自动化仪表课程设计

西安石油大学

课 程 设 计

电子工程学院 自动化 专业 自0904班 题 目《自动化仪表与过程控制》课程设计 学 生 康瑞 指导老师 汤楠

二○一二年六月

《自动化仪表与过程控制》

课程设计任务书

题 目 学生姓名 康瑞 油田注水泵站监控系统设计----供水控制 学号 200905080730 专业班级 自动化0904 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熟悉油田注水泵站的工艺流程, 在图中标出供水压力就地检测显示，并对供水流量控制的工作过程进行分析。 设 计 内 容 与 要 求 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油田注水泵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 指导教师签名 系（教研室）主任签名 学生签名

2012 年 6 月 1 2 日 至 2012 年 6 月 18 日 2012年6月18 日 2012年6 月 18 日

康瑞 2012年6 月18 日

一． 组态软件的历史发展

1. 组态软件产生的背景

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通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；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。

2. 组态软件在我国的发展

组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其原因，大致有以下几点：

①国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件；

②在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。

③当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。

随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，MIS（管理信息系统，Management Information System）和CIMS（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing System）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。

3．国内外主要产品介绍

①InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用ＤＤＥ方式与驱动程序通信，性能较差，最新的

InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。

②Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.ｘ软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6.ｘ版本并不完全兼容。原有的Script语言改为VBA（Visual Basic For Application），并且在内部集成了微软的VBA开发环境。遗憾的是，Intellution并没有提供6.1版脚本语言到VBA的转换工具。在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）组织的发起成员之一。iFiX的OPC组件和驱动程序同样需要单独购买。

③Citech：CiT公司的Citech也是较早进入中国市场的产品。Citech具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。Citech提供了类似Ｃ语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于Ｃ语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。 ④WinCC：Simens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类Ｃ语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Simens的培训以掌握WinCC的应用。

⑤组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。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。组态王也提供多种硬件驱动程序。 ⑥Controx（开物）：华富计算机公司的Controx2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入OPC组织的软件开发商，Controx内建OPC支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持ActiveX组件和插件的即插即用，并支持通过ODBC连接外部数据库。Controx同时提供网络支持和WevServer功能。 ⑦ForceControl（力控）：大庆三维公司的ForceControl（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。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows3.1的流行，又开发出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在1999~2000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特性、易用性、开放性和I/O驱动数量，都得到了很大的提高。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，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。

其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及国内一些组态软件通态软件公司的MCGS，也都各有特色。

二、基本工艺流程

从水源送来的工业用水，经过过滤器过滤后进入注水储罐。洗井泵抽取注水储罐中的水，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的水，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。

三、控制回路，方框图以及控制规律

二． 四、仪表选型——控制阀的选择

1.自力式压力调节阀

ZZY型自力式压力调节阀无需外加能源，利用被调介质自身能量为动力源，引入执行机构控制阀芯位置，改变两端的压差和流量，使阀前（或阀后）压力稳定。具有动作灵敏，密封性好，压力设定点波动小等优点，广泛应用于气体、液体及蒸汽介质减压稳压或泄压稳压的自动控制。本系列产品有单座（ZZYP）、套筒（ZZYM）、双座（ZZYN）三种结构：执行机构有薄膜式、活塞式二种：作用型式有减压用阀后压力调节（B型）和泄压用阀前压力调节（K型）。产品公称压力等级有PN16、40、64；阀体口径范围DN20~300；泄漏量等级有II级、IV级和VI能三档；流量特性为快开；压力分段调节从15~250MPa。可按需要组合满足用户工况要求。

ZZYP型自力式压力调节阀是由阀体、阀座、阀芯、平衡弹簧等部件组成，是一种无需外加能源，利用被调节介质自身压力变化来进行自动调节的阀门，是根据力学原理将被控介质引入执行机构产生力作用推动，控制阀芯元件上下位移达到自动调节，阀前或阀后恒压或减压的节能型产品。该产品最大的特点是能在无电、无气的场所工作，压力设定值在运行中可随意调整。采用快开流量特性，动作灵敏、密封性能好，广泛应用于石油、化工、电站、轻工、印染等各种工业设备中气体、液体、蒸汽等介质压力的自动控制。 本系列产品执行机构有：薄膜式、活塞式两种；作用形式有：阀前压力调节（泄压持压型），

阀后压力调节（减压稳压型）；附设隔温冷凝罐可在≤350℃温度下使用。根据不同的工况条件可选用不同的阀芯结构型式以及不同执行机构，以达到最佳的控制效果。 阀前调节压力（K）型、阀后调节压力（B）型安装典型

2.主要技术参数

公称通径DN（mm） 20 25 32 40 50 额定流量系数Kv 7 额定行程（mm） 8 11 20 30 48 10 2.0 14 65 75 20 1.6 80 120 100 125 150 200 190 25 40 1.0 50 允许压差（MPa） 2.5 公称压力（MPa） 1.64.06.4 流量特性 快开 15～50、40～80、60～100、80～140、120～180、160～220、200～260、压力调节范围（KPa） 240～300、 280～350、330～400、380～450、430～500、480～560、540～620、600～700、680～800780～900、880～1000、600～1500、1000～2500 调节精度（%） 工作温度℃ 适用介质 允许泄软密封硬密封（L/h） ±5 液体≤120；气体≤80；带冷凝器和散热片≤350（适用于高温工况） 执水、气体、蒸汽、低粘度介质 单座≤10-4×阀额定容量（IV级）；双座、套筒≤5×10-3阀额定容量（II级 0.15 0.30 0.45 0.60 0.90 1.7 4.0 6.75 漏量 减压比 （ml/min） 最大 最小 10 1.25 注：压力调节范围可根据用户要求进行制做

五、附组态运行画面