天然气城市门站监控系统设计

西安石油大学课程设计电子工程学院自动化专业班题目天然气城市门站监控系统设计学生指导老师二○一三年六月目录1.1任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1工艺流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.1控制回路方框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.2所选控制规律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.3参数整定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54.1组态软件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55.1模拟画面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76.1设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．86.2参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8《自动化仪表与过程控制》课程设计任务书题目天然气城市门站监控系统设计学生姓名学号专业班级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:熟悉天然气城市门站工艺流程。2.依据工艺流程和基本数据,对管路A所用压力调节系统仪表作出选型；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天然气城市门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21日至2013指导教师签名2013年月日系（教研室）主任签名2013年月日学生签名2013年6月23日2.1工艺流程天然气城市门站需要将天然气分输站送来的天然气加入臭剂经调压后送往城市管网，其基本流程如图，天然气压力调节采用2条管路并联运行，两级减压(注：图中只画出了一级调节)，压力调节采用控制阀。（注：实际生产中一般采用自力式调压阀，本作业中采用控制阀。）设某城市门站的年用气量为3000万标准方，天然气入口压力为4MPa，出口压力为0.2MPa。3.1控制回路方框图PI调节器城市门站PI调节器城市门站检测变送调节阀3.2所选控制规律比例调节作用，是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差。b)积分调节作用，是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。c)微分调节作用，微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。考虑到本设计是对流量进行控制，采用PI调节。3.3参数整定方法采用实验凑试法，通过模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定PI控制参数。

整定步骤

（1）整定比例控制

将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。

（2）整定积分环节

若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。

先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。4.1组态软件组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处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。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。A)组态软件历史“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem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。在工业控制技术不断发展和应用的过程中，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，各种相关技术已经成熟；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源丰富，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。B)国外现状1.InTouch：Wonderware（万维公司）是Invensysplc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化软件的领先供应商。Wonderware的InTouch软件是最早进入中国的组态软件。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。2.IFix：GEFanuc智能设备公司由美国通用电气公司（GE）和日本Fanuc公司合资组建，提供自动化硬件和软件解决方案，帮助用户降低成本，提高效率并增强其盈利能力。3.Citech：悉雅特集团（Citect）是世界领先的提供工业自动化系统、设施自动化系统、实时智能信息和新一代MES的独立供应商。4.WinCC：西门子自动化与驱动集团(A&D）是西门子股份公司中最大的集团之一，是西门子工业领域的重要组成部分。Siemens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Siemens的培训以掌握WinCC的应用。5.ASPEN-tech（艾斯苯公司）InfoPlus.21艾斯苯公司（AspenTechnology,Inc.）是一个为过程工业（包括化工、石化、炼油、造纸、电力、制药、半导体、日用化工、食品饮料等工业）提供企业优化软件及服务的领先供应商.6.Movicon：是意大利自动化软件供应商PROGEA公司开发。该公司自1990年开始开发基于Windows平台的自动化监控软件，可在同一开发平台完成不同运行环境的需要。特色之处在于完全基于XML，又集成了VBA兼容的脚本语言及类似STEP-7指令表的软逻辑功能。7.GENESIS64：美国著名独立组态软件供应商，创立于1986年。在HMI/SCADA产品和管理可视化开发领域一直处于世界领先水平，ICONICS同时也是微软的金牌合作伙伴，其产品是建立在开放的工业标准之上的。2007年推出了业内首款集传统SCADA、3D、GIS于一体的组态软件GENESIS64。GENESIS64作为基于.NET64bit平台全新设计的产品，为客户提供一个360三维操作视景。产品功能特点：三位一体：HMI/SCADA系统、三维(3D)虚拟现实系统、和GISSCADA统一在一个平台多维度集成：除过程数据外，支持视频、地理信息、管理数据、IT/Web信息集成高度模块化：支持界面展现、数据管理、报警管理等功能可选、按模块实施技术领先：原生64位应用、基于微软.NETFramework4.0，基于WPF/WCF开放架构：基于SOA，全面支持OPCUA架构、移动、跨平台应用等产品线丰富：64位/32位HMI/SCADA,Historian,OPC/UA产品，生产智能和MES/EMS软件C)国内现状1.世纪星：由北京世纪长秋科技有限公司开发。产品自1999年开始销售。2.三维力控：由北京三维力控科技有限公司开发，核心软件产品初创于1992年。3.组态王KingView：由北京亚控科技发展有限公司开发，该公司成立于1997年。1991年开始创业，1995年推出组态王1.0版本，目前在市场上广泛推广KingView6.53、KingView6.55版本，每年销量在10,000套以上，在国产软件市场中市场占有率第一。4.紫金桥Realinfo：由紫金桥软件技术有限公司开发，该公司是由中石油大庆石化总厂出资成立。5.MCGS：由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发，市场上主要是搭配硬件销售。6.态神：态神是由南京新迪生软件技术有限公司开发，核心软件产品初创于2005，是首款3d组态软件D)发展趋势a.监控组态软件日益成为自动化硬件厂商争夺的重点；b.集成化、定制化；c.纵向：功能向上、向下延伸；d.横向：监控、管理范围及应用领域扩大。例如：城市危险源实时监测：对存放危险源的场所、危险源行踪的监测。避免放射性物质和剧毒物质失控地流通。国土资源立体污染监控：对土壤、大气中与农业生产有关的污染物含量进行实时监测，建立立体式实时监测网络。城市管网系统实时监控及调度：包括供水管网、燃气管网、供热管网等的监控。5.1模拟画面a)趋势画面b)工艺画面C）报警画面