自動化儀表與過程控制課程設(shè)計分解

1、西安石油大學(xué)課程設(shè)計電子工程 學(xué)院 自動化 專業(yè) 自1202班題 目自動化儀表與過程控制課程設(shè)計學(xué) 生指導(dǎo)老師阮巖二O五年六月目錄一. 組態(tài)軟件的歷史發(fā)展 43.國內(nèi)外主要產(chǎn)品介紹 5二工藝介紹7三控制回路，方框圖及控制規(guī)律 71. 控制回路方框圖72. 控制規(guī)律7四、 儀表選型一一流量計的選擇 8（一）1.污水流量計81.概述82. 特點93. 襯里選擇94. 電極的選擇105.流量范圍116.生產(chǎn)廠家12五.附組態(tài)運(yùn)行畫面131. 工藝畫面132. 實時趨勢錯誤！未定義書簽。3. 報警畫面1318自動化儀表與過程控制課程設(shè)計任務(wù)書題目油田污水回注泵站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計一一注水泵控制學(xué)生姓名學(xué)號專

2、業(yè)班級設(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，并實現(xiàn)注水泵出口流量檢測控制2依據(jù)工藝流程和基本數(shù)據(jù)，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

3、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200年 7月 2 日至 200年 7 月 6 日指導(dǎo)教師簽名阮巖200年6月26日系（教研室）主任簽名200年6月28 日學(xué)生簽名200年6月29 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“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（DistributedControl System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(jī)）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)

4、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(qiáng)；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(jī)接口軟件，Human Mach ine In terface ）的概念，

5、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

6、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 占：八、 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?投入人力物力針對具體項目做長周期的繁冗的上位機(jī)的編程開發(fā)， 而不采用 組態(tài)軟件； 在很長時間里，國內(nèi)用戶的軟件意識還不強(qiáng)，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

7、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(jī)編程的開發(fā)方式。 對項目來說是費(fèi)時費(fèi) 力、得不償失的，同時，MIS（管理信息系統(tǒng)，Man ageme nt In formationSystem）和 CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，Computer In tegratedManu facturi ngSystem）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. 國內(nèi)外主要產(chǎn)品介紹 In Touch : Won derw

8、are的In Touch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 Win dows3.1的In Touch軟件曾讓我們耳目一新， 并且In Touch提供了豐富的圖庫。但是，早期的In Touch軟件采用DDE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 Win dows平臺，并且提供了 OPC支持。 Fix ： Intellution 公司以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. x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(dú)購買）。In tellutio n將自己最

9、新的產(chǎn)品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，但新版本與以往的6. x版本并不完全兼容。原有的 Script語言改為VBA（Visual Basic For Applicati on ），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) 行了緊密的集成。Intellution 也是 OPC（OLE for Process Control ） 組織的發(fā)起成員之一。iFiX的OPC&件和驅(qū)動程序同

10、樣需要單獨(dú)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C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穷愃朴贑語言，這無疑為用戶 進(jìn)行二次開發(fā)增加了難度。 WinCC Sime ns的WinCC也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，Sime ns提供類C語言的腳本，包括一個調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OPC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 Sime ns的培訓(xùn)以掌握 WinCC的應(yīng)用。

11、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(jī)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(qiáng)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 ActiveX組件和插件的即插即用，并支持通過ODBC1接外部數(shù)據(jù)庫。Controx 同時提供網(wǎng)絡(luò)支持和

12、WevServer功能。 ForceCo ntrol （力控）：大慶三維公司的 ForceCo ntrol （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® 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

13、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Wizcon以及國內(nèi)一些組態(tài)軟件通態(tài)軟件公司的

14、MCG,S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k、r儲水罐i tL儲水耀2 -計董站A計量站D輸送到注水井，用于注水作業(yè)油田污水來自巴71廿2高壓水至注朮管網(wǎng)計量站月計量點儲止罐3泗滑油泵潤滑油罐潤滑油管路系統(tǒng)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，方框圖及控制規(guī)律1.控制回路方框圖2.控制規(guī)律采用飛升曲線法進(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Tr=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

15、取如下：K =1.2, K v "。，K i =0°85s,=6&四、儀表選型一一流量計的選擇（一） 1污水流量計1.概述污水流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成，它是基于法拉第電磁感應(yīng)定律工 作的，用來測量電導(dǎo)率大于5卩S/cm導(dǎo)電液體的體積流量，是一種測量導(dǎo)電介質(zhì) 體積流量的感應(yīng)式儀表。除可測量一般導(dǎo)電液體的體積流量外，電磁流量計還可 用于測量強(qiáng)酸強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕液體和泥漿、礦漿、紙漿等均勻的液固兩相懸浮液體 的體積流量。污水流量計廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕紡、造紙、環(huán)保、食 品等工業(yè)部門及市政管理，水利建設(shè)、河流疏浚等領(lǐng)域的流量計量。2. 特點1、可編程頻率低頻矩

16、形波勵磁，提高了流量測量的穩(wěn)定性，功率損耗低；2、采用16位嵌入式微處理器，運(yùn)算速度快，精度高；3、全數(shù)字量處理，抗干擾能力強(qiáng)，測量可靠，精度高，流量測量范圍度可 達(dá) 1500:1 ；4、超低EMI開關(guān)電源，適用電源電壓變化范圍大，抗 EMC生能好；5、全漢字菜單操作，使用方便，操作簡單，易學(xué)易懂；&高清晰度背光LCD顯示；7、具有雙向流量測量、雙向總量累計功能，電流、頻率具備雙向輸出功能；8、內(nèi)部具有三個積算器可分別顯示正向累計量、 反向累計量及差值積算量;9、具有RS485或 RS232數(shù)字通訊信號輸出,可帶HART協(xié)議10、具有電導(dǎo)率測量功能，可判別傳感器是否空管；11、恒流勵磁

17、電流范圍大，可與不同公司、不同類型的電磁流量傳感器配套 使用；12、具有自檢與自診斷功能；13、采用SMD器件和表面安裝（SMT技術(shù)，電路可靠性高；14、儀表內(nèi)部設(shè)計有不掉電時鐘，可記錄 16次掉電時間。3.襯里選擇襯里材主要最高介質(zhì)溫度適用范圍料性能？體型分離型聚四氟乙烯（F4）是化學(xué)性能最穩(wěn)定的一 種塑料，能耐沸騰的鹽 酸、硫酸、硝酸和王水， 也能耐濃堿和各種有機(jī) 溶劑。不耐三氟化氯、高 溫三氟化氯、高流速液 氟、液氧、自氧的腐蝕。70 C100C 150 C（需特殊訂貨）1、濃酸、堿等強(qiáng) 腐蝕性 介質(zhì)。2、衛(wèi)生 類介質(zhì)。聚全氟乙 丙烯（F46）同F(xiàn)4,耐磨性、抗負(fù)壓 能力高于F4。同上聚

18、氟合乙烯（Fs）適用溫度上限較聚四氟 乙烯低，但成本也較低。80 r聚氯丁橡膠1、有極好的彈性，高度 的扯斷力，耐磨性能好。2、耐一般低濃度酸、堿、 鹽介質(zhì)的腐蝕，不耐氧化 介質(zhì)的腐蝕。80°C 120°C （需特殊訂貨）水、污 水、弱磨 損性的 泥漿礦 漿。聚氨酯橡膠1、耐磨性能極強(qiáng)。2、耐腐蝕性能較差。80 C中性強(qiáng) 磨損的 礦漿、煤 漿、泥漿4. 電極的選擇電極材料耐蝕及耐磨性能不銹鋼0Crl8Nil2M02Ti用于工業(yè)用水、生活用水、污水 等具有弱腐蝕性的介質(zhì)，適用于 石油、化工、鋼鐵等工業(yè)部門及， 市政、環(huán)保等領(lǐng)域。哈氏合金B(yǎng)對沸點以下的一切濃度的鹽酸有良好的耐蝕

19、性，也耐硫酸、磷酸、氫氟酸、有機(jī)酸等非氯化性 酸、堿，非氧化性鹽液的腐蝕。哈氏合金C能耐非氧化性酸，如硝酸、混酸、 或鉻酸與硫酸的混合介質(zhì)的腐 蝕，也耐氧化性鹽類如：Fe, ”、 Cu”下或含其他氧化劑的腐蝕， 如高于常溫的次氯酸鹽溶液、海 水的腐蝕鈦能耐海水、各種氯化物和次氯酸 鹽、氧化性酸（包括發(fā)煙硫酸）、 有機(jī)酸、堿的腐蝕。不耐較純的 還原性酸（如硫酸、鹽酸）的腐 蝕，但如酸中含有氧化劑（如硝 酸、Fc、C P ）時，則腐 蝕大為降低。鉭具有優(yōu)良的耐蝕性和玻璃很相 似。除了氫氟酸、發(fā)煙硫酸、堿 夕卜，幾乎能耐切化學(xué)介質(zhì)（包括沸點的鹽酸、硝酸和 l 50C以下的硫酸）的腐蝕。在 堿中刁；耐

20、蝕。鉑/鈦合金幾乎能耐切化學(xué)介質(zhì)，但不適用于王水和銨鹽。不銹鋼涂 覆碳化鎢用于無腐蝕性，強(qiáng)磨損性的介 質(zhì)。注：由于介質(zhì)種類繁多，其腐蝕性又受溫度、濃度、流速等復(fù)雜因素影響而變化，故 本表僅供參考。用戶應(yīng)根據(jù)實際情況自己做 出選擇，必要時應(yīng)做擬選材料的耐腐試驗， 如掛片試驗。5.流量范圍口徑mm流量范圍m3/h口徑mm流量范圍m3/h© 150.066.36© 45057.23 5722.65© 200.11 11.3© 50070.65 7065.00© 250.18 17.66© 600101.74 -10173.6© 400.45 45.22© 700138.47 -13847.4© 500.71 70.65© 800180.86 -18086.4© 651.19 119.4© 900228.91 -22890.6© 801.81 180.86©1000406.94 70694.