储罐保温计量监控系统设计储罐温度控制.docx

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储罐保温计量监控系统设计储罐温度控制

西安石油大学

课程设计

电子工程学院自动化专业1002班

题目储罐保温计量监控系统设计---储罐温度控制

学生

指导老师阮岩

二○一三年六月

1.课程设计任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

2.基本工艺流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

3.组态软件历史发展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

3.1组态软件的功能特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

3.2组态软件的发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

3.3组态软件国内外现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

4.工艺介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

4.1工艺介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

4.2串级控制系统的工作过程分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

5.仪表选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

6.控制回路方框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

7.控制规律的选择及参数整定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

7.1控制规律的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

7.2参数整定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

8.I/O端口分配、I/O点组态参数说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

9.工艺画面趋势画面报警画面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

1.工艺画面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.趋势画面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

3.报警画面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

10.总结体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

11.参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

《自动化仪表与过程控制》

课程设计任务书

题目

储罐保温计量监控系统设计----储罐温度控制

学生姓名

学号

306

专业班级

自动化1002班

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.熟悉储罐保温系统的工艺流程,并在其工艺流程图上标注储罐温度——燃气流量串级控制（罐内介质温度控制在30℃）,并对串级控制系统的工作过程进行分析；

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储罐保温计量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7月2日至2013年7月6日

指导教师签名

2013年6月26日

系（教研室）主任签名

2013年6月28日

学生签名

2013年6月29日

二．基本工艺流程

中间产品需要保存在温度稳定的中间储罐中。

为防止产品被空气氧化，罐顶采用低压氮气作氮封处理。

为防止产品的结晶和反应，采用温水换热方式对储罐进行保温。

三．组态软件历史发展

组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，是面向监控与数据采集的自动控制监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软件和硬件的全部接口，进行系统集成。

在组态概念出现之前，是通过编写程序来实现某一任务的，编写程序不但工作量大而且周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。

组态软件的出现，解决了这个问题。

组态的概念是伴随集散型控制系统的应用产生的。

组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才一能识别。

由于个人计算机的普及和技术的逐渐成熟，如何利用PC进行工业监控，成为工业控制领域的重要研究方向，市场的发展使很多DSC和PLC厂家主动公开通信协议，向“PC”监控完全开放，这不仅降低了监控成本，也使市场空间得以扩大，智能仪器、嵌入式系统和现场总线的出现，更使组态软件成为工业自动化系统中的灵魂。

3.1组态软件的功能特点

（1）功能多样。

（2）丰富的画面显示组态功能。

（3）通信功能和良好的开放性。

（4）多任务的软件运行环境，数据库管理及资源共享

3.2组态软件的发展趋势

组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制约，但应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。

未来，组态软件的发展将表现为如下一些特征：

（1）开放性技术

（2）构造信息平台

（3）根据用户需求大规模定制

（4）向更多的应用领域拓展和渗透。

（5）嵌入式应用进一步发展。

（6）未来技术走势。

3.3组态软件国内外现状

目前中国市场上的组态软件产品按厂商可大致划分为三类，即国外专业软件厂商提供的产品，国外硬件或系统厂商提供的产品，以及国内自行开发的国产化产品。

从近几年的调查结果来看，国内组态软件市场大部分份额仍被国外几家组态软件占据。

（1）  美国Wonderware公司的InTouch InTouch堪称组态软件的“鼻祖”，率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上曾得到较高的市场占有率。

InTouch软件的图形功能比较丰富，使用较方便，但控制功能较弱。

其I/O硬件驱动丰富，但只是使用DDE连接方式，实时性较差而且驱动程序需单独购买。

它的5.6版（16位）很稳定，在中国市场也普遍受到好评。

7.0版（32位）在网络和数据管理方面有所加强，并实现了实时关系数据库，但其实只是在SQL Server上增加了数据传输插件。

在32位Windows环境下，InTouch已受到其他产品的猛烈冲击。

（2）美国Intellution公司的FIX FIX产品系列较全，包括DOS版、16位Windows版、32位Windows版、OS/2版和其他一些版本，功能较InTouch强，但实时性仍欠缺，总体技术一般。

其I/O硬件驱动丰富，只是驱动程序也需单独购买。

最新推出的iFIX是全新模式的组态软件，思想和体系结构都比较新，提供的功能也较为完整。

（3） 澳大利亚CIT公司的Citect Citect是组态软件中的后起之秀，在世界范围内扩展得很快。

Citect产品包括16位和32位Windows版，它的计算机味道很浓，与其他软件有很多不同的地方，界面部分很漂亮，很吸引人，但使用的方便性和图形功能不及InTouch，且版本升级较慢，一直没有很大的体系改变。

其控制算法比较好，I/O硬件驱动相对比较少，但大部分驱动程序可随软件包提供给用户。

（4）  德国西门子公司的WinCC 新版软件有了很大进步，但体系结构还是比较老的思想，在网络结构和数据管理方面要比iFIX差，但也属于比较先进的产品之一。

西门子似乎仅是想把这个产品当作其硬件的陪衬，对第三方硬件的支持也不热衷，若选用西门子硬件，能免费得到WinCC，所以对于使用其他硬件的用户，不是个好选择。

      中国市场常见的其他国外专业软件公司的组态软件产品还有原美国Heuristics公司的ONSOPEC，原美国Intec Control公司的PARAGON，美国Iconics公司的Genesis，以色列PC SOFT公司的WIZCON以及美国U.S.Data公司的Factory Link等。

然而这些产品由于种种原因，目前所占有的市场份额相对都比较小。

近年来一些国外著名硬件或系统厂商推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国GE公司的Cimplicity，美国AB公司（Rockwell自动化）的RSView。

这些组态软件一改过去仅为其本身硬件配套的OEM形式，通过大力加强对其他硬件产品的驱动支持和软件内部的各种功能，而发展成为专业化的通用组态软件。

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。

国内有不少单位，如一些高校、研究所、公司，甚至一些个人正在积极地搞组态软件产品的开发。

国产化的组态软件具有较强的价格竞争优势，但总的来讲，由于资金来源缺乏，软件工程的组织薄弱，因此软件商品化的程度还比较差。

目前国产化组态软件主要应用于一些小型的、非重要性的项目中。

下面列举并介绍一些有代表性的国内组态软件。

（1） 北京亚控公司的组态王 组态王是国内较早出现的组态软件产品之一。

早期的组态王仿照InTouch，只是个人机接口，到了5.1版本，在数据管理和开放性方面有了一些改进。

但体系结构却没有实质性地突破。

没有摆脱早期形成的不合理的程序构架。

其网络功能较为薄弱，支持不了真正意义上的分布式系统。

6系列版本的结构从广告宣传上看应该很不错。

（2） 北京昆仑通态公司MCGS 其思想比较独特，属于很另类的产品，有很多特殊的概念和使用方式。

（3）SYNALL是独特的产品，但使用起来有点别扭，网络方面有独到之处，但效率和稳定性还有待提高。

（4）哈尔滨华富公司的ControX2000是比较新的组态软件 其产品体系结构非常象iFIX，界面漂亮，使用起来也比较方便，有许多自己的特色。

但从它DEMO版运行效果来看，执行代码的运行效率不是很高，特别是图形处理环节，似乎有些缺陷。

DEMO运行也不十分稳定。

用一些分析工具观察其执行的结构，感觉其程序结构设计不十分合理，代码重用率低。

四．工艺介绍

4.1工艺介绍

原料由来料口进入中间储罐，进入中间储罐之后，中间产品需要保存在温度稳定的中间储罐中。

为防止产品被空气氧化，罐顶采用低压氮气作氮封处理。

为防止产品的结晶和反应，采用温水换热方式对储罐进行保温。

罐内的温度要控制在30℃

4.2串级控制系统的工作过程分析

串级调节系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。

被控对象为中间储罐的温度，主调节器为换热器，副调节器为热炉，来料进入中间储罐有自己的温度，加热炉对水进行加热与来料的温度通过换热器进行交换，从而使中间储罐的温度稳定在30℃。

五．仪表选型

1.温控控制电磁阀

仪表名称：

温控控制电磁阀

主要参数：

电源：

220VAC（±10%）50Hz或两节5号1.5V碱性电池

触电容量：

16A/250V（WH501RF）

温度显示范围：

0~45℃

温度设置范围：

5~35℃

显示精度：

0.1℃

探针传感器：

NTC（100K）1%

继电器寿命:

开关次数不小于100000次

保护等级：

IP20

绝缘条件：

正常环境

运行环境温度：

-18~49℃

频率：

433MHZ（适用于RF/MRF模式）

无线传输距离：

室内10~20米

尺寸：

86高*86宽*12厚

安装：

电池底座安装 控制应用范围 家庭中央空调及中央空调控制; 壁挂炉控制; 

地暖热执行器或电磁阀的控制; 水泵控制; 风机盘管控制; 通风控制。

六．控制回路方框图

七．控制规律的选择及参数整定方法

7.1控制规律的选择

不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：

比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。

这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。

如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。

比例（P）控制 单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高。

 比例积分（PI）控制  比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。

由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。

但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。

对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。

 比例微分（PD）控制 比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。

尤其是对容量滞后大的 对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。

 比例积分微分（PID）控制 ，最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。

它集三者之长：

既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。

所以控制规律比例-积分-微分控制规律。

7.2参数整定方法

PID参数的整定

衰减曲线法是在调节器投入闭环运行状态下进行的。

被调量偏离工作点不大，也不需要把调节系统推进到稳定的边界，因而比较安全，且容易掌握，能适用于各种类型的调节系统。

从反应时间较长的温度调节系统，到反应时间短到几秒的流量调节系统，都可以方便的应用衰减曲线法。

衰减曲线法是在总结“稳定边界法”和其他一些方法的基础上，经过反复实验得出来的。

这种方法不需要得到临界振荡过程即可求比例度，步骤简单，比较安全。

假定整定要求是达到衰减率0.75的过程，先把调节器改成比例作用（Ti=∞，Td=0），放在某一比例度，由手动投入自动，在达到稳定情况后，适当改变给定值（通常以5%左右为宜），观察调节过程的衰减比，如果达不到衰减比1/4，则相应改变比例度，直到达到规定衰减比为止。

记下此时的比例度Ps以及周期Ts1,然后按照整定公式求得其他调节规律中的整定参数。

在采用PID调节规律时，为了避免在切换时由微分作用引起初始振荡可先将比例度放在稍大的数值，然后放上积分时间，在慢慢放上微分时间，最后再把比例度减小到计算值。

PID调节规律下的公式如下 ：

P=0.8PSTi=0.3TSITd=0.1Ts1

八．I/O端口分配、I/O点组态参数说明

其中PID0的参数：

比例1，积分10000，微分0，反动作，外给定

TRANS0参数：

A为1，B为10，C为1，D为0

九．工艺画面趋势画面报警画面

1.工艺画面

2.趋势画面

3.报警画面

十．总结体会

在这次课程设计的完成过程中，我收获到很多，首先了解了组态软件的定义，功能特点，发展趋势及其国内外的现状，并且在老师的指导下画出了工艺流程图，趋势画面，报警画面。

其次，通过这次课程设计，我对课本有了更深刻的认识，对我期末考试的复习有很大的帮助。

最后，我懂得了，对于不懂得问题要知道从网上或课本上找答案。

十一．参考文献

1.自动化仪表与过程控制（第五版）（施仁刘文江郑辑光王勇）编著

2.中国自动化网