天然氣城市門(mén)站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西安石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)電子工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)班題目天然氣城市門(mén)站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生指導(dǎo)老師二○一三年六月目錄1.1任務(wù)書(shū)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1工藝流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.1控制回路方框圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.2所選控制規(guī)律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.3參數(shù)整定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54.1組態(tài)軟件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55.1模擬畫(huà)面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76.1設(shè)計(jì)總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．86.2參考資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8《自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目天然氣城市門(mén)站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求本次課程設(shè)計(jì)的目的是熟悉過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)和調(diào)試，掌握自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制的基本應(yīng)用，加深和鞏固本課程及相關(guān)課程的知識(shí)，要求完成如下內(nèi)容:熟悉天然氣城市門(mén)站工藝流程。2.依據(jù)工藝流程和基本數(shù)據(jù),對(duì)管路A所用壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)儀表作出選型；3.對(duì)控制回路畫(huà)出方框圖，寫(xiě)出所選控制規(guī)律，及參數(shù)整定方法；4.了解組態(tài)軟件的歷史、發(fā)展及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，熟悉組態(tài)軟件的應(yīng)用，利用力控組態(tài)軟件做出天然氣城市門(mén)站監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)，并在報(bào)告中寫(xiě)出組態(tài)過(guò)程如：I/O端口分配、I/O點(diǎn)組態(tài)參數(shù)說(shuō)明、控制回路組態(tài)說(shuō)明等。最終要求做出工藝流程畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面，并利用軟件提供的模擬對(duì)象，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。5．完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。起止時(shí)間2013年6月21日至2013指導(dǎo)教師簽名2013年月日系（教研室）主任簽名2013年月日學(xué)生簽名2013年6月23日2.1工藝流程天然氣城市門(mén)站需要將天然氣分輸站送來(lái)的天然氣加入臭劑經(jīng)調(diào)壓后送往城市管網(wǎng)，其基本流程如圖，天然氣壓力調(diào)節(jié)采用2條管路并聯(lián)運(yùn)行，兩級(jí)減壓(注：圖中只畫(huà)出了一級(jí)調(diào)節(jié))，壓力調(diào)節(jié)采用控制閥。（注：實(shí)際生產(chǎn)中一般采用自力式調(diào)壓閥，本作業(yè)中采用控制閥。）設(shè)某城市門(mén)站的年用氣量為3000萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)方，天然氣入口壓力為4MPa，出口壓力為0.2MPa。3.1控制回路方框圖PI調(diào)節(jié)器城市門(mén)站PI調(diào)節(jié)器城市門(mén)站檢測(cè)變送調(diào)節(jié)閥3.2所選控制規(guī)律比例調(diào)節(jié)作用，是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差。b)積分調(diào)節(jié)作用，是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。c)微分調(diào)節(jié)作用，微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除?？紤]到本設(shè)計(jì)是對(duì)流量進(jìn)行控制，采用PI調(diào)節(jié)。3.3參數(shù)整定方法采用實(shí)驗(yàn)湊試法，通過(guò)模擬，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線(xiàn)，然后根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿(mǎn)意的響應(yīng)，從而確定PI控制參數(shù)。

整定步驟

（1）整定比例控制

將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線(xiàn)。

（2）整定積分環(huán)節(jié)

若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿(mǎn)足要求，需加入積分控制。

先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線(xiàn)。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿(mǎn)意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。4.1組態(tài)軟件組態(tài)軟件，又稱(chēng)組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱(chēng)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。A)組態(tài)軟件歷史“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）的出現(xiàn)才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的過(guò)程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專(zhuān)用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。B)國(guó)外現(xiàn)狀1.InTouch：Wonderware（萬(wàn)維公司）是Invensysplc“生產(chǎn)管理”部的一個(gè)運(yùn)營(yíng)單位，是全球工業(yè)自動(dòng)化軟件的領(lǐng)先供應(yīng)商。Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入中國(guó)的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫(kù)。但是，早期的InTouch軟件采用DDE方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經(jīng)完全基于32位的Windows平臺(tái)，并且提供了OPC支持。2.IFix：GEFanuc智能設(shè)備公司由美國(guó)通用電氣公司（GE）和日本Fanuc公司合資組建，提供自動(dòng)化硬件和軟件解決方案，幫助用戶(hù)降低成本，提高效率并增強(qiáng)其盈利能力。3.Citech：悉雅特集團(tuán)（Citect）是世界領(lǐng)先的提供工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)施自動(dòng)化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)智能信息和新一代MES的獨(dú)立供應(yīng)商。4.WinCC：西門(mén)子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D）是西門(mén)子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門(mén)子工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分。Siemens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，Simens提供類(lèi)C語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OPC支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。但WinCC的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶(hù)最好經(jīng)過(guò)Siemens的培訓(xùn)以掌握WinCC的應(yīng)用。5.ASPEN-tech（艾斯苯公司）InfoPlus.21艾斯苯公司（AspenTechnology,Inc.）是一個(gè)為過(guò)程工業(yè)（包括化工、石化、煉油、造紙、電力、制藥、半導(dǎo)體、日用化工、食品飲料等工業(yè)）提供企業(yè)優(yōu)化軟件及服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商.6.Movicon：是意大利自動(dòng)化軟件供應(yīng)商PROGEA公司開(kāi)發(fā)。該公司自1990年開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于Windows平臺(tái)的自動(dòng)化監(jiān)控軟件，可在同一開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成不同運(yùn)行環(huán)境的需要。特色之處在于完全基于XML，又集成了VBA兼容的腳本語(yǔ)言及類(lèi)似STEP-7指令表的軟邏輯功能。7.GENESIS64：美國(guó)著名獨(dú)立組態(tài)軟件供應(yīng)商，創(chuàng)立于1986年。在HMI/SCADA產(chǎn)品和管理可視化開(kāi)發(fā)領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先水平，ICONICS同時(shí)也是微軟的金牌合作伙伴，其產(chǎn)品是建立在開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之上的。2007年推出了業(yè)內(nèi)首款集傳統(tǒng)SCADA、3D、GIS于一體的組態(tài)軟件GENESIS64。GENESIS64作為基于.NET64bit平臺(tái)全新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為客戶(hù)提供一個(gè)360三維操作視景。產(chǎn)品功能特點(diǎn)：三位一體：HMI/SCADA系統(tǒng)、三維(3D)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、和GISSCADA統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)多維度集成：除過(guò)程數(shù)據(jù)外，支持視頻、地理信息、管理數(shù)據(jù)、IT/Web信息集成高度模塊化：支持界面展現(xiàn)、數(shù)據(jù)管理、報(bào)警管理等功能可選、按模塊實(shí)施技術(shù)領(lǐng)先：原生64位應(yīng)用、基于微軟.NETFramework4.0，基于WPF/WCF開(kāi)放架構(gòu)：基于SOA，全面支持OPCUA架構(gòu)、移動(dòng)、跨平臺(tái)應(yīng)用等產(chǎn)品線(xiàn)豐富：64位/32位HMI/SCADA,Historian,OPC/UA產(chǎn)品，生產(chǎn)智能和MES/EMS軟件C)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀1.世紀(jì)星：由北京世紀(jì)長(zhǎng)秋科技有限公司開(kāi)發(fā)。產(chǎn)品自1999年開(kāi)始銷(xiāo)售。2.三維力控：由北京三維力控科技有限公司開(kāi)發(fā)，核心軟件產(chǎn)品初創(chuàng)于1992年。3.組態(tài)王KingView：由北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)，該公司成立于1997年。1991年開(kāi)始創(chuàng)業(yè)，1995年推出組態(tài)王1.0版本，目前在市場(chǎng)上廣泛推廣KingView6.53、KingView6.55版本，每年銷(xiāo)量在10,000套以上，在國(guó)產(chǎn)軟件市場(chǎng)中市場(chǎng)占有率第一。4.紫金橋Realinfo：由紫金橋軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)，該公司是由中石油大慶石化總廠出資成立。5.MCGS：由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)，市場(chǎng)上主要是搭配硬件銷(xiāo)售。6.態(tài)神：態(tài)神是由南京新迪生軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)，核心軟件產(chǎn)品初創(chuàng)于2005，是首款3d組態(tài)軟件D)發(fā)展趨勢(shì)a.監(jiān)控組態(tài)軟件日益成為自動(dòng)化硬件廠商爭(zhēng)奪的重點(diǎn)；b.集成化、定制化；c.縱向：功能向上、向下延伸；d.橫向：監(jiān)控、管理范圍及應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。例如：城市危險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：對(duì)存放危險(xiǎn)源的場(chǎng)所、危險(xiǎn)源行蹤的監(jiān)測(cè)。避免放射性物質(zhì)和劇毒物質(zhì)失控地流通。國(guó)土資源立體污染監(jiān)控：對(duì)土壤、大氣中與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的污染物含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立立體式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。城市管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及調(diào)度：包括供水管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)、供熱管網(wǎng)等的監(jiān)控。5.1模擬畫(huà)面a)趨勢(shì)畫(huà)面b)工藝畫(huà)面C）報(bào)警畫(huà)面