油田注水泵站监控系统设计----变频调速

西安石油大学课程设计电子工程学院自动化专业自动1202班题目油田注水泵站监控系统设计---变频调速学生指导老师阮岩二○一五年六月1《自动化仪表与过程控制》课程设计任务书题目油田注水泵站监控系统设计----变频调速学生姓名学号专业班级自动化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．熟悉油田注水泵站的工艺流程,，并对洗井水压力控制（执行器为洗井水泵的变频调速电机，控制器即变频调速控制器）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2015年月日至2015年月日指导教师签名2015年月日系（教研室）主任签名2015年月日学生签名2015年月日2目录一、组态软件的历史发展.............................................................................................31、组态软件产生的背景..........................................................................................32、组态软件在我国的发展......................................................................................3二、基本工艺流程.........................................................................................................4三、工艺介绍.................................................................................................................4四、系统分析.................................................................................................................5五、控制规律的选择.....................................................................................................51、比例(P)控制.........................................................................................................52、比例积分(PI)控制...............................................................................................63、比例微分(PD)控制..............................................................................................64、比例积分微分(PID)控制.....................................................................................65、PID参数的整定..................................................................................................6六、仪表选型.......................................................................................................................71、产品型号..............................................................................................................72、产品用途..............................................................................................................73、产品特点..............................................................................................................74、功能规范..............................................................................................................8七、组态软件运行画面.......................................................................................................91.实时趋势画面.............................................................................................................92.工艺流程画面...........................................................................................................103.实时报警画面..........................................................................................................104.策略管理画面...........................................................................................................11八、设计总结.....................................................................................................................11九、参考资料.....................................................................................................................123一、组态软件的历史发展1、组态软件产生的背景“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。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，HumanMachineInterface）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。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4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，ManagementInformationSystem）和CIMS（计算机集成制造系统，ComputerIntegratedManufacturingSystem）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。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20MPa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、工艺介绍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20MPa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5用水量为1000吨/日。四、系统分析二级泵输出管道使用流量计测量流量，将测量值与给定值进行对比后，得到的偏差值，经变频器后转换电机的调节信号，当测量流量大于给定值时，需要给