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自动化仪表与过程控制
西安石油大学
课程设计
电子工程学院自动化专业自动化1005班
题目油田工业污水处理站监控系统设计
学生杨幸幸
指导老师阮岩
二○一三年六月
目录
一.对组态软件的认识........................................................................1
二.基本工艺流程................................................................................2
三.仪表的选型....................................................................................3
四.控制回路........................................................................................4
五.组态过程........................................................................................5
六.设计总结........................................................................................8
七.参考文献...........................................................................................9
《自动化仪表与过程控制》
课程设计任务书
题目
油田工业污水处理站监控系统设计——清水池水位控制
学生姓名
杨幸幸
学号
201005081017
专业班级
自动化1005
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熟悉油田工业污水处理站的工艺流程,并对清水池水位检测控制,并在图中标注。
要求实现高(防止外溢)、低(防止出现抽空事故)报警。
请分析其工作过程。
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工业污水处理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
2013年6月20日至2013年6月624日
指导教师签名
2013年6月24日
系(教研室)主任签名
2013年6月24日
学生签名
杨幸幸2013年6月24日
1.对组态软件的认识
1.组态软件的历史及发展
监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。
60年代虽然计算机开始涉足工业过程控制,但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识,导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。
70年代初期,微处理器的出现,促进了计算机控制走向成熟。
首先,微处理器在提高计算能力的基础上,大大降低了计算机的硬件成本,缩小了计算机体积,很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统,这一历史时期较有代表性的就是1975年美国Honeywell公司推出的世界上第一套DCSTDC-2000,而随后的20年间,DCS及其计算机控制技术日趋成熟,得到了广泛应用,此时的DCS已具有较丰富的软件,包括:
计算机系统软件(操作系统)、组态软件、控制软件、操作站软件、其它辅助软件(如通讯软件)等。
这一阶段虽然DCS技术、市场发展迅速,但软件仍是专用和封闭的,除了在功能上不断加强外,软件成本一直居高不下,造成DCS在中小型项目上的单位成本过高,使一些中小型应用项目不得不放弃使用DCS。
80年代中后期,随着个人计算机的普及和开放系统(OpenSystem)概念的推广,基于个人计算机的监控系统开始进入市场,并发展壮大。
组态软件做为个人计算机监控系统的重要组成部分,比PC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。
这是因为,第一,很多DCS和PLC厂家主动公开通讯协议,加入“PC监控”的阵营。
目前,几乎所有的PLC和一半以上的DCS都使用PC做为操作站。
第二,由于PC监控大大降低了系统成本,使得市场空间得到扩大,从无人值守的远程监视(如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、交通管制与监控、矿井报警等)、数据采集与计量(如居民水电气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等)、数据分析(如汽车/机车自动测试、机组/设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产品质量抽检等)到过程控制,几乎无处不用。
第三,各类智能仪表、调节器和PC-Based设备可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统,具有广阔的市场空间。
第四,各类嵌入式系统和现场总线的异军突起,把组态软件推到了自动化系统主力军的位置,组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。
组态软件之所以同时得到用户和DCS厂商的认可有以下几个原因:
1.个人计算机操作系统日趋稳定可靠,实时处理能力增强且价格便宜。
2.个人计算机的软件及开发工具丰富,使组态软件的功能强大,开发周期相应缩短,软件升级和维护也较方便。
目前的多数组态软件都是在Windos3.1或3.2操作系统下逐渐成熟起来的,国外少数组态软件可以在OS/2或Unix环境下运行。
目前绝大多数组态软件都运行在Windows98/NT环境下。
较理想的环境是WindowsNT或Windows2000操作系统,因为其内核是原来的VMS的变种,可靠性和实时性都好于Windows98。
组态软件的开发工具以C++为主,也有少数开发商使用Delphi或C++Builder。
一般来讲,使用C++开发的产品运行效率更高,程序代码较短,运行速度更快,但开发周期要长一些,其它开发工具则相反.
2.组态软件国内发展现状及应用
国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支生力军,近年来已有一定影响力的产品有组态王、SYNALL、MCGS、天工、CONTROLX、虎翼、力控等。
组态王:
北京亚控自动化软件有限公司开发的组态(KINGVIEW),是国内较有影响的组态软件。
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。
提供多种硬件驱动程序。
具有易用性、开放性和集成能力。
应用组态王,工程师可以把主要精力放在控制对象上,而不是形形色色的通讯协议、复杂的图形处理、枯燥的数字统计上。
只需要进行填表式操作,即可生成适合于你的“SCADA(监控和数据采集系统)”。
它还可以在整个生产企业内部将各种系统和应用集成在一起,实现“厂际自动化”的目标。
力控):
大庆三维公司的力控)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。
在1999-2000年期间,力控得到了长足的发展,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,力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。
MCGS由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发研制的,MCGS组态软件具有多任务、多线程功能,其源程序采用VC++编程,通过OLE技术向用户提供VB编程接口,提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件用户可随时方便地扩展。
二.基本工艺流程
从各计量站、联合站送来的含油工业污水,经入口计量后进入暴汽沉砂池,经稳定沉降,脱除油、气、砂的大部分,然后泵送到过滤池,经三级过滤后进入清水池,最后由取水泵送往各注水站。
设计沉砂池容积为6*5000立方米,深度4m,过滤池容积为4*500,深度4m。
设计系统日处理量为10000吨/日。
三.仪表选型
1.液面及界面测量应选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。
当不满足要求时,可选用电容式、射频导纳式、电阻式(电接触式)、声波式、磁致伸缩式等仪表。
料面测量应根据物料的粒度、物料的安息角、物料的导电性能、料仓的结构形式及测量要求进行选择。
仪表的结构形式及材质应根据被测介质的特性来选择。
主要的考虑因素为压力、温度、腐蚀性、导电性;是否存在聚合、粘稠、沉淀、结晶、结膜、气化、起泡等现象;密度和密度变化;液体中悬浮物的多少;液面扰动的程度以及固体物料的粒度。
仪表量程应根据工艺对象实际需要显示的范围或实际变化范围确定,一般应使正常物位处于仪表量程的50%左右。
仪表精度应根据工艺要求选择。
用于可燃气体、蒸汽及可燃性粉尘等爆炸危险场所的电子式物位仪表,应根据所确定的危险场所类别以及被测介质的危险程度,选择合适的防爆结构形式或采取其他的防爆措施。
用于腐蚀性气体及有害粉尘等场所的物位仪表,应根据使用环境条件,选择合适的外壳材质及防护等级。
对于液面连续测量,宜选用差压式仪表;对于界面测量,可选用差压式仪表,但要求总液面应始终高于上部取压口。
腐蚀性液体、结晶性液体、粘稠性液体、易气化液体、含悬浮物液体宜选用平法兰式差压仪表;高结晶的液体、高粘度的液体、结胶性的液体,沉淀性的液体宜选用插入式法兰差压仪表;以上被测介质的液面如果气相有大量的冷凝物、沉淀物析出,或需要将高温液体与变送器隔离,或更换被测介质时需要严格净化测量头的,可选用双法兰式差压仪表。
腐蚀性液体、粘稠性液体、结晶性液体、融熔性液体、沉淀性液体的液面在测量精度要求不高时,宜采用吹气或冲液的方法配合差压变送仪表进行测量。
对于在环境温度下,气相可能冷凝、液相可能气化,或气相有液体分离的对象,在使用普通差压仪表进行测量时,应视具体情况分别设置冷凝容器、分离容器、平衡容器等部件,或对测量管线保温、伴热。
根据差压式仪表的这些特点,在本课程设计中应选差压式仪表。
2.变频控制器
KLVF2000智能水泵变频控制器(南京科南水务工程设备有限公司)
3.变频泵
全自动变频泵型号:
cshx规格:
HBW品牌:
HX
性能参数:
口径:
40------200mm
流量:
80------1380m\3h
扬程:
16------180m
转速:
1480、2900r/min
贮水池面积:
12-------600m3
主要功能:
通过数码显示器显示频率,设定压力以及实际压力。
四.控制回路
1.所选控制律
选用控制律为P调节器
2.参数整定方法
选用稳定边界法。
P=1.7Pm;
3.控制回路方框图
五.组态过程
1.组态数据库
(1)区域00命名为T
(2)控制策略区域
A:
一阶传递函数
TRANS0进行DESC说明
B:
PID控制
PID进行I/O端口分配,DESC说明,历史参数给定。
I/O端口参数P:
1I:
100000D:
0采样周期:
1000设定值:
50输出值:
50
偏差:
0输入低限:
0输入高限:
100输出底限:
0输出高限:
100设定最大值:
100
最大变化限:
100反动作,外给定
2.工艺画面
运行前工艺图
运行后黑色闪烁
3.报警画面
4.趋势画面
A.给定值为50
B:
给定值为60
六.设计总结
通过本次试验让我对我的专业有更进一步的了解,让我充分认识到我将来所要面对工作环境,让我对组态软件有更进一步的认识,组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件,是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能。
在组态概念出现之前,要实现某一任务,都是通过编写程序来实现的,编写程序不但工作量大、周期长,而且一旦工业被控对象稍有变动,必须修改该系统的源程序。
组态软件的出现,解决了这个问题,对于过去需要几个月的工作,通过组态软件几天就可以完成。
也让我学习到我在课堂上学不到的知识,感觉就是在实际操作,同时也巩固了我在课堂上学习的知识,是我对PID调节器有更深一步的了解,也感觉到我在平时学习的不足,在以后的学习过程中我会更注重实践,理论与实践相结合。
努力学好专业知识。
七.参考文献
1.《自动化仪表与过程控制》
2.热泵用于生活热水的制备赵锂《全国建筑给排水委员会给水、热水分会第二次年会暨学术会议论文集》
3.塑料给水管道在热水供应系统中的应用赵锂《全国建筑给排水委员会给水、热水分会第二次年会暨学术会议论文集
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- 关 键 词:
- 自动化 仪表 过程 控制