氨气处理控制系统.doc

目 录第1章 氨气处理控制控制系统工艺分析11.1 氨气处理控制系统基本组成11.2 数字仪表的主要技术指标1第2章 氨气处理控制控制系统设计32.1 氨气处理控制系统仪表的选择32.2 氨气处理控制系统传感器的选择32.3 氨气处理控制系统控制方案分析4第3章 基于Realinfo的氨气处理控制系统监控程序设计63.1 氨气处理控制系统主控界面63.2 氨气处理控制系统趋势界面93.3 氨气处理控制系统的仪表界面10第4章 结论与体会12参考文献13控制系统综合实验第1章 氨气处理控制控制系统工艺分析1.1 氨气处理控制系统基本组成为了提高工程建设投资效果，在工艺设计中，要从供气和用气工矿及气量平衡、管网压力级制、工艺流程、输配管网布置、主要设备和仪表阀门选择、自控系统设置、管道与防腐选材等方面进行多方案比选、从中选取技术先进、经济合理的最佳设计方案。智能氨气处理控制系统具体实现氨气处理的自动计量水流量、读写TM卡、控制阀门、显示报警等功能。控制系统电路由低功耗单片机、流量计、E2PROM存储电路、TM卡读写电路、LCD显示控制电路、阀门控制检测电路、电压检测电路等组成。当用户将含有购水量等信息的TM卡插入氨气处理上卡座内时,控制阀在电控系统控制下开通供水通道。用户每用一个计量单位（10升）,计量电路便发出一组计量脉冲序列,该脉冲序列如经电控系统判定为有效,即可从已购水量中减去一个计量单位。当剩余水量达到报警值时,液晶汉字显示“请购水”;当水量为零时,控制阀自动关闭,水路即被切断,此时用户须重新持卡购水。在正常情况下,控制阀处于接通状态,只有当特殊事件发生时控制阀才从接通状态变为关闭状态。TM卡氨气处理控制系统由低功耗单片机、流量计量电路、E2PROM存储电路、TM卡读写电路、LCD显示控制电路、阀门控制检测电路、电压检测电路、实时时钟电路等组成。1.2 数字仪表的主要技术指标作为TM卡氨气处理控制系统核心部件的微控制器采用PHILIPS 51LPC系列中的P87LPC764单片机。这种单片机运行速度快、编程灵活、低功耗,自带4K字节OTP程序存储器、128字节的RAM,32字节用户代码区可用来存放序列码及设置参数,并且具有丰富的I/O功能和较强的中断能力,能够很好地满足TM卡氨气处理控制系统高集成度、低成本、低功耗的要求。在智能卡氨气处理控制系统中,信息的存储是非常重要的方面。因此,在本控制系统中,存储器采用2K容量的串行CMOSE2PROM-CAT24WC02,它是低电压、低功耗、长寿命（一百万次编程和擦除周期）的器件,采用I2C总线数据传输协议,使用方便。用来存储总购水量、总用水量、上次购水量、卡号、氨气处理状态等信息。信息的载体-TM卡,采用单总线协议通讯,所有的读写操作均经一信号线（总线）和地线完成,所以读写电路极简单。LCD驱动器采用HT1621,它是128点、内存映象和多功能的LCD驱动器,特有的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合,用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条。在本设计中,采用电阻和PNP三极管来控制HT1621的电源|稳压器,降低功耗,延长LCD的使用寿命。LCD平时处于关闭状态,当有TM卡插入、并确认有效卡或有其它状况时,LCD开启并显示本次购水、已用水量、可用水量、阀门状态等信息。氨气处理的基表采用符合ISO4064B标准的单流旋翼式冷水氨气处理。该表计数机构与测量机构经磁耦合传动,采用干簧管水量计量发讯,每流经10升水时产生一脉冲;表内设有磁保护装置,具有较强的抗外磁干扰能力。水量计量脉冲通过由电容和电阻组成的防抖电路输入单片机,每输入一个脉冲,在存储器中减去相应水量。阀门控制是氨气处理控制系统中一个很敏感部分,关启阀门的可靠性差,将会给供水部门带来很大的问题。因此,我们自行设计了结构巧妙、关闭可靠、DC2.6-3.6V控制的电动陶瓷阀门,有效地解决阀门关闭不可靠问题。当正向端输入高电平,反向端输入低电平时,阀门开启;反之,阀门闭合。当单片机P1.6口输入低电平、P1.7口输入高电平时,三极管Q3、Q5、Q6导通,Q2、Q4、Q7截止,故正向端（ON）输出高电平,反向端（OFF）输出低电平,开启阀门,开启到位时,由单片机P1.5口输入检测信号,动作停止;反之,三极管Q2、Q4、Q7导通,Q3、Q5、Q6截止,正向端输出低电平,反向端输出高电平,关闭阀门,同样由单片机P1.6口输入关闭到位检测信号。为提高氨气处理运行的可靠性和安全性,采用分级电源电压实时检测,电压实时检测芯片采用RH5VL28和RH5VL30。当电源电压正常时,芯片的Vout脚为高电平;当电源电压小于3.0V时,RH5VL30的Vout脚输出低电平,单片机检测到该信号后,控制液晶显示模块显示欠压,并关阀警告,提示用户更换电池;当电源电压小于2.8V时,RH5VL28的Vout脚输出低电平,单片机检测到该信号后,彻底关阀,直到用户更换完电池。12第2章 氨气处理控制控制系统设计2.1 氨气处理控制系统仪表的选择不仅要熟悉仪表和生产过程流体特性这两方面的技术，还要考虑经济因素，即性能要求，流体特性、安装要求、环境条件和费用，才能正确和有效地选择流量测量方法和仪表。 对某一应用场所可以采用的仪表可能有几种方案，如选择时只凭以往经验和单纯考虑初装费用贸然作出决定，从而失去了选择最适和仪表的机会。首先，应确定是否真正要安装流量仪表。如果仅希望知道管道中流体是否在输送流动，其大体流量，那么选用流动窥视窗或流动指示器就能以较低费用达到这一目标。他们是一些结构简单的器具，精确度很低。如果测量要求比上述高些，指示流量误差在210之间，则安装一台流量仪表。若按后文选择步序认为选择差压式仪表,也不一定要专门安装孔板节流体等流量传感器，可利用弯管流量计或或用外夹装便携式超声流量计。 最后，按初选确定的各方案，向初选仪表的各制造厂收集样本、技术数据和选用手册等，充分了解仪表规范性能；再分别按性能要求和仪表规范、流体特性、安装场所、环境条件和经济考虑五个方面因素，按后文各节所提出的问题，逐一分析，列表比较。考虑顺序按测量目的和侧重点而与初选时不同，一般先从性能要求和仪表规范开始，再考虑其它因素。如适用对象认为经济因素是主要因素（如大管径输送要求泵送费用低、商贸核算要求测量误差造成损失小），则在考虑性能要求和仪表规范的另一方面因素时，有时候还要回复到考虑迁移方面因素，五方面因素交替考虑。2.2 氨气处理控制系统传感器的选择现代传感器在原理与结构上有很大的不同，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 (1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。 在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指针。 (2) 灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。 传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。2.3 氨气处理控制系统控制方案分析为了使顺序控制系统工作可靠，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电必须以前一步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统前一步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若前一步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。设计思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；在根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S，复位指令为R；移位指指令为SR。其中的“”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。步1的M1得电条件是受控机械原位开关X1处于压合状态（若受控机械有多个执行机构，则要求每个执行机构的原位开关均处于压合状态），满足原位条件后按起动按钮X0才能得电。M1得电后自锁，并为步2提供步进条件信号（M1的常开触点）。步1的执行动作完成时触发的行程开关信号X2作为步2的转步条件信号。步2的M2的输入满足其步进条件和转步条件后得电自锁，并为步3提供步进条件信号。按此规律即可实现后续每一工作步辅助继电器的得电和自锁。停止步M5的步进条件信号和转步条件信号分别为：最后一个工作步M4发出的步进条件信号（M4的常开触点）和该步动作完成时所触发的转步信号X1。由于M5的得电信号令控制系统失电，所以M5的回路不自锁，而且要将其常闭触点串联在步1回路的最左端。从步2起后续各个步的回路构成分支回路。一旦M5得电便使整个系统失电。如不用分支回路的结构。即把M5常闭触点分别串联在每步辅助继电器的回路上。应该注意的是：无论工作步还是停止步，如果某步的转步主令信号有多个，则应将多个转步主令信号互相串联。第3章 基于Realinfo的氨气处理控制系统监控程序设计3.1 氨气处理控制系统主控界面紫金桥监控组态软件由紫金桥公司出版，紫金桥软件技术有限公司(RealSoft)是由中石油出资成立的专门从事计算机软件产品开发的高新技术企业，是中国石油天然气集团的软件开发基地。公司专注于自主知识产权软件产品“实时数据库系统”和“监控组态软件”的开发与推广工作，以为企业集团及客户提供完整的自动化&信息化解决方案为己任。 紫金桥软件技术有限公司是国内最早研发国产大型实时数据库产品的公司之一。先后承担了国家“九五”攻关项目实时数据库及其监控系统平台软件的开发工作、国家863计划CIMS示范工程大庆石化总厂乙烯厂CIMS和大庆石化化肥厂CIMS项目的开发及国家863项目实时数据库系统的研究开发。在国家863验收会议上，紫金桥实时数据库产品受到了验收专家高度评价。 公司与中科院、清华大学、中国科技大学、石油大学等国内著名高等学府和科研机构保持着紧密的合作关系，同时还与国外知名大公司HONEYWELL、YOKOGAWA、FOXBORO、GE、OMRON、MicroSoft、ASPENTECH、SIEMENS保持技术协作关系。 紫金桥软件公司拥有一支业务能力强、综合素质高、专业结构合理的技术人才队伍，60%以上的开发人员具有多年的实时数据库系统开发经验和工厂实际工作经验，公司多人曾出国接受过专业培训，数人曾获省部级科技进步奖。 紫金桥监控组态软件是紫金桥公司在长期的科研和工程实践中开发的通用工业组态软件。紫金桥组态软件在实际应用中，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价。用户已经广泛应用于石化、炼油、汽车、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力、交通、智能楼宇、仓储、物流、水利等多个行业和领域的过程控制、管理监测、现场监视、远程监视、故障诊断、企业管理、资源计划等系统。 紫金桥组态软件主要特点： 客户/服务器体系结构 紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。一处定义，多处引用：在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。 强大的数据库处理核心：数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。 可靠的冗余系统：紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持IO冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运行。 丰富的IO驱动：紫金桥组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的IO通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC和DCS。同时支持OPC、DDE等各类开放接口 逼真的图形系统：全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，真实再现生产流程，能设计出逼真的图形效果。系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。用户也可以自定义图库，一劳永逸。 功能强大的脚本系统： 系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。脚本采用类BASIC语言，简单实用，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。 报表系统：紫金桥组态软件本身提供了报表系统，可以支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，可以制出各类报表。提供EXCEL组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入EXCEL。 丰富的组件对象：可以直接在画面中插入各类Windows标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类ActiveX控件和OLE对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。 Web发布：紫金桥组态软件通过Web发布，可以在Internet上授权访问，授权操作。可以使用Windwos自带的WebServer或紫金桥提供的WebServer。这些可以任意指定数据发布端口。客户端简单易用，用户无需降低IE浏览器安全级别，可直接浏览。 周密的安全管理系统：安全管理支持用户分组，用户继承所在组的全部权限，且可以定义拥有自己的私有权限。对窗口、配方、各种点、各种操作等都提供了完整的安全保护机制，只有授权用户才可以操作。 由紫金桥监控组态软件来模拟氨气处理控制系统，该系统用来对该系统对氨气处理进行监控，将氨气处理运行时各个运行参数实时采集到紫金桥监控组态软件对应变量中。由紫金桥监控组态软件统一管理，给出系统各部分运行趋势，并根据系统设置一定的控制算法，保持系统正常运行。使用紫金桥监控组态软件来建立一个新的工程。新建页面如下，如图3-1所示。图3-1氨气处理控制系统界面单击确认后，出现操作页面，如图3-2所示：图3-2建立新的界面使用紫金桥监控组态软件在画面上绘制出氨气处理控制系统的工作部件，在图库中找到相应的部件，将氨气系统的工作流程完整的显示出来。写好各个部件的名称，调整各部件的大小和颜色使得画面整齐美观。氨气是有毒气体，溶解度极高，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，对人有很大的伤害，而且会污染空气，所以储存氨气的气罐都应是密封的。输送管线要交错有致，使其便于检查。紫金桥监控组态软件开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面: (1)图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。 (2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。 (3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令如图3-3所示，显示了氨气处理控制系统的主要控制界面。图3-3氨气处理控制系统主控界面3.2 氨气处理控制系统趋势界面趋势曲线有实时趋势曲线和历史趋势曲线两种。趋势曲线的外形类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量值。主要用于观察变量的变化趋势，最多可显示4条实时趋势曲线，历史趋势曲线最多可显示8条，而一个画面中可定义数量不限的趋势曲线（实时趋势曲线或历史趋势曲线）。在趋势曲线中工程人员可以规定时间间距，数据的数值范围。软件运行时，实时趋势曲线可以自动卷动，以快速反映变量随时间的变化。历史趋势曲线并不自动卷动，一般与功能按钮一起工作，共同完成历史数据的查看工作。这些按钮可以完成翻页、设定时间参数、启动/停止记录等复杂的功能。如图3-4所示，为设置历史趋势曲线。图3-4氨气处理控制系统趋势界面3.3 氨气处理控制系统的仪表界面在对工业现场监控时，如果一旦发现某一个参数的数值发生了异常，就应该马上的通知操作人员，以便于操作人员对异常情况采取及时而有效的措施，避免发生重大的损失。在紫金桥实时数据库中可以使用报警来完成对异常的通知。在紫金桥系统中报警的产生、处理和保存都在实时数据库中完成，当需要显示报警时，可以运行人机界面系统来显示报警。报警的分类 ：报警可以分为如下几类：1、 限值报警对过程变量的测量值设置一系列的限值，当测量值越过限值时，就会产生限值报警。限值共有4种，即低低限、低限、高限、高高限，注意它们都必须在测量值的量程范围内，并且它们的数值必须依次增大。2、 当测量值越限时，并不是针对于每一个限值都产生一个报警，而是仅产生最近越限的报警。比如当测量值越过高高限时，并不是会产生高限和高高限两个报警，而是仅产生一个高高限报警。3、 偏差报警当过程变量测量值相对于用户的设定值偏差超过了用户的指定范围时，就会产生偏差。这里偏差的意义是测量值和设定值之差的绝对值。4、 变化率报警当过程变量测量值的变化率超过用户设定的变化率时而产生的报警。也就是说，这种报警的产生表明过程变量变化的太快了，发生了异常。此处的变化率的意义是在一秒钟的时间范围内过程变量变化的绝对值的大小，计算公式为：abs(当前测量值-上次测量值)/（当前时间-上次测量时间）。5、 状态异常报警数字量和模拟量不同，它的状态只有0或1两种。所以当它发生异常时，它的状态也只能是0或