儀表課程設(shè)計(jì)

1、西安石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)電子工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)自0701 班題目自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)學(xué)生胡文娟指導(dǎo)老師阮巖二一年六月自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 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)(Distributed Control System簡(jiǎn)稱DCS的出現(xiàn)才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)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(guò)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(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)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(duì)較低的擁有成本;PC的軟件資源和硬件資豐富,軟件之

2、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(guò)程控制的專用軟件,它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)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(dòng)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(jiàn)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(duì)應(yīng)于原有的HMI(人機(jī)接口軟件,Human Machine Interface的概念,組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具,或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之

3、前,工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě)HMI應(yīng)用,開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng),效率低,可靠性差;或者購(gòu)買(mǎi)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(jí)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(lái),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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)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(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。2. 組態(tài)軟件在我國(guó)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(guó)。但在90年代中期之前,組態(tài)軟件在我

4、國(guó)的應(yīng)用并不普及。究其原因,大致有以下幾點(diǎn):國(guó)內(nèi)用戶還缺乏對(duì)組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí),項(xiàng)目中沒(méi)有組態(tài)軟件的預(yù)算,或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍?duì)具體項(xiàng)目做長(zhǎng)周期的繁冗的上位機(jī)的編程開(kāi)發(fā),而不采用組態(tài)軟件;在很長(zhǎng)時(shí)間里,國(guó)內(nèi)用戶的軟件意識(shí)還不強(qiáng),面對(duì)價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件(早期的組態(tài)軟件多為國(guó)外廠家開(kāi)發(fā),很少有用戶愿意去購(gòu)買(mǎi)正版。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)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(duì)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(shí),人們逐漸意識(shí)到原有的上位機(jī)編程的開(kāi)發(fā)方式。對(duì)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是費(fèi)時(shí)費(fèi)力

5、、得不償失的,同時(shí),MIS(管理信息系統(tǒng),Management Information System和CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),Computer Integrated Manufacturing System的大量應(yīng)用,要求工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、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(yíng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此,在1995年以后,組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。3.國(guó)內(nèi)外主要產(chǎn)品介紹InTouch:Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入我國(guó)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

6、圖庫(kù)。但是,早期的InTouch軟件采用DDE方式與驅(qū)動(dòng)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(tái),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(ài)默生收購(gòu),現(xiàn)在是愛(ài)默生集團(tuán)的全資子公司,Fix6.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(dòng)程序(需單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)。Intellution將自己最新的產(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(yǔ)言改為VBA (Visual Basic For Applic

7、ation,并且在內(nèi)部集成了微軟的VBA開(kāi)發(fā)環(huán)境。遺憾的是,Intellution并沒(méi)有提供6.1版腳本語(yǔ)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組件和驅(qū)動(dòng)程序同樣需要單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)。Citech:CiT公司的Citech也是較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品。Citech具有簡(jiǎn)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(yǔ)言的腳本語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),但與iFix不同的是,C

8、itech的腳本語(yǔ)言并非是面向?qū)ο蟮?而是類似于C語(yǔ)言,這無(wú)疑為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)增加了難度。WinCC:Simens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境,Simens提供類C語(yǔ)言的腳本,包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OPC支持,并可對(duì)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(guò)Simens的培訓(xùn)以掌握WinCC的應(yīng)用。組態(tài)王:組態(tài)王是國(guó)內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開(kāi)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(yǔ)言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。Controx(開(kāi)物:華富計(jì)算機(jī)公司的Controx2000是全32位的組

9、態(tài)開(kāi)發(fā)平臺(tái),為工控用戶提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表及報(bào)告功能。作為國(guó)內(nèi)最早加入OPC組織的軟件開(kāi)發(fā)商,Controx內(nèi)建OPC支持,并提供數(shù)十種高性能驅(qū)動(dòng)程序。提供面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言編譯器,支持ActiveX組件和插件的即插即用,并支持通過(guò)ODBC連接外部數(shù)據(jù)庫(kù)。Controx同時(shí)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(shí)間概念上來(lái)說(shuō),力控也是國(guó)內(nèi)較早就已經(jīng)出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。只是因?yàn)樵缙诹匾恢睕](méi)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(gè)版本,只是那時(shí)還是

10、一個(gè)基于DOS和VMS 的版本。后來(lái)隨著Windows3.1的流行,又開(kāi)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(xiàng)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于真正意義的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的三層結(jié)構(gòu),而且其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhǎng)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(kāi)放性和I/O驅(qū)動(dòng)數(shù)量,都得到了很大的提高。在很多環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上,力控都能從國(guó)內(nèi)用戶的角度出發(fā),即注重實(shí)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

11、戶技術(shù)支持等方面投入了較大人力,相信在較短時(shí)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(jiàn)的組態(tài)軟件還有GE的Cimplicity,Rockwell的RsView,NI的LookOut,PCSoft的Wizcon以及國(guó)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(guò)程中產(chǎn)生的污水經(jīng)過(guò)沉降過(guò)濾處理后,用低壓水泵送入注水儲(chǔ)罐,然后經(jīng)高壓注水泵增壓,經(jīng)兩級(jí)加壓到約20 MPa 后送出,通過(guò)管線輸送到注水井,用于注水作業(yè)。設(shè)計(jì)儲(chǔ)水量為3*4000立方米,最大注水量為 2.0萬(wàn)噸/日。 三.控制回路,方框圖以及控制規(guī)律1.控制回路 2. 控制規(guī)律采用飛升曲線法進(jìn)行參數(shù)整

12、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r T =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:V i r K 1.2, 42,085s 68s K K T =。,。四. 儀表選型控制閥的選擇1.自力式壓力調(diào)節(jié)閥ZZY 型自力式壓力調(diào)節(jié)閥無(wú)需外加能源,利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動(dòng)力源,引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥芯位置,改變兩端的壓差和流量,使閥前(或閥后壓力穩(wěn)定。具有動(dòng)作靈敏,密封性好,壓力設(shè)定點(diǎn)波動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn),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(dòng)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(jī)構(gòu)有薄膜式、活

13、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(jí)有PN16、40、64;閥體口徑范圍DN20300;泄漏量等級(jí)有II 級(jí)、IV 級(jí)和VI 能三檔;流量特性為快開(kāi);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(wú)需外加能源,利用被調(diào)節(jié)介質(zhì)自身壓力變化來(lái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的閥門(mén),是根據(jù)力學(xué)原理將被控介質(zhì)引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生力作用推動(dòng),控制閥芯元件上下位移達(dá)到自動(dòng)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(diǎn)是能在無(wú)電、無(wú)氣的場(chǎng)所工作,壓力設(shè)定值在運(yùn)行中可隨意調(diào)整。采用快開(kāi)流量特性,動(dòng)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(dòng)控制。本系列產(chǎn)品執(zhí)行機(jī)構(gòu)