热水供应系统。3. 生产厂家：惠州市远大金属设备有限公司（三）液位计的选择2088投入式液位计：2088系列投入式液位变送器是采用国外隔离式传感器芯片，由我厂开发研制的一种新型液位变送器。采用扩散硅、激光修正、温度补偿、模拟信号、数字电路处理等先进技术和工艺，具有精度高、可靠性好、响应速度快、性能稳定等特性。该产品结构简单，安装、使用、维修方便，是新一代的液位检测、控制仪表，抗干扰能力强，适合于远距离的信号传输，深受广大设计人员和用户的欢迎。目前已广泛用于石油、化工、水利、环保、冶金、制药、电力、轻工等领域，实现对液体液位的测量和控制。1.主要技术指标供电电压：1236VDC（一般24VDC）输出信号：420mA 两线制 010V 三线制05V 三线制 15V 三线制110V 三线制 智能型420mA+Hart协议 带Modbus RTV 通讯协议 (Modbus serial RS485)负载电阻：0750（一般采用250，见负载特性图）负载电阻RL精 度：0.2%FS，可选0.1%FS工作温度：-2580防护等级：IP68（与液体接触部分）环境温度影响：0.15%FS/10K防爆等级：a. 本安型iaCT6 仅限防爆型产品 b. 隔爆型dBT4 仅限防爆型产品被测介质：液体、浆体（部分）测量范围：00.3米至0200米 更深量程可订做产品调节：零位、量程可调节过压极限：标定液位值的2倍外磁场强度：400A/m2.外形结构及安装方式8右图是液位变送器的外形结构示意图主体接液材质：316L不锈钢转换器外壳：低铜铝合金 涂层：环氧喷塑中间电线材质：聚四氟乙烯（PTFE）安装固定：螺孔固定、螺纹固定、DN80法兰等重量：1.8kg（不计法兰重量）液位变送器应尽量安装在温度梯度和温度波动小的地方，同时还要避免振动和冲击请勿松动变送器上任何螺母，以免产品失效直接投入使用，如被测液体有沉淀物，应将传感器提得稍高于池底（容器底），以免堵塞液位变送器。8 荒野山区使用，仅需可靠接地，独有三重防雷设计 特别注意：不可用尖锐物品捅液位传感口选型规格表（默认水的密度，其他密度订货时请注明）2088 TU 投入式液位计（模拟信号420mA）2088 TS 投入式液位计（智能型420mA+Hart通讯）代码 量程电缆 单位 代码举例9CD横线上填量程及电缆长度 米 需5米量程，电缆8米 代码应为 9C5D8代码探头材质A316L不锈钢BPTFE聚四氟乙烯代码安装固定方式60标准壳体螺孔固定（推荐）62M20 螺纹连接固定63BSP2”螺纹连接固定65DN50不锈钢法兰连接固定68DN80不锈钢法兰连接固定69定制各法兰规格（DN32、DN100等）、各螺纹规格（M27、M54等）代码显示表头选项（指针刻度显示可特殊订货）B标准型（不带显示表头）C带LCD表头（液晶显示）E带LED表头（数码显示）代码产品等级1普通型4隔爆型5本安型2088TU 9C4D5 A 60 B 1 量程4米电缆5米,316L,螺孔固定,标准普通型3. 生产商：上海荣汉仪表有限公司五、附组态运行画面1.工艺流程图2.实时趋势画图3.历史报警画图4.策略生成图6、 设计总结 通过对本次的课程设计,让我对工业流程以及工业控制有了初步的了解.在实验室时，我认真听取老师的讲授,并且跟着老师的步骤一步一步的做,在实验室以外,我认真查阅并收集资料,最终独立完成任务.在完成任务的同时,我还收获了知识，收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。七、参考资料自动化仪表及过程控制 课程设计指导书 自动化仪表及过程控制 施仁 刘文江 郑辑光 其他资料来自网络