自动化仪表专业课程设计供水控制.doc

西安石油大学课 程 设 计电子工程 学院 自动化 专业0902班题 目 油田注水泵站监控系统设计-供水控制 学 生 学 号 指导老师 阮 岩 二零一二年六月自动化仪表和过程控制课程设计任务书题 目油田注水泵站监控系统设计-供水控制学生姓名学号专业班级自动化0902设计内容和要求此次课程设计目标是熟悉过程控制系统组态和调试，掌握自动化仪表和过程控制基础应用，加深和巩固本课程及相关课程知识，要求完成以下内容:1熟悉油田注水泵站工艺步骤, 在图中标出供水压力就地检测显示，并对供水流量控制工作过程进行分析。2.依据工艺步骤和基础数据, 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.了解组态软件历史、发展及中国外现实状况，熟悉组态软件应用，利用力控组态软件做出油田油田注水泵站监控系统组态设计，并在汇报中写出组态过程如：I/O端口分配、I/O点组态参数说明、控制回路组态说明等。最终要求做出工艺步骤画面、趋势画面、报警画面，并利用软件提供模拟对象，实现系统自动控制。5完成课程设计汇报。起止时间 6 月 14 日 至 年 6 月 22 日指导老师署名年 月 日 系（教研室）主任署名年 月 日学生署名6 月 19 日一、基础工艺步骤从水源送来工业用水，经过过滤器过滤后进入注水储罐。洗井泵抽取注水储罐中水，加压到 1.5MPa 后送出，用于洗井作业，压力由压力检测变频控制器电机进行变频控制。注水泵组站抽取注水储罐中水，经两级加压到约 20 MPa 后送出，用于注水作业。设计储水量为3*3000立米，最大注水量为1.5万吨/日，洗井用水量为1000吨/日。二、组态软件历史发展1.组态软件产生背景 “组态”概念是伴伴随集散型控制系统（DistributedControlSystem简称DCS）出现才开始被广大生产过程自动化技术人员所熟知。在工业控制技术不停发展和应用过程中，PC（包含工控机）相比以前专用系统含有优势日趋显著。这些优势关键表现在：PC技术保持了较快发展速度，多种相关技术已臻成熟；由PC构建工业控制系统含有相对较低拥有成本；PC软件资源和硬件资丰富，软件之间互操作性强；基于PC控制系统易于学习和使用，能够轻易地得到技术方面支持。在PC技术向工业控制领域渗透中，组态软件占据着很特殊而且关键地位。 组态软件是指部分数据采集和过程控制专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级软件平台和开发环境，使用灵活组态方法，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功效、通用层次软件工具。组态软件应该能支持多种工控设备和常见通信协议，而且通常应提供分布式数据管理和网络功效。对应于原有HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己HMI软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域用户经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；或购置专用工控系统，通常是封闭系统，选择余地小，往往不能满足需求，极难和外界进行数据交互，升级和增加功效全部受到严重限制。组态软件出现，把用户从这些困境中解脱出来，能够利用组态软件功效，构建一套最适合自己应用系统。伴随它快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备广泛支持已经成为它关键内容，伴随技术发展，监控组态软件将会不停被给予新内容。 2.组态软件在中国发展组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入中国。但在90年代中期之前，组态软件在中国应用并不普及。究其原因，大致有以下几点： 中国用户还缺乏对组态软件认识，项目中没有组态软件预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期繁冗上位机编程开发，而不采取组态软件； 在很长时间里，中国用户软件意识还不强，面对价格不菲进口软件（早期组态软件多为国外厂家开发），极少有用户愿意去购置正版。 当初中国工业自动化和信息技术应用水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并能够将处理结果生成管理所需数据，这些需求并未完全形成。 伴随工业控制系统应用深入，在面临规模更大、控制更复杂控制系统时，大家逐步意识到原有上位机编程开发方法。对项目来说是费时费力、得不偿失，同时，MIS（管理信息系统，ManagementInformationSystem）和CIMS（计算机集成制造系统，ComputerIntegratedManufacturingSystem）大量应用，要求工业现场为企业生产、经营、决议提供更具体和深入数据，方便优化企业生产经营中各个步骤。所以，在1995年以后，组态软件在中国应用逐步得到了普及。三、工艺介绍从水源送来工业用水，经过过滤器过滤后进入注水储罐。洗井泵抽取注水储罐中水，加压到 1.5MPa 后送出，用于洗井作业，压力由压力检测变频控制器电机进行变频控制。注水泵组站抽取注水储罐中水，经两级加压到约 20 MPa 后送出，用于注水作业。设计储水量为3*3000立米，最大注水量为1.5万吨/日，洗井用水量为1000吨/日。四、系统分析二级泵输出管道使用流量计测量流量，将测量值和给定值进行对比后，得到偏差值，经变频器后 转换电机调整信号，当测量流量大于给定值时，需要给电机一个负调整信号，使流量减小，当测量值小于给定流量时，需要给电机一个正调整信号，来增大输出流量，所以选择负反馈。 因为PID调整器含有动作速度，减小超调，克服震荡，和消除静差等优势， 它综合了各类调整器优点，所以又更高调整质量，不管对象以后，负载改变，反应速度怎样基础全部能适应，故在此系统中我们采取PID规律。依据已知工艺步骤能够画出单回路系统系统方框图 被控对象（工业用水） 调整阀 调整器 检测变送装置五、 控制规律选择尽管不一样类型控制器，其结构、原理各不相同，不过基础控制规律只有三个：百分比(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这多个控制规律能够单独使用，不过更多场所是组合使用。如百分比(P)控制、百分比-积分(PI)控制、百分比-积分-微分(PID)控制等。百分比(P)控制单纯百分比控制适适用于扰动不大，滞后较小，负荷改变小，要求不高。百分比积分(PI)控制百分比控制规律是基础控制规律中最基础、应用最普遍一个，其最大优点就是控制立即、快速。百分比积分控制器是现在应用最为广泛一个控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。因为引入积分作用能消除余差，填补了纯百分比控制缺点，取得很好控制质量。不过积分作用引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后控制系统，要尽可能避免使用。百分比微分(PD)控制百分比和微分作用结合，比单纯百分比作用愈加快。尤其是对容量滞后大对象，能够减小动偏差幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。百分比积分微分(PID)控制最为理想控制当属百分比-积分-微分控制规律。它集三者之长：现有百分比作用立即快速，又有积分作用消除余差能力，还有微分作用超前控制功效。选择百分比积分微分(PID)控制作为供水控制PID参数整定 在选择了调整规律和调整器以后，下一步问题就是整定参数，以得到某种意义上最好过渡过程，和最好过渡过程相对应调整器参数值称为最好整定参数。通常较通用标准是上面所述经典最好过程，即要求在阶跃扰动下被调量得波动含有衰减率在0.75左右，在这前提下尽可能满足正确性和快速性，即绝对误差积分时间最小。 在这里我们选择衰减曲线法进行参数整定，衰减曲线法是在总结“稳定边界法”和其它部分基础方法基础上，经过反复试验得出来。这种方法不需要得到临界振荡过程即可求得百分比度，步骤简单，比较安全。 假定是要求衰减率达成0.75过程，先把调整器改成百分比作用（Ti=，Td=0），放在某一百分比度，由手动投入自动，在达成稳定状态后，合适改变给定值，观察调整过程衰减比，假如达不到衰减比1/4，则对应改变百分比度，直抵达成要求衰减比为止，记下此时百分比度Ps和周期Ts1,然后依据对应经验值公式选择参数。在采取PID调整规律时，为了避免在切换时由微分作用引发初始振荡，可先将百分比度放在稍大数值，然后放积分时间，再慢慢放上微分时间，最终再把百分比度减小到计算值。 PID调整规律下公式以下 经整定后参数为：P=1.5 Ti=8.0 T=1.0六、仪表选型产品型号：HD-UQK-71系列。江苏中控自动化仪表。产品特点：HD-UQK-71系列液位显示控制仪能广泛使用于炼油、化工、造纸、食品、及污水处理等行业。能对开口、密闭容器或地下池槽里介质液位在仪表控制室内进行显示、报警和控制。被检测介质可为水、油、酸、碱、工业污水等导电及非导电液体，并能克服液体泡沫所造成假液位影响。 产品原理 ：HD-UQK-71-2传感器中装有三只干簧管分别为下限、上限、越限报警。HD-UQK-71-4有五只干簧管，比HD-UQK-71-2多两点液位显示。装有磁钢浮球随液位上、下时使不一样位置干簧管动作，经过显示表内对应继电器吸合将液位正确位置指示出来。下限、上限显示表有继电器触点输出(相当于1 x 2开关)。上限越限时能发出声、光报警信号而无继电器触点输出。 HD-UQK-71-10、HD-UQK-71-50传感器中装有若干只干簧管。当装有磁钢浮球随液位上、下时，使不一样位置干簧管动作，从而使传感器输出阻值发生改变，显示表则将这改变阻值转换成面板卜发光二极管亮熄来显示被测液位。显示表上装有控制点设定钮，叮任意将液位控制范围预优异行设定。当液位抵达设定高度时，显示表内继电器吸合由继电器触点通或断去控制液面或报警。七、组态软件运行画面1.趋势画面2. 工艺步骤画面3.报警画面4.策略画面八、设计总结 经过对此次课程设计,让我对工业步骤和工业控制有了初步了解.在试验室时，我认真听取老师讲授,而且跟着老师步骤一步一步做,在试验室以外,我认真查阅并搜集资料,最终独立完成任务.在完成任务同时,我还收获了知识，收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我经过查找大量资料，请教老师，和不懈努力，不仅培养了独立思索、动手操作能力，在多种其它能力上也全部有了提升。更关键是，在试验课上，我学会了很多学习方法。而这是以后最实用，真是受益匪浅。要面对社会挑战，只有不停学习、实践，再学习、再实践。九、参考资料自动化仪表及过程控制 课程设计指导书 阮岩自动化仪表及过程控制 施仁 刘文江 郑辑光 其它资料来自网络