西安石油大學課程設計電子工程學院自動化專業班題目天然氣城市門站監控系統設計學生指導老師二○一三年六月目錄1.1任務書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1工藝流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.1控制回路方框圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.2所選控制規律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.3參數整定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54.1組態軟件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55.1模擬畫面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76.1設計總結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．86.2參考資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8《自動化儀表與過程控制》課程設計任務書題目天然氣城市門站監控系統設計學生姓名學號專業班級設計內容與要求本次課程設計的目的是熟悉過程控制系統的組態和調試，掌握自動化儀表與過程控制的基本應用，加深和鞏固本課程及相關課程的知識，要求完成如下內容:熟悉天然氣城市門站工藝流程。2.依據工藝流程和基本數據,對管路A所用壓力調節系統儀表作出選型；3.對控制回路畫出方框圖，寫出所選控制規律，及參數整定方法；4.了解組態軟件的歷史、發展及國內外現狀，熟悉組態軟件的應用，利用力控組態軟件做出天然氣城市門站監控系統的組態設計，并在報告中寫出組態過程如：I/O端口分配、I/O點組態參數說明、控制回路組態說明等。最終要求做出工藝流程畫面、趨勢畫面、報警畫面，并利用軟件提供的模擬對象，實現系統的自動控制。5．完成課程設計報告。起止時間2013年6月21日至2013指導教師簽名2013年月日系（教研室）主任簽名2013年月日學生簽名2013年6月23日2.1工藝流程天然氣城市門站需要將天然氣分輸站送來的天然氣加入臭劑經調壓后送往城市管網，其基本流程如圖，天然氣壓力調節采用2條管路并聯運行，兩級減壓(注：圖中只畫出了一級調節)，壓力調節采用控制閥。（注：實際生產中一般采用自力式調壓閥，本作業中采用控制閥。）設某城市門站的年用氣量為3000萬標準方，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調節器城市門站PI調節器城市門站檢測變送調節閥3.2所選控制規律比例調節作用，是按比例反應系統的偏差，系統一旦出現了偏差，比例調節立即產生調節作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調節，減少誤差。b)積分調節作用，是使系統消除穩態誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調節就進行，直至無差，積分調節停止，積分調節輸出一常值。c)微分調節作用，微分作用反映系統偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調節作用消除。考慮到本設計是對流量進行控制，采用PI調節。3.3參數整定方法采用實驗湊試法，通過模擬，觀察系統的響應曲線，然后根據各參數對系統的影響，反復湊試參數，直至出現滿意的響應，從而確定PI控制參數。

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，直至得到反應快、超調小的響應曲線。

（2）整定積分環節

若在比例控制下穩態誤差不能滿足要求，需加入積分控制。

先將步驟（1）中選擇的比例系數減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應調整比例系數，反復試湊至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。4.1組態軟件組態軟件，又稱組態監控軟件系統軟件。譯自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（數據采集與監視控制）。它是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件的應用領域很廣，可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統。A)組態軟件歷史“組態”的概念是伴隨著集散型控制系統（DistributedControlSystem簡稱DCS）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業控制技術不斷發展和應用的過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在：PC技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已經成熟；由PC構建的工業控制系統具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強；基于PC的控制系統易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC技術向工業控制領域的滲透中，組態軟件占據著非常特殊而且重要的地位。B)國外現狀1.InTouch：Wonderware（萬維公司）是Invensysplc“生產管理”部的一個運營單位，是全球工業自動化軟件的領先供應商。Wonderware的InTouch軟件是最早進入中國的組態軟件。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。但是，早期的InTouch軟件采用DDE方式與驅動程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經完全基于32位的Windows平臺，并且提供了OPC支持。2.IFix：GEFanuc智能設備公司由美國通用電氣公司（GE）和日本Fanuc公司合資組建，提供自動化硬件和軟件解決方案，幫助用戶降低成本，提高效率并增強其盈利能力。3.Citech：悉雅特集團（Citect）是世界領先的提供工業自動化系統、設施自動化系統、實時智能信息和新一代MES的獨立供應商。4.WinCC：西門子自動化與驅動集團(A&D）是西門子股份公司中最大的集團之一，是西門子工業領域的重要組成部分。Siemens的WinCC也是一套完備的組態開發環境，Simens提供類C語言的腳本，包括一個調試環境。WinCC內嵌OPC支持，并可對分布式系統進行組態。但WinCC的結構較復雜，用戶最好經過Siemens的培訓以掌握WinCC的應用。5.ASPEN-tech（艾斯苯公司）InfoPlus.21艾斯苯公司（AspenTechnology,Inc.）是一個為過程工業（包括化工、石化、煉油、造紙、電力、制藥、半導體、日用化工、食品飲料等工業）提供企業優化軟件及服務的領先供應商.6.Movicon：是意大利自動化軟件供應商PROGEA公司開發。該公司自1990年開始開發基于Windows平臺的自動化監控軟件，可在同一開發平臺完成不同運行環境的需要。特色之處在于完全基于XML，又集成了VBA兼容的腳本語言及類似STEP-7指令表的軟邏輯功能。7.GENESIS64：美國著名獨立組態軟件供應商，創立于1986年。在HMI/SCADA產品和管理可視化開發領域一直處于世界領先水平，ICONICS同時也是微軟的金牌合作伙伴，其產品是建立在開放的工業標準之上的。2007年推出了業內首款集傳統SCADA、3D、GIS于一體的組態軟件GENESIS64。GENESIS64作為基于.NET64bit平臺全新設計的產品，為客戶提供一個360三維操作視景。產品功能特點：三位一體：HMI/SCADA系統、三維(3D)虛擬現實系統、和GISSCADA統一在一個平臺多維度集成：除過程數據外，支持視頻、地理信息、管理數據、IT/Web信息集成高度模塊化：支持界面展現、數據管理、報警管理等功能可選、按模塊實施技術領先：原生64位應用、基于微軟.NETFramework4.0，基于WPF/WCF開放架構：基于SOA，全面支持OPCUA架構、移動、跨平臺應用等產品線豐富：64位/32位HMI/SCADA,Historian,OPC/UA產品，生產智能和MES/EMS軟件C)國內現狀1.世紀星：由北京世紀長秋科技有限公司開發。產品自1999年開始銷售。2.三維力控：由北京三維力控科技有限公司開發，核心軟件產品初創于1992年。3.組態王KingView：由北京亞控科技發展有限公司開發，該公司成立于1997年。1991年開始創業，1995年推出組態王1.0版本，目前在市場上廣泛推廣KingView6.53、KingView6.55版本，每年銷量在10,000套以上，在國產軟件市場中市場占有率第一。4.紫金橋Realinfo：由紫金橋軟件技術有限公司開發，該公司是由中石油大慶石化總廠出資成立。5.MCGS：由北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司開發，市場上主要是搭配硬件銷售。6.態神：態神是由南京新迪生軟件技術有限公司開發，核心軟件產品初創于2005，是首款3d組態軟件D)發展趨勢a.監控組態軟件日益成為自動化硬件廠商爭奪的重點；b.集成化、定制化；c.縱向：功能向上、向下延伸；d.橫向：監控、管理范圍及應用領域擴大。例如：城市危險源實時監測：對存放危險源的場所、危險源行蹤的監測。避免放射性物質和劇毒物質失控地流通。國土資源立體污染監控：對土壤、大氣中與農業生產有關的污染物含量進行實時監測，建立立體式實時監測網絡。城市管網系統實時監控及調度：包括供水管網、燃氣管網、供熱管網等的監控。5.1模擬畫面a)趨勢畫面b)工藝畫面C）報警畫面