儀表課程設(shè)計14電子工程學(xué)院自動化1202班康凱

1、 課 程 設(shè) 計 電子工程學(xué)院 自動化專業(yè) 1202班 題 目 油田污水回注泵站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計潤滑油 系統(tǒng)監(jiān)測學(xué) 生 康 凱 學(xué) 號 201205080702 指導(dǎo)老師 阮 巖 二零一五年六月 目錄一、組態(tài)軟件的歷史發(fā)展31.組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景 33.功能為主要產(chǎn)品介紹 4二、工藝介紹5三、控制回路及控制規(guī)律61.控制回路62. 控制規(guī)律63. 比例(P)控制64. 比例微分(PD)控制75. 比例積分微分(PID)控制76. 選擇比例積分(PI)控制作為流量控制7四、儀表選型8（一）控制閥的選擇81.自力式壓力調(diào)節(jié)閥82.主要技術(shù)參數(shù)93生產(chǎn)廠家10（二）油罐選擇101.技術(shù)參數(shù)102. 產(chǎn)品

2、特性113. 生產(chǎn)廠家11（三）液位計的選擇111.主要技術(shù)指標(biāo)112.外形結(jié)構(gòu)及安裝方式123. 生產(chǎn)商14五、附組態(tài)運行畫面141.工藝流程圖142.實時趨勢畫圖15六、 設(shè)計總結(jié)16七、參考資料16課程設(shè)計及任務(wù)書自動化儀表與過程控制題 目油田污水回注泵站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計潤滑油系統(tǒng)監(jiān)測學(xué)生姓名康凱學(xué)號201205080702專業(yè)班級自動化1202設(shè)計內(nèi)容與要求本次課程設(shè)計的目的是熟悉過程控制系統(tǒng)的組態(tài)和調(diào)試，掌握自動化儀表與過程控制的基本應(yīng)用，加深和鞏固本課程及相關(guān)課程的知識，要求完成如下內(nèi)容:1.悉油田污水回注泵站的工藝流程, 并對潤滑油油箱液位進(jìn)行自動控制；2.依據(jù)工藝流程和基本數(shù)據(jù),

3、對所用儀表作出選型；3.對控制回路畫出方框圖，寫出所選控制規(guī)律，及參數(shù)整定方法；4.了解組態(tài)軟件的歷史、發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀，熟悉組態(tài)軟件的應(yīng)用，利用力控組態(tài)軟件做出油田污水回注泵站監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計，并在報告中寫出組態(tài)過程如：I/O端口分配、I/O點組態(tài)參數(shù)說明、控制回路組態(tài)說明等。最終要求做出工藝流程畫面、趨勢畫面、報警畫面，并利用軟件提供的模擬對象，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。5完成課程設(shè)計報告。起止時間 2015 年 6月 2 日 至 2015 年 6 月 8 日指導(dǎo)教師簽名 年 月 日系（教研室）主任簽名 年 月 日學(xué)生簽名 2015年6 月 5 日一、組態(tài)軟件的歷史發(fā)展1.組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景

4、“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它

5、們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機接口軟件，HumanMachineInterface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重

6、的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。 2.組態(tài)軟件在我國的發(fā)展組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進(jìn)入我國。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國的應(yīng)用并不普及。究其原因，大致有以下幾點： 國內(nèi)用戶還缺乏對組態(tài)軟件的認(rèn)識，項目中沒有組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍唧w項目做長周期的繁冗的上位機的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件； 在很長時間里，國

7、內(nèi)用戶的軟件意識還不強，面對價格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購買正版。 當(dāng)時國內(nèi)的工業(yè)自動化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。 隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時，人們逐漸意識到原有的上位機編程的開發(fā)方式。對項目來說是費時費力、得不償失的，同時，MIS（管理信息系統(tǒng)，ManagementInformationSystem）和CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)，ComputerIntegratedManufacturingS

8、ystem）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的各個環(huán)節(jié)。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。3.功能為主要產(chǎn)品介紹 InTouch：Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入我國的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫。但是，早期的InTouch軟件采用方式與驅(qū)動程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經(jīng)完全基于32位的Windows平臺，并且提供了OPC支持。 Fix：Intellution公司以

9、Fix組態(tài)軟件起家，1995年被愛默生收購，現(xiàn)在是愛默生集團(tuán)的全資子公司，F(xiàn)ix6.軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動程序（需單獨購買）。Intellution將自己最新的產(chǎn)品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強大的組態(tài)功能，但新版本與以往的6.版本并不完全兼容。原有的Script語言改為VBA（VisualBasicForApplication），并且在內(nèi)部集成了微軟的VBA開發(fā)環(huán)境。遺憾的是，Intellution并沒有提供6.1版腳本語言到VBA的轉(zhuǎn)換工具。在iFiX中，Intellution的產(chǎn)品與Microsoft的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了

10、緊密的集成。Intellution也是OPC（OLEforProcessControl）組織的發(fā)起成員之一。iFiX的OPC組件和驅(qū)動程序同樣需要單獨購買。 Citech：CiT公司的Citech也是較早進(jìn)入中國市場的產(chǎn)品。Citech具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。Citech提供了類似語言的腳本語言進(jìn)行二次開發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語言并非是面向?qū)ο蟮模穷愃朴谡Z言，這無疑為用戶進(jìn)行二次開發(fā)增加了難度。 WinCC：Simens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，Simens提供類語言的腳本，包括一個調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OP

11、C支持，并可對分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。但WinCC的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過Simens的培訓(xùn)以掌握WinCC的應(yīng)用。 組態(tài)王：組態(tài)王是國內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司（更早的品牌多數(shù)已經(jīng)湮滅）。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動程序。 Controx（開物）：華富計算機公司的Controx2000是全32位的組態(tài)開發(fā)平臺，為工控用戶提供了強大的實時曲線、歷史曲線、報警、數(shù)據(jù)報表及報告功能。作為國內(nèi)最早加入OPC組織的軟件開發(fā)商，Controx內(nèi)建OPC支持，并提供數(shù)十種高性能驅(qū)動程序。提供面向?qū)ο蟮哪_本語言編譯器，支持Ac

12、tiveX組件和插件的即插即用，并支持通過ODBC連接外部數(shù)據(jù)庫。Controx同時提供網(wǎng)絡(luò)支持和WevServer功能。 ForceControl（力控）：大慶三維公司的ForceControl（力控）從時間概念上來說，力控也是國內(nèi)較早就已經(jīng)出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。只是因為早期力控一直沒有作為正式商品廣泛推廣，所以并不為大多數(shù)人所知。大約在93年左右，力控就已形成了第一個版本，只是那時還是一個基于DOS和VMS的版本。后來隨著Windows3.1的流行，又開發(fā)出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控誕生之前，他主要用于公司內(nèi)部的一些項目。32位下的1.0版的力控，在體

13、系結(jié)構(gòu)上就已經(jīng)具備了較為明顯的先進(jìn)性，其最大的特征之一就是其基于真正意義的分布式實時數(shù)據(jù)庫的三層結(jié)構(gòu)，而且其實時數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)可為可組態(tài)的活結(jié)構(gòu)。在19992000年期間，力控得到了長足的發(fā)展，最新推出的2.0版在功能的豐富特性、易用性、開放性和I/O驅(qū)動數(shù)量，都得到了很大的提高。在很多環(huán)節(jié)的設(shè)計上，力控都能從國內(nèi)用戶的角度出發(fā)，即注重實用性，又不失大軟件的規(guī)范。另外，公司在產(chǎn)品的培訓(xùn)、用戶技術(shù)支持等方面投入了較大人力，相信在較短時間內(nèi)，力控軟件產(chǎn)品將在工控軟件界形成巨大的沖擊。 其他常見的組態(tài)軟件還有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的

14、Wizcon以及國內(nèi)一些組態(tài)軟件通態(tài)軟件公司的MCGS，也都各有特色。二、工藝介紹將采油過程中產(chǎn)生的污水經(jīng)過沉降過濾處理后，用低壓水泵送入注水儲罐，然后經(jīng)高壓注水泵增壓，經(jīng)兩級加壓到約 20 MPa 后送出，通過管線輸送到注水井，用于注水作業(yè)。設(shè)計儲水量為3*4000立方米，最大注水量為 2.0萬噸/日。三、控制回路及控制規(guī)律1.控制回路 被控對象（潤滑油控制） 調(diào)節(jié)閥 調(diào)節(jié)器 檢測變送裝置2. 控制規(guī)律盡管不同類型的控制器，其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有三個：比例(P)控制、積分(I)控制和微分(D)控制。這幾種控制規(guī)律可以單獨使用，但是更多場合是組合使用。如比例(P)控制、比例

15、-積分(PI)控制、比例-積分-微分(PID)控制等。3. 比例(P)控制單純的比例控制適用于擾動不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高。比例積分(PI)控制：比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點就是控制及時、迅速。比例積分控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)生產(chǎn)中液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。由于引入積分作用能消除余差，彌補了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。對于有較大慣性滯后的控制系統(tǒng)，要盡量避免使用。4. 比例微分(PD)控制比例和微分作用結(jié)合，比單純的比例作用更快。尤其是對容量滯后的對象，可以減小動偏差的

16、幅度，節(jié)省控制時間，顯著改善控制質(zhì)量。5. 比例積分微分(PID)控制最為理想的控制當(dāng)屬比例-積分-微分控制規(guī)律。它集三者之長：既有比例作用的及時迅速，又有積分作用的消除余差能力，還有微分作用的超前控制功能。6. 選擇比例積分(PI)控制作為流量控制 在選擇了調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)器之后，下一步的問題就是整定參數(shù)采用飛升曲線法進(jìn)行參數(shù)整定，得到衰減曲線如下：則可以從圖中得到衰減比為4:1，以及衰減周期=8s，則根據(jù)上述參數(shù)查表可得采用PI調(diào)節(jié)的參數(shù)可選取如下：4、 儀表選型（一）控制閥的選擇1.自力式壓力調(diào)節(jié)閥ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動力源，引入執(zhí)行機構(gòu)控制閥芯位置

17、，改變兩端的壓差和流量，使閥前（或閥后）壓力穩(wěn)定。具有動作靈敏，密封性好，壓力設(shè)定點波動小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于氣體、液體及蒸汽介質(zhì)減壓穩(wěn)壓或泄壓穩(wěn)壓的自動控制。本系列產(chǎn)品有單座（ZZYP）、套筒（ZZYM）、雙座（ZZYN）三種結(jié)構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式、活塞式二種：作用型式有減壓用閥后壓力調(diào)節(jié)（B型）和泄壓用閥前壓力調(diào)節(jié)（K型）。產(chǎn)品公稱壓力等級有PN16、40、64；閥體口徑范圍DN20300；泄漏量等級有II級、IV級和VI能三檔；流量特性為快開；壓力分段調(diào)節(jié)從15250MPa?？砂葱枰M合滿足用戶工況要求。ZZYP型自力式壓力調(diào)節(jié)閥是由閥體、閥座、閥芯、平衡彈簧等部件組成，是一種無需外加能源

18、，利用被調(diào)節(jié)介質(zhì)自身壓力變化來進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的閥門，是根據(jù)力學(xué)原理將被控介質(zhì)引入執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生力作用推動，控制閥芯元件上下位移達(dá)到自動調(diào)節(jié)，閥前或閥后恒壓或減壓的節(jié)能型產(chǎn)品。該產(chǎn)品最大的特點是能在無電、無氣的場所工作，壓力設(shè)定值在運行中可隨意調(diào)整。采用快開流量特性，動作靈敏、密封性能好，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、輕工、印染等各種工業(yè)設(shè)備中氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)壓力的自動控制。本系列產(chǎn)品執(zhí)行機構(gòu)有：薄膜式、活塞式兩種；作用形式有：閥前壓力調(diào)節(jié)（泄壓持壓型），閥后壓力調(diào)節(jié)（減壓穩(wěn)壓型）；附設(shè)隔溫冷凝罐可在350溫度下使用。根據(jù)不同的工況條件可選用不同的閥芯結(jié)構(gòu)型式以及不同執(zhí)行機構(gòu)。閥前調(diào)節(jié)壓力（K）

19、型、閥后調(diào)節(jié)壓力（B）型安裝典型2.主要技術(shù)參數(shù)公稱通徑DN（mm）20253240506580100125150200額定流量系數(shù)Kv71120304875120190額定行程（mm）8101420254050允許壓差（MPa）2.52.01.61.0公稱壓力（MPa）1.64.06.4流量特性快開壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa）1550、4080、60100、80140、120180、160220、200260、240300、280350、330400、380450、430500、480560、540620、600700、680800780900、8801000、6001500、10002500調(diào)節(jié)

20、精度（%）5工作溫度液體120；氣體80；帶冷凝器和散熱片350（適用于高溫工況）適用介質(zhì)執(zhí)水、氣體、蒸汽、低粘度介質(zhì)允許泄漏量硬密封（L/h）單座10-4閥額定容量（IV級）；雙座、套筒510-3閥額定容量（II級軟密封（ml/min）0.150.300.450.600.901.74.06.75減壓比最大10最小1.25注：壓力調(diào)節(jié)范圍可根據(jù)用戶要求進(jìn)行制做3生產(chǎn)廠家：上海大田閥門管道工程有限公司（二）油罐選擇1.技術(shù)參數(shù)品牌/型號：遠(yuǎn)大/007 類型：化工儲罐材質(zhì)：不銹鋼儲罐 品牌：遠(yuǎn)大型號：007 容積：8000（m3）m3重量：3050-4030（kg） 適用物料：液體 規(guī)格：20（m

21、）2. 產(chǎn)品特性a.永不生銹，選用進(jìn)口食品級0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、00Cr17Ni、14Mo2不銹鋼，不銹鋼板材特有的優(yōu)良耐蝕性，可永久性防銹； b.永不滲漏，獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計全焊接現(xiàn)場組合，具有超卓越的強度，不會出現(xiàn)漏水及密封不嚴(yán)現(xiàn)象； c.結(jié)構(gòu)科學(xué)，獨特的板形設(shè)計和沖壓加工，科學(xué)的內(nèi)部支撐構(gòu)件和高強度不銹鋼材料，使儲罐整體具有出類拔萃的力學(xué)強度和流暢的外型；應(yīng)用范圍 a.建筑行業(yè)生活及消防給水； b. 各種場合的儲水池； c.工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水； d. 其他類型的介質(zhì)容器； e.各種類型的循環(huán)水、冷卻水、熱水供應(yīng)系統(tǒng)。3. 生產(chǎn)廠家：惠州市遠(yuǎn)大金屬設(shè)備有限公司（三）液

22、位計的選擇2088投入式液位計：2088系列投入式液位變送器是采用國外隔離式傳感器芯片，由我廠開發(fā)研制的一種新型液位變送器。采用擴散硅、激光修正、溫度補償、模擬信號、數(shù)字電路處理等先進(jìn)技術(shù)和工藝，具有精度高、可靠性好、響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定等特性。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，安裝、使用、維修方便，是新一代的液位檢測、控制儀表，抗干擾能力強，適合于遠(yuǎn)距離的信號傳輸，深受廣大設(shè)計人員和用戶的歡迎。目前已廣泛用于石油、化工、水利、環(huán)保、冶金、制藥、電力、輕工等領(lǐng)域，實現(xiàn)對液體液位的測量和控制。1.主要技術(shù)指標(biāo)供電電壓：1236VDC（一般24VDC）輸出信號：420mA 兩線制 010V 三線制05V 三線制 1

23、5V 三線制110V 三線制 智能型420mA+Hart協(xié)議 帶Modbus RTV 通訊協(xié)議 (Modbus serial RS485)負(fù)載電阻：0750（一般采用250，見負(fù)載特性圖）負(fù)載電阻RL精 度：0.2%FS，可選0.1%FS工作溫度：-2580防護(hù)等級：IP68（與液體接觸部分）環(huán)境溫度影響：0.15%FS/10K防爆等級：a. 本安型iaCT6 僅限防爆型產(chǎn)品 b. 隔爆型dBT4 僅限防爆型產(chǎn)品被測介質(zhì)：液體、漿體（部分）測量范圍：00.3米至0200米 更深量程可訂做產(chǎn)品調(diào)節(jié)：零位、量程可調(diào)節(jié)過壓極限：標(biāo)定液位值的2倍外磁場強度：400A/m2.外形結(jié)構(gòu)及安裝方式8右圖是液位變送器的外形結(jié)構(gòu)示意圖主體接液材質(zhì)：316L不銹鋼轉(zhuǎn)換器外殼：低銅鋁合金 涂層：環(huán)氧噴塑中間電線材質(zhì)：聚四氟乙烯（PTFE）安裝固定：螺孔固定、螺紋固定、DN80法蘭等重量：1.8kg（不計法蘭重量）液位變送器應(yīng)盡量安裝在溫度梯度和溫度波動小的地方，同時還要避免振動和沖擊請勿松動變送器上任何螺母，以免產(chǎn)品失效直接投入使用，如被測液體有沉淀物，應(yīng)將傳感器提得稍高于池底（容器底），以免堵塞液位變送器。8 荒野山區(qū)使用，僅需可靠接地，獨有三重防