基于plc的天然氣調(diào)壓站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于PLC的天然氣調(diào)壓站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué) 院 名 稱： </b></p><p>　　專 業(yè) 名 稱：油氣儲(chǔ)運(yùn)工程</p><p><b>　　學(xué) 生 姓 名： </b><

2、;/p><p><b>　　指 導(dǎo) 教 師： </b></p><p><b>　　二○一五年五月</b></p><p>　　BACHELOR’S DEGREE THESIS OF LANZHOU CITY UNIVERSITY</p><p>　　Design of PLC-based Gas Pr

3、essure Regulating Station Monitor and Control System</p><p><b>　　May 2015</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　管道燃?xì)夤?yīng)以其方便、經(jīng)濟(jì)，安全等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，正逐步取代瓶裝供氣。燃?xì)饩哂幸兹?、易爆的特點(diǎn)

4、，為了保證燃?xì)夤?yīng)的安全并實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)度，必須及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，了解壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)。本天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控正是基于以上需求的基礎(chǔ)上研制而成的。</p><p>　　本文首先對(duì)調(diào)壓站智能控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)的功能目標(biāo)和性能要求，并提出調(diào)壓站智能控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)框架，本天然氣站智能監(jiān)控系統(tǒng)主要以CPU224XP控制核心，以傳感器（壓差傳感器、溫度傳感器，壓力傳感器等）用來(lái)做檢測(cè)元件，以電磁閥為執(zhí)行

5、機(jī)構(gòu)．CPU不僅要分析處理判斷從EM231送過(guò)來(lái)的模擬量轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)，還要負(fù)責(zé)與流量計(jì)以及上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的控制和報(bào)警指示以及控制相關(guān)電磁閥的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓站的智能監(jiān)控。</p><p>　　關(guān)鍵詞：天然氣調(diào)壓站；PLC；通信；智能監(jiān)控

6、 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The supply of conduit gas spreads widely because of its

7、advantages such as：convenience，economy,and safety etc,It gradually replaces the bottle packing gas．Gas is flammable and explosive．In order to ensure the safety of gas supply and realize the best adjustment，we must master

8、 the status of the system and datas such as pressure，flux，temperature in time，so the develpoment of the system is based on the need. CPU 224XP is used as controlling core of the system and the sensors as measurin

9、g co</p><p>　　KeyWords：Gas station for pressure adjustment;PLC;Communication;Mon itoring System</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><

10、;p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.1.1天然氣城市輸配系統(tǒng)的構(gòu)成1</p><p>　　1.1.2天然氣城市輸配系統(tǒng)壓力級(jí)制的確定1</p><p><b>　　1.1.3門站2</b></p><p>　　1.1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p&g

11、t;<p>　　1.2本人的設(shè)計(jì)方案考慮3</p><p>　　1.2.1控制方式的選擇3</p><p>　　1.2.2總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3</p><p>　　1.2.3幾點(diǎn)應(yīng)考慮的事項(xiàng)3</p><p>　　1.3監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能4</p><p>　　1.3.1調(diào)壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介4<

12、/p><p>　　1.3.2監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能5</p><p>　　第2章 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1顯示器選擇7</p><p>　　2.2監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部件的連接設(shè)置7</p><p>　　2.2.1 通信電纜的制作7</p><p>　　2.2.2 電

13、腦與觸摸屏的連接9</p><p>　　2.2.3 觸摸屏與PLC連接9</p><p>　　第3章 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 西門子S7-200 PLC芯片的I/O端口分配11</p><p>　　3.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏操作界面設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1

14、 選擇編譯軟件ADP6.012</p><p>　　3.2.2 觸摸屏界面的設(shè)計(jì)方法12</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)的操作界面具體設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.4人機(jī)界面的總體功能結(jié)構(gòu)14</p><p>　　3.2.5主要功能界面設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3 S7-200 PLC芯片

15、通信協(xié)議（MODBUS協(xié)議）19</p><p>　　3.3.1 MODBUS協(xié)議應(yīng)用（主從模式）19</p><p>　　3.3.2 MODBUS協(xié)議概述19</p><p>　　3.3.3 通信協(xié)議設(shè)置19</p><p>　　第4章 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1環(huán)境條件

16、的考慮21</p><p>　　4.2監(jiān)控系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.3軟件可靠性設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　致謝26<

17、/b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，在能源結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略地位早已確立。其利用領(lǐng)域極為廣泛，諸如化學(xué)工業(yè)原料、工業(yè)燃料、商業(yè)及民用燃料、汽車燃料、集中供熱與發(fā)電等，是主要的一次性消耗能源之一．我國(guó)“

18、西氣東輸”計(jì)劃的制定與實(shí)旄，足見(jiàn)國(guó)家對(duì)天然氣利用的重視，我國(guó)雖然起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。</p><p>　　天然氣調(diào)壓站是城市天然氣輸送系統(tǒng)的核心之一，而天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)是天然氣調(diào)壓站的重要組成部分。集中監(jiān)控與管理天然氣輸送系統(tǒng)的各項(xiàng)壓力參數(shù)指標(biāo)在整個(gè)系統(tǒng)中占著極其重要的地位。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普遍應(yīng)用，天然氣調(diào)壓目標(biāo)的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控也成為天然氣調(diào)壓站的一個(gè)重要方向。良好的監(jiān)控系統(tǒng)可以極大地降低工作人員的勞

19、動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，提高天然氣供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性[1]。</p><p>　　1.1.1 天然氣城市輸配系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　城市輸配系統(tǒng)是指從接收長(zhǎng)輸管道供氣的門站開(kāi)始至用戶用具止的整個(gè)系統(tǒng)，它包括門站、儲(chǔ)氣裝置、調(diào)壓裝置、輸配管道、計(jì)量裝置等部分，其中儲(chǔ)氣、調(diào)壓與計(jì)量裝置可單獨(dú)設(shè)置或合并設(shè)置，也可設(shè)在門站內(nèi)．門站是天然氣進(jìn)入城市的門戶，具有計(jì)量、過(guò)濾、調(diào)壓與加臭等功能，有

20、時(shí)兼有儲(chǔ)氣功能。儲(chǔ)氣裝置有儲(chǔ)氣罐、輸氣管道管束儲(chǔ)氣等。</p><p>　　輸配管道也可按氣功能分類，即分為分配干管、庭院管與室內(nèi)管。分配干管與庭院管為室外管。目前，室內(nèi)管的立管與水平管也有安裝在建筑物外墻上的。輸配系統(tǒng)的壓力級(jí)制是由系統(tǒng)中管道設(shè)計(jì)壓力等級(jí)命名的，一般有高中低壓系統(tǒng)、高中壓系統(tǒng)、中低壓系統(tǒng)與單級(jí)中壓系統(tǒng)等。</p><p>　　1.1.2 天然氣城市輸配系統(tǒng)壓力級(jí)制的確定&

21、lt;/p><p>　　確定輸配系統(tǒng)壓力級(jí)制時(shí)，應(yīng)考慮下列因素：氣源；城市現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃、儲(chǔ)氣措施、大型用戶與特殊用戶狀況。對(duì)于大中型城市，由于用氣量多、面廣，為安全供氣，在城市周邊設(shè)置高壓或次高壓環(huán)線或半環(huán)線經(jīng)多個(gè)調(diào)壓站向城市供氣，該高壓或次高壓管線往往兼作儲(chǔ)氣，即具有輸、儲(chǔ)氣雙重功能。當(dāng)天然氣壓力大于2.0Mpa時(shí)，因儲(chǔ)罐最高運(yùn)行壓力一般為1.6Mpa，采用管道輸氣較儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣經(jīng)濟(jì)，除長(zhǎng)輸管道末端可儲(chǔ)氣外，也可設(shè)置

22、高壓管道或管束儲(chǔ)氣。由于四級(jí)地區(qū)地下燃?xì)夤艿缐毫Σ灰舜笥?.6Mpa。高壓管道一般設(shè)置在中心城區(qū)邊緣。對(duì)于要求供氣壓力較高的用戶可由高壓或次高壓管道直接供氣．城區(qū)輸配系統(tǒng)一般為單級(jí)中壓。該系統(tǒng)避免了中、低壓管道并行敷設(shè)、減少低壓管長(zhǎng)度而獲得了較好的經(jīng)濟(jì)性。單個(gè)調(diào)壓器的供氣戶數(shù)較少，燃具前壓力由更好的穩(wěn)定性。因此，單級(jí)中壓系統(tǒng)成為城區(qū)天然氣出賠系統(tǒng)的首選．綜上所述，城市天然氣輸配系統(tǒng)結(jié)合管道儲(chǔ)氣或儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣可采用的壓力級(jí)制一般為高中壓與單級(jí)

23、中壓。</p><p><b>　　1.1.3 門站</b></p><p>　　門站接收長(zhǎng)輸管道上分輸站的供氣，對(duì)天然氣進(jìn)行過(guò)濾、計(jì)量、調(diào)壓、檢測(cè)與加臭等，并且設(shè)置自動(dòng)化控制系統(tǒng)，也可設(shè)置儲(chǔ)氣裝置。門站出口可直接連接城市中壓管網(wǎng)：當(dāng)嘗試另設(shè)儲(chǔ)配站或高中壓調(diào)壓器時(shí)，天然氣在門站經(jīng)過(guò)濾、計(jì)量與檢測(cè)后供入高壓或次高壓管道。當(dāng)站內(nèi)需耗用天然氣發(fā)電或用作其他用途時(shí)，可另設(shè)置專

24、線供應(yīng)。</p><p>　　門站站址應(yīng)符合城市規(guī)劃要求，并結(jié)合長(zhǎng)輸管道位置確定；同時(shí)考慮少占農(nóng)田，節(jié)約用地，與周圍建筑物和構(gòu)筑物由符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的安全間距，以及適宜的地形、工程地質(zhì)。門站總平面分為生產(chǎn)區(qū)（計(jì)量、調(diào)壓、儲(chǔ)氣、加臭等）與輔助區(qū)（變配電、消防泵房、消防水池、辦公摟等）。</p><p>　　1.1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)外對(duì)天然氣輸

25、配管網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)的日趨完善，有了一整套成熟的技術(shù)和設(shè)備，結(jié)果表明性能可靠、穩(wěn)定，具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值，對(duì)調(diào)壓站的安全生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)起到了很大的作用，但是價(jià)格太高，難以推廣使用。由于缺乏相關(guān)的設(shè)備，國(guó)內(nèi)的大多數(shù)天然氣公司的調(diào)壓站在工作過(guò)程中缺乏相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制措施，在出現(xiàn)異常和故障情況時(shí)不能及時(shí)有效的停氣和檢修，從而給企業(yè)帶來(lái)很大的浪費(fèi)和損失甚至?xí)劤墒鹿省Ｒ蚨?，如何將現(xiàn)代化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)與調(diào)壓站這一傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，帶

26、動(dòng)調(diào)壓站站向智能化、機(jī)電一體化方向發(fā)展，提高調(diào)壓站工作時(shí)的安全性、可靠性，是當(dāng)前天然氣行業(yè)普遍面臨的問(wèn)題之一。這一急需要求我們?cè)谶@方面自行努力，研究開(kāi)發(fā)適合本行業(yè)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。</p><p>　　1.2 本人的設(shè)計(jì)方案考慮</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣決定了控制系統(tǒng)的成敗。因此，深入進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)分析十分必要。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)總體方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)，

27、包括控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式、系統(tǒng)處理器和通信主要設(shè)備選擇，以及可靠性配置等。</p><p>　　1.2.1 控制方式的選擇</p><p>　　應(yīng)用PLJC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有多種不同的控制方案可供選擇。一般的，系統(tǒng)的控制方式按控制器和被控對(duì)象的關(guān)系來(lái)劃分，有集中控制和分散控制兩種控制方案，而根據(jù)處理器和I/O的位簧關(guān)系，有本地控制,遠(yuǎn)程控制和混合控制三種控制方案。所以，控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)方式可

28、以有六種，即集中本地控制,集中遠(yuǎn)程控制、集中混合控制和分散本地控制、分散遠(yuǎn)程控制和分散混合控制。</p><p>　　本系統(tǒng)采取的是集中本地控制的控制方式。</p><p>　　1.2.2 總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：</p><p>　　（1）本系統(tǒng)根據(jù)用戶的要求和被控對(duì)象的控制范圍、控制規(guī)模、系

29、統(tǒng)是否冗余等要求進(jìn)行了綜合考慮，同時(shí)，充分考慮系統(tǒng)的性能價(jià)格比等因素，確定控制系統(tǒng)總體方案，采用集中本地控制。</p><p>　?。?）在確定了控制系統(tǒng)方案以后，明確各組成部分的基本功能，包括硬件的主要設(shè)備，如處理器、工作站、控制網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和軟件及其數(shù)量。</p><p>　?。?）對(duì)總體方案進(jìn)行了可行性可可靠性的論證，以確保控制方案能滿足用戶的全部要求，并具有一定的先進(jìn)性。</

30、p><p>　　1.2.3 幾點(diǎn)應(yīng)考慮的事項(xiàng)</p><p>　　控制系統(tǒng)無(wú)論規(guī)模大小，其目的都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝生產(chǎn)監(jiān)視和控制，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、系統(tǒng)安全性和可靠性以及降低勞動(dòng)強(qiáng)度等。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，著重考慮以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：</p><p>　?。?）所選用的PLC滿足被控對(duì)象的控制要求，技術(shù)成熟，通用性好，可靠性高。</p>&

31、lt;p>　?。?）在滿足控制要求的前提下，系統(tǒng)本身安全可靠。</p><p>　?。?）考慮到工藝發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)的余量和擴(kuò)展能力。</p><p>　　（4）所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，有建高的性價(jià)比，操作使用和安裝方便。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有一定的先進(jìn)性。</p><p>　　1.3 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能</p>

32、;<p>　　管道燃?xì)夤?yīng)以其方便、經(jīng)濟(jì)，安全等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，正逐步取代瓶裝供氣。燃?xì)饩哂幸兹肌⒁妆奶攸c(diǎn)，為了保證燃?xì)夤?yīng)的安全并實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)度，必須及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，了解壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)。天然氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)大型的集中管理，統(tǒng)一調(diào)度，分散控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)一般由調(diào)度中心計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，門站、區(qū)域調(diào)壓站及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。其中門站和調(diào)壓站的主要功能有：根據(jù)消耗量來(lái)調(diào)整供應(yīng)量以滿足長(zhǎng)期需求；對(duì)

33、管網(wǎng)進(jìn)行負(fù)載平衡控制；允許遠(yuǎn)程壓力調(diào)節(jié)；向調(diào)度中心上傳數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，由微機(jī)及智能化器件組成的燃?xì)庾詣?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)供應(yīng)不可缺少的工具。智能控制系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程壓力傳感器采集壓力、流量計(jì)采集的流量信號(hào)，通過(guò)PLC系統(tǒng)的輸出控制減壓閥、增壓閥和泄壓閥，以達(dá)到燃?xì)夥€(wěn)定供應(yīng)的目的。</p><p>　　1.3.1 調(diào)壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　調(diào)壓系統(tǒng)由工作調(diào)壓器，

34、監(jiān)控凋壓器，切斷閥，放散閥，相應(yīng)的管道閥門組成，共有2路調(diào)壓路，一用一備。</p><p>　　調(diào)壓系統(tǒng)功能為調(diào)節(jié)調(diào)壓計(jì)量站出口壓力，為下游用戶提供壓力穩(wěn)定的氣源，并與限流、調(diào)流系統(tǒng)，計(jì)量系統(tǒng)一起，限定下游用戶的用氣流量及在用戶達(dá)到預(yù)定的用氣量之后切斷氣源。每條調(diào)壓回路具有相同的配置，有一臺(tái)獨(dú)立的切斷閥，一臺(tái)監(jiān)控調(diào)壓器，一臺(tái)工作調(diào)壓器及進(jìn)出口隔斷閥組成。正常工況下，工作調(diào)壓器調(diào)節(jié)天然氣調(diào)壓站出口壓力，當(dāng)工作調(diào)壓器

35、失效，監(jiān)控調(diào)壓器將投入運(yùn)行控制管線壓力，如果監(jiān)控調(diào)壓器也失效，下游壓力繼續(xù)升高，當(dāng)壓力達(dá)到切斷閥設(shè)定點(diǎn)時(shí)切斷閥切斷。此時(shí)備用路工作調(diào)壓器將投入運(yùn)行，來(lái)控制天然氣調(diào)壓站的出口壓力。</p><p>　　調(diào)壓系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)各個(gè)調(diào)壓器的壓力設(shè)定的差異來(lái)達(dá)到自動(dòng)切換的目的，若主回路工作調(diào)壓器壓力設(shè)定在0.4MPa，則監(jiān)控調(diào)壓器的壓力設(shè)定要略高于主調(diào)壓器為0.44MPa，而備用調(diào)壓回路的工作調(diào)壓器壓力設(shè)定點(diǎn)應(yīng)略低于主調(diào)壓

36、回路工作調(diào)壓器的壓力設(shè)定點(diǎn)，為0.36MPa，同樣備用調(diào)壓回路的監(jiān)控調(diào)壓器的壓力設(shè)定點(diǎn)應(yīng)略高于其工作調(diào)壓器的壓力設(shè)定點(diǎn)，為0.44MPa。在正常工況下，主調(diào)壓回路的工作調(diào)壓器負(fù)責(zé)壓力的調(diào)節(jié)，出口壓力為0.4MPa，主調(diào)壓回路的監(jiān)控調(diào)壓器保持全開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)主調(diào)壓回路的工作調(diào)壓器失效，工作調(diào)壓器將處于全開(kāi)狀態(tài)，調(diào)壓器出口壓力將升高直至0.44MPa，此時(shí)壓力信號(hào)通過(guò)取壓管反饋至監(jiān)控調(diào)壓器，監(jiān)控調(diào)壓器將開(kāi)始負(fù)責(zé)壓力的調(diào)節(jié)，若監(jiān)控調(diào)壓器也失效，下

37、游壓力將繼續(xù)升高直至達(dá)到切斷閥的設(shè)定壓力，此時(shí)主調(diào)壓回路切斷閥切斷，主調(diào)壓回路停止供氣，但下游用戶仍然在用氣，此時(shí)調(diào)壓站出口壓力將下降，直至降至0.36MPa，此壓力信號(hào)將通過(guò)取壓管反饋至備用調(diào)壓回路的工作調(diào)壓器，備用路的工作調(diào)壓器將_丌始工作，負(fù)責(zé)壓力的調(diào)節(jié)，同樣備用路也配有監(jiān)控調(diào)壓器，即使在備用路工作調(diào)壓器失效的情況下此監(jiān)控調(diào)壓器也可負(fù)責(zé)</p><p>　　1.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能</p>

38、<p>　　本人設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)：</p><p>　　（1）具備實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]調(diào)度中心；</p><p>　?。?）完善的安全監(jiān)視及安全防范措施；</p><p>　?。?）系統(tǒng)具有開(kāi)放性，與上一級(jí)應(yīng)用的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)逢連接，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)；</p><p

39、>　　（4）系統(tǒng)具有完善的冗余措施；</p><p>　?。?）友好易用的中文人機(jī)界面；</p><p>　?。?）采用模塊化結(jié)構(gòu)，靈活的工業(yè)組態(tài)，便于維護(hù)、擴(kuò)充和升級(jí)；</p><p>　?。?）高性能價(jià)格比。</p><p>　　第2章 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系

40、統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)壓站內(nèi)各關(guān)鍵部位參數(shù)的全天候連續(xù)實(shí)時(shí)采集和處理，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓站安全、可靠且經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。智能監(jiān)控系統(tǒng)需要采集的控制參數(shù)較多，既有進(jìn)出口的壓力、溫度、壓差以及閥位、氣體泄漏報(bào)警等模擬量信號(hào)，也有回訊器、切斷閥和電動(dòng)球閥等開(kāi)關(guān)量信號(hào)，還有來(lái)自體積修正儀智能儀表的數(shù)字信號(hào)。本人經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)需求的認(rèn)真分析和對(duì)各種控制工具的反復(fù)比較，本系統(tǒng)選用功能強(qiáng)大、抗干擾性能好、使用維護(hù)方便且參數(shù)設(shè)置修改靈活的日立觸摸屏和西門子S7—200系列P

41、LC作為控制核心[4]，合理配置功能模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需要。 </p><p>　　系統(tǒng)硬件主要有西門子S7-200PLC芯片、工業(yè)計(jì)算機(jī)、I/O處理模塊、信號(hào)變送器、電源、日立大尺寸液晶觸摸屏和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成，是一個(gè)典型的智能化數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)。如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)

42、硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）PLC及I/O處理部分。結(jié)合調(diào)壓站功能需要，控制系統(tǒng)選用西門子S7—200系列PLC作為控制核心（根據(jù)各調(diào)壓站需求的不同選用該系列中的不同型號(hào)，一般為224及以上），它們自帶有數(shù)量較多的開(kāi)關(guān)量和部分模擬量I/O點(diǎn)。當(dāng)自帶I/O點(diǎn)不足時(shí)，可擴(kuò)展4路12位高精度模擬量輸入模塊16點(diǎn)24V直流輸入模塊。</p><p>　?。?）電源部分。交流電源采用220V

43、/50Hz標(biāo)準(zhǔn)工頻輸入，直流電源為24V工業(yè)開(kāi)關(guān)電源模塊，直流電源的作用是為模擬和開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入輸出處理提供能源，體積修正儀、智能儀表所需9V電源由安全柵直接提供?？紤]到城市用氣的不間斷要求，系統(tǒng)配備了UPS后備電源，確保系統(tǒng)在停電情況下仍能繼續(xù)工作2h。</p><p>　　（3）液晶觸摸屏。選用日立大尺寸彩色Hitech 液晶觸摸屏，它具有MPI/Profibus DP接口和2MB Flash Memory，

44、支持中文組態(tài)軟件，可以方便、直觀地進(jìn)行各種參數(shù)的顯示和修改設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)除發(fā)出聲光報(bào)警信息外，還在液晶屏上閃爍顯示[5]。 </p><p>　?。?）隔離保護(hù)部分。由于系統(tǒng)是工作在易燃易爆的天然氣環(huán)境，所以在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了對(duì)系統(tǒng)的隔離和保護(hù)措施。在電源進(jìn)線處加入了防雷浪涌保護(hù)器，對(duì)各模擬輸入信號(hào)回路在變送器與PLC輸入擴(kuò)展模塊間均采用經(jīng)隔離安全柵等隔離安全措施。 </p>

45、<p>　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的硬件設(shè)施不但考慮了可靠性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，還充分考慮了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性（設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，接口、協(xié)議開(kāi)放，易于維護(hù)）。</p><p><b>　　2.1 顯示器選擇</b></p><p>　　觸摸屏式一種最直觀的操作設(shè)備，只要用手指觸摸屏幕上的圖形對(duì)象，計(jì)算機(jī)便會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。人的行為和機(jī)器的行為變得簡(jiǎn)單、直接、

46、自然。達(dá)到完美的統(tǒng)一。用戶可以觸摸屏上的文字、圖形、按鈕和數(shù)字信息等，來(lái)處理或監(jiān)控不斷變化的信息。此外觸摸屏還具有堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.2 監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部件的連接設(shè)置</p><p>　　2.2.1 通信電纜的制作 </p><p>　　首先準(zhǔn)備好觸摸屏與編程電腦和觸摸屏與PLC的連接線（又稱編程電纜、通信電纜）。觸摸屏的COMl和CO

47、M2都可以與PLC連接，而COM1主要是連接RS232的，我們使用的是RS485接線，所以我們使用的是COM2連接。連接線如下圖2.2所示。</p><p>　　如果電腦與觸摸屏的連接是通過(guò)觸摸屏的COM2連接，連接線如圖2.3所示。圖2.4是連接PLC端公接頭8針的針腳圖[6]。</p><p>　　圖2.2 觸摸屏COM2與S7-200的連接線</p><p>

48、　　圖2.3 電腦串口與觸摸屏COM2的連接線</p><p>　　圖2.4 PLC端8針針腳</p><p>　　2.2.2 電腦與觸摸屏的連接</p><p>　　用圖2.3制作好的連接線把電腦與觸摸屏連接好，觸摸屏后面DIP—switch的設(shè)置為：sw5=OFF和sw6=OFF，其他的保留在“ON”位置，如圖2.5所示，再把觸摸屏的24V電源連接上。<

49、/p><p>　　圖2.5 DIP-switch</p><p>　　2.2.3 觸摸屏與PLC連接 </p><p>　　用圖2.3所示連接方法做的觸摸屏COM2與S7-200的連接線，用這根連接線把觸摸屏與PLC連接上，連接完后重新上電，看到觸摸屏面板上的指示燈在很快閃爍，表示觸摸屏已經(jīng)與PLC正常通信了[7]。</p><p>　　第3章

50、 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)調(diào)壓站參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，經(jīng)PLC進(jìn)行運(yùn)算處理，來(lái)判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，上傳并實(shí)時(shí)顯示調(diào)壓站參數(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣出口壓力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證了天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，經(jīng)聲光報(bào)警和顯示屏字幕閃爍兩種方式發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并作用于相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)天然氣調(diào)壓站的自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是模擬量的采集處理、友

51、好人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和與RS485智能總線儀表的通信三大部分。軟件流程如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程</p><p>　　模擬量的采集處理部分包括壓力、溫度和壓差，經(jīng)過(guò)變換器輸出的4～20mA電流信號(hào)。雖然Hitech內(nèi)部自帶有模擬量濾波功能和采樣數(shù)值設(shè)置，但是為了使顯示值更加穩(wěn)定，程序設(shè)計(jì)時(shí)使 用了算術(shù)平均濾波法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)一般隨機(jī)干擾信號(hào)進(jìn)行

52、濾除。 </p><p>　　智能儀表采用Modbus協(xié)議通過(guò)雙絞線與PLC通信，Modbus是應(yīng)用于電子控制器上的一種常用協(xié)議?？刂破髂茉O(shè)置為兩種傳輸模式(ASCII或RTU)中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。本系統(tǒng)根據(jù)儀表的要求，選擇了RTU方式[8]。</p><p>　　S7—200的通信端口為RS485接口，RS485接口為半雙工接口程序的關(guān)鍵是避免在通信端口上同時(shí)發(fā)送和

53、接收。按照本系統(tǒng)中通信采用的這種編程模式編寫(xiě)自由口通信程序可以有效避免因同時(shí)發(fā)送和接收造成的通信沖突，從而保證程序的正常運(yùn)行。 </p><p>　　3.1 西門子S7-200 PLC芯片的I/O端口分配</p><p>　　天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備及端口分配如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 PLC的I/O分配表</p>&

54、lt;p>　　I/O狀態(tài)的刷新包括兩種操作：一是采樣輸入信號(hào)。PLC的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入端子，進(jìn)行光電隔離以提高抗干擾能力后送入緩沖器，當(dāng)PLC進(jìn)行輸入采樣時(shí)緩沖器中的內(nèi)容才送到PLC的輸入映像寄存器，每次采樣PLC從輸入映像寄存器中讀取到各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，因次輸入映像寄存器的只有在采樣時(shí)才會(huì)與輸入信號(hào)一致，其他時(shí)間輸入映像寄存器的內(nèi)容將保持不變：二是刷新輸出信號(hào)。PLC接受輸入后執(zhí)行用戶程序，將運(yùn)算結(jié)果送至輸出映像寄存器，

55、在每次用戶程序結(jié)束后進(jìn)行刷新，將輸出映像寄存器中的運(yùn)算結(jié)果送至輸出鎖存器，再通過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)電路送到輸出端子驅(qū)動(dòng)負(fù)載。與輸入相類似，只有在輸出刷新時(shí)輸出狀態(tài)才改變，刷新后的狀態(tài)要保持到下次刷新為止。由于通常來(lái)說(shuō)PLC掃描周期很短（依賴于程序長(zhǎng)短和掃描速度），每次I/O刷新時(shí)間間隔很小，所以可以認(rèn)為其輸入輸出是及時(shí)的。</p><p>　　3.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏操作界面設(shè)計(jì)</p><p>

56、　　3.2.1 選擇編譯軟件ADP6.0</p><p>　　ADP6.0是專門用與人機(jī)界面組態(tài)編輯軟件。該軟件為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、化工、電力、印刷、紡織、食品、國(guó)防和工程機(jī)械，智能家居，高速鐵路等各領(lǐng)域。ADP6.0提供了多種控制器件庫(kù)、圖形控件和功能組件，通過(guò)組態(tài)出的各種顯示和控制功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過(guò)程值及故障的可視化[9]。</p><p>

57、;　　3.2.2 觸摸屏界面的設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　人機(jī)界面的主要任務(wù)是迅速獲取、處理應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)、命令，并以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來(lái)。人機(jī)界面的形式多種多樣，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)存在不同的設(shè)計(jì)思路和方法。常用的人機(jī)界面設(shè)計(jì)技術(shù)有兩種方法。 </p><p>　?。?）菜單界面設(shè)計(jì)： </p><p>

58、;　　人機(jī)界面是PLC應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它直接關(guān)系到應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)用性能。菜單界面設(shè)計(jì)是近年來(lái)應(yīng)用最為廣泛的一種人機(jī)界面設(shè)計(jì)技術(shù)，幾乎任一個(gè)PLC軟件產(chǎn)品都使用了菜單界面技術(shù)[10]。在菜單界面設(shè)計(jì)時(shí)，通常應(yīng)遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則： </p><p>　　a．合理組織界面的層次和結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　b．每幅菜單應(yīng)有一個(gè)明確的標(biāo)題。例如第一層菜單通常可命名為主菜單，主菜單中的

59、菜單項(xiàng)反映了該P(yáng)LC應(yīng)用系統(tǒng)的基本功能。 </p><p>　　c．菜單項(xiàng)的排列可依據(jù)使用功能、使用頻率的多少或字母順序排列。對(duì)于下拉式菜單中的菜單項(xiàng)，要合理地歸類、分組排列。 </p><p>　　d．為使菜單界面使用靈活，應(yīng)提供多種點(diǎn)擊菜單的方法。通?？芍С质髽?biāo)和鍵盤(pán)，對(duì)菜單項(xiàng)可定義熱鍵和加速鍵。</p><p>　　e．對(duì)菜單項(xiàng)的點(diǎn)取應(yīng)設(shè)定反饋標(biāo)志，例如為選中

60、菜單項(xiàng)的前面加“√’’。</p><p>　?。?）圖形界面設(shè)計(jì)方式 </p><p>　　在PLC控制系統(tǒng)中，圖形界面也是常常采用的人機(jī)交互式界面。為了照顧工程人員的習(xí)慣用法，在屏幕上形象地畫(huà)出若干圖形、按鈕等，使人在計(jì)算機(jī)或可編程終端上操作，如同在控制臺(tái)上操作一樣，十分形象、直觀。 </p><p>　　3.2.3 系統(tǒng)的操作界面具體設(shè)計(jì) </p>

61、<p>　　從基本原理上講，圖形界面與菜單界面是一樣的，都是在滿足系統(tǒng)控制要求的情況下給用戶一個(gè)直觀的方便的操作交互界面。本系統(tǒng)的觸摸屏界面采用的是菜單界面設(shè)計(jì)方式和圖形界面設(shè)計(jì)方式相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)的，顯示系統(tǒng)畫(huà)面菜單由HITECH系列的人機(jī)交互界面軟件HITECH—ADP V6.0設(shè)計(jì)出的，HITECH-ADP提供了多種控制器件庫(kù)、圖形控件和功能組件，通過(guò)組態(tài)出的各種顯示和控制功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過(guò)程值及故障的可視

62、化。利用人機(jī)界面操作監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄、存儲(chǔ)、處理，從而滿足各種監(jiān)控要求。軟件還可以為不同的操作人員設(shè)置不同的操作密碼和相應(yīng)的操作權(quán)限。觸摸屏軟件的設(shè)計(jì)包括創(chuàng)建畫(huà)面和信息，并將它們和PLC程序相連。具體概括為以下四個(gè)步驟： </p><p>　?。?）界面的可視化設(shè)計(jì)。界面組態(tài)具體涉及輸入輸出區(qū)域組態(tài)、指示器組態(tài)、功能鍵組態(tài)、控制鍵組態(tài)及文本顯示等各種格式，可根據(jù)實(shí)際控制功能的差異設(shè)計(jì)不

63、同的畫(huà)面。</p><p>　?。?）設(shè)定變量。變量在觸摸屏的組態(tài)功能(輸入／輸出區(qū)域、功能鍵等)與PLC的相應(yīng)I／O接點(diǎn)及存儲(chǔ)單元之間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)觸摸屏敏感元件對(duì)PLC的控制及參數(shù)的輸入、PLC當(dāng)前過(guò)程值及報(bào)警信號(hào)向觸摸屏的輸出[11]。 </p><p>　?。?）設(shè)置通訊參數(shù)，實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC的通訊。 </p><p>　?。?）通過(guò)編程，參數(shù)設(shè)置、輸入、

64、輸出信號(hào)和故障查詢等均由軟件控制，硬件連接少，能大大降低硬件故障發(fā)生率，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。 </p><p>　　3.2.4 人機(jī)界面的總體功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　人機(jī)界面總體功能結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。 </p><p>　　圖3.3 人機(jī)界面總體功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　其中主界面可以完成對(duì)各子界面的調(diào)用。輸出動(dòng)作子界面包括控制

65、各個(gè)閥位的開(kāi)關(guān)等多項(xiàng)功能，可以操作多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。參數(shù)設(shè)置子界面可以設(shè)定系統(tǒng)時(shí)間并可以對(duì)控制對(duì)象及控制目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)置。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)子界面可以顯示系統(tǒng)時(shí)間并用數(shù)字、圖表等多種方式實(shí)時(shí)顯示傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)子界面可以讓使用者對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理，并顯示出來(lái)[12]。</p><p>　　3.2.5 主要功能界面設(shè)計(jì)</p><p>　　1、啟動(dòng)ADP6.0</p>

66、<p>　　在電腦上安裝好觸摸屏組態(tài)軟件HITECH—ADP V6.0后啟動(dòng)HITECH—ADP V6.0，輸入注冊(cè)碼，然后點(diǎn)擊新建文件，這時(shí)將彈出界面如圖8所示。在這里我們可以新建一個(gè)文件放置我們?cè)O(shè)計(jì)的各個(gè)觸摸屏人機(jī)界面。</p><p><b>　　2、設(shè)置工作參數(shù)</b></p><p>　　我們要使用HITECH—ADP V6.0軟件編譯觸摸屏人機(jī)界

67、面，就需要根據(jù)所選擇的元件，設(shè)定好工作參數(shù)[13]。本文選擇的是西門子S7-200PLC。則參數(shù)設(shè)置如圖3.4所示。</p><p>　　然后我們按照下列要求設(shè)置參數(shù)：</p><p>　　輸入應(yīng)用名稱，我們輸入基于觸摸屏的天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　選擇所需的人機(jī)界面型號(hào)，將其拖入工程結(jié)構(gòu)窗口。在此我們選擇AP1600 mono。</p&

68、gt;<p>　　選擇需要連線的PLC類型,拖入工程結(jié)構(gòu)窗口里。在此我們選擇選擇PLC種類為</p><p>　　圖3.4 新建文件設(shè)置界面</p><p>　　SimaticS7-200.</p><p>　　點(diǎn)開(kāi)連線，我們可以把通訊口設(shè)置為COM2，傳輸速率為9600，資料位為8，校檢位為Even，停止位為1。如圖3.6所示。</p>

69、<p>　　然后點(diǎn)擊確定后就可以進(jìn)入組態(tài)王軟件的觸摸屏界面編譯環(huán)境了</p><p>　　圖3.5 一般工作參數(shù)設(shè)置界面</p><p>　　圖3.6 參數(shù)設(shè)置中的連線設(shè)置界面</p><p><b>　　3、主菜單界面</b></p><p>　　系統(tǒng)開(kāi)機(jī)首先進(jìn)入主菜單界面，同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)。通過(guò)主菜單界面的幾

70、個(gè)按鈕可以連接到用戶所需要的功能界面，例如當(dāng)用戶需要查看此時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，就可以點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按鈕轉(zhuǎn)換都實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面。點(diǎn)擊歷史數(shù)據(jù)按鈕就可以進(jìn)入歷史故障數(shù)據(jù)界面，查看以往的故障記錄。如圖3.7所示。</p><p>　　4、輸出動(dòng)作界面設(shè)計(jì)</p><p>　　輸出動(dòng)作子界面的功能是控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，如控制各個(gè)增壓電磁閥、泄壓電磁閥、放散閥等多個(gè)按鈕，并可根據(jù)系統(tǒng)情況進(jìn)行增刪。輸出控制信號(hào)

71、是通過(guò)觸摸屏的串行接口進(jìn)行的，以調(diào)整各個(gè)管道的壓力，調(diào)整天然氣的輸送流量。如圖3.8所示。 </p><p>　　圖3.7主菜單 圖3.8 輸出動(dòng)作界面</p><p>　　5、參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計(jì)</p><p>　　參數(shù)設(shè)置子界面的功能是設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間并對(duì)控制對(duì)象、控制邏輯以及控制目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)置。包括系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置按鈕

72、、控制邏輯設(shè)置按鈕、控制對(duì)象設(shè)置按鈕以及控制目標(biāo)設(shè)置按鈕。點(diǎn)擊后進(jìn)入相應(yīng)子界面，設(shè)置好的信息通過(guò)串口發(fā)送到控制板，再保存至控制板的存儲(chǔ)器中。如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9參數(shù)設(shè)置界面 圖3.10 壓力值顯示界面</p><p>　　6、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面設(shè)計(jì)</p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)子界面的功能是實(shí)時(shí)地顯示出當(dāng)前天然

73、氣調(diào)壓站管道內(nèi)的壓力、溫度等狀態(tài)，主要包括管道進(jìn)出口的壓力、溫度、壓差以及閥位開(kāi)關(guān)狀況顯示等，我們把這些參數(shù)分為多個(gè)分頁(yè)。如圖3.10、圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 溫度值顯示界面</p><p>　　7、歷史數(shù)據(jù)界面設(shè)計(jì)</p><p>　　歷史數(shù)據(jù)子界面的功能是將存儲(chǔ)在控制板上的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)子界面基本

74、相同，差別只是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不同，歷史數(shù)據(jù)子界面顯示的是在控制板內(nèi)存中保存的歷史數(shù)據(jù)以及中央處理器處理過(guò)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示值。因?yàn)槠渑c實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)子界面相差不多，所以也不再次重復(fù)圖片了。</p><p>　　3.3 S7-200 PLC芯片通信協(xié)議（MODBUS協(xié)議）</p><p>　　3.3.1 MODBUS協(xié)議應(yīng)用（主從模式）</p><p>　　MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于

75、電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信?，F(xiàn)今，MODBUS協(xié)議已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)行集中監(jiān)控[15]。 本設(shè)計(jì)也是選用MODBUS協(xié)議作為我們的通用語(yǔ)言。</p><p>　　3.3.2 MODBUS協(xié)議概述</p><p>　　Modbus是一個(gè)請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，

76、并且提供功能碼規(guī)定的服務(wù)。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒(méi)有規(guī)定物理層。協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和對(duì)答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser（主站）/Slave（從站）方式，主站發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，從站接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主站以響應(yīng)請(qǐng)求；主站也可以直接發(fā)消息修改從站的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫(xiě)。MODBU

77、S規(guī)定，只有主站具有主動(dòng)權(quán)，從站只能被動(dòng)的響應(yīng)，包括回答出錯(cuò)信息。</p><p>　　3.3.3 通信協(xié)議設(shè)置</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用RS232C兼容串行接口, 它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn), 控制器能直接或經(jīng)由Modem 組網(wǎng)?？刂破魍ㄐ攀褂弥鲝募夹g(shù), 即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢） , 其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供

78、的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。Modbus通訊協(xié)議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。本系統(tǒng)使用RTU模式, 這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:在同樣的波特率下,可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。使用RTU模式時(shí), 消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始,傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址, 可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制數(shù)值。 通信期間, 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線, 包括停頓間隔時(shí)間內(nèi), 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到, 每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自

79、己的。 在最后一個(gè)傳輸字符之后, 至少要有3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓以標(biāo)定消息的結(jié)束,之后可開(kāi)始新的消息傳輸。使用RTU模式,消息包括了一個(gè)基于CRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域.CRC域檢測(cè)了整個(gè)消息的內(nèi)容。表3.12為MODBUS部分功能碼的定義。 </p><p>　　表3.12 部分功能碼定義</p><p>　　考慮到操作的方便性, 在系統(tǒng)初次安裝時(shí), 先在PC 機(jī)上用上位機(jī)軟件將所有傳感器的I

80、D搜索出來(lái), 然后按實(shí)際安裝位置給每個(gè)傳感器編號(hào), 讀溫度、壓力傳感器是否工作正常。在PLC上使用Modbus協(xié)議通信時(shí)首先要對(duì)通信格式進(jìn)行設(shè)定, 即對(duì)D8120寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作,在本系統(tǒng)條件下設(shè)置為0C87，即數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位，無(wú)校驗(yàn)，無(wú)起始位與停止位, 波特率9600 bps。 修改D8120設(shè)置后, 確保通斷PLC電源一次。 再用RS指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。按照所述程序格式，即可在數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)寫(xiě)入指令進(jìn)行相應(yīng)的操作。</p>

81、<p>　　第4章 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用．然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強(qiáng)，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行，要提高PLC控

82、制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力：另一方面，要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題：</p><p>　　4.1 環(huán)境條件的考慮</p><p>　?。?）溫度 本系統(tǒng)中PLC工作環(huán)境保證在0----55℃之間。安裝時(shí)沒(méi)有放在發(fā)熱量達(dá)的元件上面，四周通風(fēng)散熱的空間足夠大，基本單元和

83、擴(kuò)展單元之間有30mm的間隔。</p><p>　?。?）濕度 為了保證PLC的絕緣性能，本系統(tǒng)所處的環(huán)境的空氣的相對(duì)濕度小于85％。</p><p>　?。?）振動(dòng)本系統(tǒng)中PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的振動(dòng)源，而且采取了一定的減震措施。</p><p>　?。?）空氣由于安裝在天然氣調(diào)壓站附近，為了避免有腐蝕性和易燃的氣體進(jìn)入，本系統(tǒng)中將PLC安裝在封閉性較好的控制柜中。&l

84、t;/p><p>　　4.2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一，所謂治標(biāo)先治本，找出問(wèn)題所在，才能提出解決問(wèn)題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場(chǎng)干擾的源頭。</p><p>　　PLC系統(tǒng)中干擾的主要來(lái)源及途徑：</p><p><b>　?。?）強(qiáng)電干擾</

85、b></p><p>　　PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò) 輸電線路傳到電源原邊。</p><p><b>　?。?）柜內(nèi)串?dāng)_</b></p><p>　　控制柜

86、內(nèi)的高壓電器，大的電感性負(fù)載，混亂的布線都容易對(duì)PLC造成一定程度的干擾。</p><p>　?。?）來(lái)自信號(hào)線引入的干擾</p><p>　　與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入．此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視：二是信號(hào)線受空問(wèn)電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾

87、．這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I／O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。</p><p>　?。?）來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾</p><p>　　接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。</p><p&

88、gt;<b>　　主要抗干擾措施：</b></p><p>　　（1）采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾。</p><p>　?。?）正確選擇電纜的和實(shí)施敷設(shè)</p><p>　?。?）正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)。</p><p>　　4.3 軟件可靠性設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件抗干擾措

89、施的目的是盡可能地切斷干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機(jī)性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時(shí)，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結(jié)合來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p>　?。?）利用”看門狗”方法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控</p><p>　　PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來(lái)設(shè)計(jì)一些程序，可以屏蔽輸入元件的

90、誤信號(hào)，防止輸出元件的誤動(dòng)作。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，可以利用”看門狗”方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各組成部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，編程時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器作”看門狗”用，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。定時(shí)器的設(shè)定值，為運(yùn)動(dòng)部件所需要的最大可能時(shí)問(wèn)。在發(fā)出該部件的動(dòng)作指令時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)”看門狗”定時(shí)器。若運(yùn)動(dòng)部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到指定位置，發(fā)出一個(gè)動(dòng)作完成信號(hào)，使定時(shí)器清零，}兌明監(jiān)控對(duì)象工作正常；否則，說(shuō)明監(jiān)控對(duì)象工作不正常，發(fā)出報(bào)警或

91、停止工作信號(hào)。 </p><p><b>　?。?）軟件消抖</b></p><p>　　在振動(dòng)環(huán)境中，行程開(kāi)關(guān)或按鈕常常會(huì)兇為抖動(dòng)而發(fā)出誤信號(hào)，一般的抖動(dòng)時(shí)間都比較短，針對(duì)抖動(dòng)時(shí)問(wèn)短的特點(diǎn)，在PLC編程軟件中設(shè)置一定時(shí)間的延時(shí)，得到消除抖動(dòng)后的可靠有效信號(hào)，從而達(dá)到抗干擾的目的。</p><p>　?。?）用軟件數(shù)字濾波的方法

92、提高輸入信號(hào)的信噪比</p><p>　　本系統(tǒng)主要是通過(guò)濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件抗干擾設(shè)計(jì)。數(shù)字濾波是將是將一組輸入的數(shù)值序列進(jìn)行一定的運(yùn)算轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)值序列的裝置。主要包括程序判斷濾波法、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法、防脈沖干擾平均值濾波法以及一階滯后濾波法。</p><p>　　系統(tǒng)由于工作環(huán)境的影響以及傳感器的誤差等原因，采集到的數(shù)據(jù)必然會(huì)有一定的波動(dòng)．而實(shí)際工作中，不

93、會(huì)出現(xiàn)數(shù)值跳躍式的增長(zhǎng)。故采取數(shù)值濾波是十分必要的。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)調(diào)壓站各關(guān)鍵部位參數(shù)的實(shí)時(shí)采樣監(jiān)測(cè)，經(jīng)PLC運(yùn)算和處理，并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)壓站天然氣的自動(dòng)調(diào)壓限流。系統(tǒng)可以通過(guò)本地人機(jī)界面和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)兩種方式進(jìn)行操作，能夠在觸摸屏上完成儀表數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示、管道數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警設(shè)置和時(shí)間設(shè)置等

94、各項(xiàng)常規(guī)操作，各功能均以菜單形式顯示，清楚明了，簡(jiǎn)單方便；為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控，本系統(tǒng)為上位機(jī)預(yù)留了標(biāo)準(zhǔn)的Modbus通信接口，可以方便地與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。經(jīng)多次模擬仿真證明，該系統(tǒng)工作安全、穩(wěn)定且可靠，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高，將為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 常曉玲主編

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100、gt;　　[16] Johnw．Webb．Ronald A．Reis．Programmable. Logic Ctrollers-principles and application[R]．New York：Pearson Education Press．2002．</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)及論文寫(xiě)作是在**老師的幫助和指

101、導(dǎo)下完成的，期間各位老師和同學(xué)提供了無(wú)私的幫助，在此致以謝意。在開(kāi)題階段，**老師就研究方向做出了重要指導(dǎo)，為論文指明了方向。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師以其多年的工作經(jīng)驗(yàn)和豐富的理論知識(shí)，使我避免了很多錯(cuò)誤，同時(shí)學(xué)習(xí)到大量的知識(shí)。設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，老師不辭辛苦予以解答指導(dǎo)，使得畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行。論文的完成特別感謝**老師的辛勤指導(dǎo)，老師在繁忙的工作之余，對(duì)本論文進(jìn)行了多次的審閱修改，對(duì)論文分析做出了重要的指導(dǎo)，豐富了論文的內(nèi)容，在此