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</p><p><b>　　學(xué) 院 名 稱： </b></p><p>　　專 業(yè) 名 稱：油氣儲運工程</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，安全等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用，正逐步取代瓶裝供氣。燃?xì)饩哂幸兹?、易爆的特點

4、，為了保證燃?xì)夤?yīng)的安全并實現(xiàn)最佳調(diào)度，必須及時掌握系統(tǒng)運行狀態(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>　　本文首先對調(diào)壓站智能控制系統(tǒng)進行分析，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）用來做檢測元件，以電磁閥為執(zhí)行

5、機構(gòu)．CPU不僅要分析處理判斷從EM231送過來的模擬量轉(zhuǎn)化數(shù)字信號，還要負(fù)責(zé)與流量計以及上位機的通信，實現(xiàn)對參數(shù)的控制和報警指示以及控制相關(guān)電磁閥的動作，從而實現(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)壓力級制的確定1</p><p><b>　　1.1.3門站2</b></p><p>　　1.1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p&g

11、t;<p>　　1.2本人的設(shè)計方案考慮3</p><p>　　1.2.1控制方式的選擇3</p><p>　　1.2.2總體設(shè)計的主要內(nèi)容3</p><p>　　1.2.3幾點應(yīng)考慮的事項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6</p><p>　　2.1顯示器選擇7</p><p>　　2.2監(jiān)控系統(tǒng)各個部件的連接設(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)計方法12</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)的操作界面具體設(shè)計13</p><p>　　3.2.4人機界面的總體功能結(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21</p><p>　　4.3軟件可靠性設(shè)計22</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p><p><b>　　參考文獻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“

18、西氣東輸”計劃的制定與實旄，足見國家對天然氣利用的重視，我國雖然起步較晚，但發(fā)展勢頭強勁。</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)的各項壓力參數(shù)指標(biāo)在整個系統(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、動強度，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)是指從接收長輸管道供氣的門站開始至用戶用具止的整個系統(tǒng)，它包括門站、儲氣裝置、調(diào)壓裝置、輸配管道、計量裝置等部分，其中儲氣、調(diào)壓與計量裝置可單獨設(shè)置或合并設(shè)置，也可設(shè)在門站內(nèi)．門站是天然氣進入城市的門戶，具有計量、過濾、調(diào)壓與加臭等功能，有

20、時兼有儲氣功能。儲氣裝置有儲氣罐、輸氣管道管束儲氣等。</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)的壓力級制是由系統(tǒng)中管道設(shè)計壓力等級命名的，一般有高中低壓系統(tǒng)、高中壓系統(tǒng)、中低壓系統(tǒng)與單級中壓系統(tǒng)等。</p><p>　　1.1.2 天然氣城市輸配系統(tǒng)壓力級制的確定&

21、lt;/p><p>　　確定輸配系統(tǒng)壓力級制時，應(yīng)考慮下列因素：氣源；城市現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃、儲氣措施、大型用戶與特殊用戶狀況。對于大中型城市，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)多個調(diào)壓站向城市供氣，該高壓或次高壓管線往往兼作儲氣，即具有輸、儲氣雙重功能。當(dāng)天然氣壓力大于2.0Mpa時，因儲罐最高運行壓力一般為1.6Mpa，采用管道輸氣較儲罐儲氣經(jīng)濟，除長輸管道末端可儲氣外，也可設(shè)置

22、高壓管道或管束儲氣。由于四級地區(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)、減少低壓管長度而獲得了較好的經(jīng)濟性。單個調(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)合管道儲氣或儲罐儲氣可采用的壓力級制一般為高中壓與單級

23、中壓。</p><p><b>　　1.1.3 門站</b></p><p>　　門站接收長輸管道上分輸站的供氣，對天然氣進行過濾、計量、調(diào)壓、檢測與加臭等，并且設(shè)置自動化控制系統(tǒng)，也可設(shè)置儲氣裝置。門站出口可直接連接城市中壓管網(wǎng)：當(dāng)嘗試另設(shè)儲配站或高中壓調(diào)壓器時，天然氣在門站經(jīng)過濾、計量與檢測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，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)合長輸管道位置確定；同時考慮少占農(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)（計量、調(diào)壓、儲氣、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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　國外對天然氣輸

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)膶嵱脙r值，對調(diào)壓站的安全生產(chǎn)和設(shè)備維護起到了很大的作用，但是價格太高，難以推廣使用。由于缺乏相關(guān)的設(shè)備，國內(nèi)的大多數(shù)天然氣公司的調(diào)壓站在工作過程中缺乏相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測和控制措施，在出現(xiàn)異常和故障情況時不能及時有效的停氣和檢修，從而給企業(yè)帶來很大的浪費和損失甚至?xí)劤墒鹿?。因而，如何將現(xiàn)代化的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)與調(diào)壓站這一傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域有機的結(jié)合起來，帶

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

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象的關(guān)系來劃分，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)計的主要內(nèi)容</p><p>　　總體設(shè)計的主要內(nèi)容包括以下幾點：</p><p>　　（1）本系統(tǒng)根據(jù)用戶的要求和被控對象的控制范圍、控制規(guī)模、系

29、統(tǒng)是否冗余等要求進行了綜合考慮，同時，充分考慮系統(tǒng)的性能價格比等因素，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>　　（3）對總體方案進行了可行性可可靠性的論證，以確?？刂品桨改軡M足用戶的全部要求，并具有一定的先進性。</

30、p><p>　　1.2.3 幾點應(yīng)考慮的事項</p><p>　　控制系統(tǒng)無論規(guī)模大小，其目的都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝生產(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強度等。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，著重考慮以下幾點事項：</p><p>　?。?）所選用的PLC滿足被控對象的控制要求，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)生變化時系統(tǒng)的余量和擴展能力。</p><p>　?。?）所設(shè)計的控制系統(tǒng)簡潔，有建高的性價比，操作使用和安裝方便。</p><p>　?。?）設(shè)計的系統(tǒng)有一定的先進性。</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，安全等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用，正逐步取代瓶裝供氣。燃?xì)饩哂幸兹肌⒁妆奶攸c，為了保證燃?xì)夤?yīng)的安全并實現(xiàn)最佳調(diào)度，必須及時掌握系統(tǒng)運行狀態(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)是一個大型的集中管理，統(tǒng)一調(diào)度，分散控制的計算機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)一般由調(diào)度中心計算機管理系統(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)消耗量來調(diào)整供應(yīng)量以滿足長期需求；對

33、管網(wǎng)進行負(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)。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，由微機及智能化器件組成的燃?xì)庾詣颖O(jiān)測系統(tǒng)成為燃?xì)鈱崿F(xiàn)自動化生產(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、流量計采集的流量信號，通過PLC系統(tǒng)的輸出控制減壓閥、增壓閥和泄壓閥，以達到燃?xì)夥€(wěn)定供應(yīng)的目的。</p><p>　　1.3.1 調(diào)壓系統(tǒng)簡介</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)，計量系統(tǒng)一起，限定下游用戶的用氣流量及在用戶達到預(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，有一臺獨立的切斷閥，一臺監(jiān)控調(diào)壓器，一臺工作調(diào)壓器及進出口隔斷閥組成。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)壓力達到切斷閥設(shè)定點時切斷閥切斷。此時備用路工作調(diào)壓器將投入運行，來控制天然氣調(diào)壓站的出口壓力。</p><p>　　調(diào)壓系統(tǒng)主要是通過對各個調(diào)壓器的壓力設(shè)定的差異來達到自動切換的目的，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，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)定點應(yīng)略高于其工作調(diào)壓器的壓力設(shè)定點，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)壓器將處于全開狀態(tài)，調(diào)壓器出口壓力將升高直至0.44MPa，此時壓力信號通過取壓管反饋至監(jiān)控調(diào)壓器，監(jiān)控調(diào)壓器將開始負(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)升高直至達到切斷閥的設(shè)定壓力，此時主調(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，此時調(diào)壓站出口壓力將下降，直至降至0.36MPa，此壓力信號將通過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)計的監(jiān)控系統(tǒng)的特點：</p><p>　?。?）具備實時遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時傳輸?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)具有開放性，與上一級應(yīng)用的聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)實現(xiàn)無逢連接，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)；</p><p

39、>　?。?）系統(tǒng)具有完善的冗余措施；</p><p>　?。?）友好易用的中文人機界面；</p><p>　?。?）采用模塊化結(jié)構(gòu)，靈活的工業(yè)組態(tài)，便于維護、擴充和升級；</p><p>　　（7）高性能價格比。</p><p>　　第2章 天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系

40、統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)對調(diào)壓站內(nèi)各關(guān)鍵部位參數(shù)的全天候連續(xù)實時采集和處理，實現(xiàn)調(diào)壓站安全、可靠且經(jīng)濟運行。智能監(jiān)控系統(tǒng)需要采集的控制參數(shù)較多，既有進出口的壓力、溫度、壓差以及閥位、氣體泄漏報警等模擬量信號，也有回訊器、切斷閥和電動球閥等開關(guān)量信號，還有來自體積修正儀智能儀表的數(shù)字信號。本人經(jīng)過對系統(tǒng)需求的認(rèn)真分析和對各種控制工具的反復(fù)比較，本系統(tǒng)選用功能強大、抗干擾性能好、使用維護方便且參數(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)計算機、I/O處理模塊、信號變送器、電源、日立大尺寸液晶觸摸屏和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成，是一個典型的智能化數(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，一般為224及以上），它們自帶有數(shù)量較多的開關(guān)量和部分模擬量I/O點。當(dāng)自帶I/O點不足時，可擴展4路12位高精度模擬量輸入模塊16點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)開關(guān)電源模塊，直流電源的作用是為模擬和開關(guān)信號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>　?。?）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，系統(tǒng)除發(fā)出聲光報警信息外，還在液晶屏上閃爍顯示[5]。 </p><p>　?。?）隔離保護部分。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)計時充分考慮了對系統(tǒng)的隔離和保護措施。在電源進線處加入了防雷浪涌保護器，對各模擬輸入信號回路在變送器與PLC輸入擴展模塊間均采用經(jīng)隔離安全柵等隔離安全措施。 </p>

45、<p>　　硬件系統(tǒng)設(shè)計選用的硬件設(shè)施不但考慮了可靠性、實用性和經(jīng)濟性，還充分考慮了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可維護性（設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，接口、協(xié)議開放，易于維護）。</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象，計算機便會執(zhí)行相應(yīng)的操作。人的行為和機器的行為變得簡單、直接、

46、自然。達到完美的統(tǒng)一。用戶可以觸摸屏上的文字、圖形、按鈕和數(shù)字信息等，來處理或監(jiān)控不斷變化的信息。此外觸摸屏還具有堅固耐用和節(jié)省空間的優(yōu)點。</p><p>　　2.2 監(jiān)控系統(tǒng)各個部件的連接設(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</p><p>　　本系統(tǒng)通過對調(diào)壓站參數(shù)進行實時采樣，經(jīng)PLC進行運算處理，來判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，上傳并實時顯示調(diào)壓站參數(shù)，通過對現(xiàn)場閥門的自動控制實現(xiàn)對天然氣出口壓力的動態(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，經(jīng)聲光報警和顯示屏字幕閃爍兩種方式發(fā)出報警信號，并作用于相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)天然氣調(diào)壓站的自動運行。系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是模擬量的采集處理、友

51、好人機界面的設(shè)計和與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)過變換器輸出的4～20mA電流信號。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)計時使 用了算術(shù)平均濾波法，以實現(xiàn)對一般隨機干擾信號進行

52、濾除。 </p><p>　　智能儀表采用Modbus協(xié)議通過雙絞線與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自由口通信程序可以有效避免因同時發(fā)送和接收造成的通信沖突，從而保證程序的正常運行。 </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。PLC的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場信號經(jīng)過輸入端子，進行光電隔離以提高抗干擾能力后送入緩沖器，當(dāng)PLC進行輸入采樣時緩沖器中的內(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的狀態(tài)，因次輸入映像寄存器的只有在采樣時才會與輸入信號一致，其他時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。PLC接受輸入后執(zhí)行用戶程序，將運算結(jié)果送至輸出映像寄存器，

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

56、　　3.2.1 選擇編譯軟件ADP6.0</p><p>　　ADP6.0是專門用與人機界面組態(tài)編輯軟件。該軟件為用戶提供了一個強大的集成開發(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、國防和工程機械，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、圖形控件和功能組件，通過組態(tài)出的各種顯示和控制功能實現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過程值及故障的可視化[9]。</p><p>

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

58、;　　人機界面是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)的實用性能。菜單界面設(shè)計是近年來應(yīng)用最為廣泛的一種人機界面設(shè)計技術(shù)，幾乎任一個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)計時，通常應(yīng)遵循以下幾個設(shè)計原則： </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)有一個明確的標(biāo)題。例如第一層菜單通?？擅麨橹鞑藛?，主菜單中的

59、菜單項反映了該PLC應(yīng)用系統(tǒng)的基本功能。 </p><p>　　c．菜單項的排列可依據(jù)使用功能、使用頻率的多少或字母順序排列。對于下拉式菜單中的菜單項，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)提供多種點擊菜單的方法。通?？芍С质髽?biāo)和鍵盤，對菜單項可定義熱鍵和加速鍵。</p><p>　　e．對菜單項的點取應(yīng)設(shè)定反饋標(biāo)志，例如為選中

60、菜單項的前面加“√’’。</p><p>　?。?）圖形界面設(shè)計方式 </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，在屏幕上形象地畫出若干圖形、按鈕等，使人在計算機或可編程終端上操作，如同在控制臺上操作一樣，十分形象、直觀。 </p><p>　　3.2.3 系統(tǒng)的操作界面具體設(shè)計 </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)計方式和圖形界面設(shè)計方式相結(jié)合的方法來設(shè)計的，顯示系統(tǒng)畫面菜單由HITECH系列的人機交互界面軟件HITECH—ADP V6.0設(shè)計出的，HITECH-ADP提供了多種控制器件庫、圖形控件和功能組件，通過組態(tài)出的各種顯示和控制功能實現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過程值及故障的可視

62、化。利用人機界面操作監(jiān)控系統(tǒng)，對PLC中的實時數(shù)據(jù)進行顯示、記錄、存儲、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)計包括創(chuàng)建畫面和信息，并將它們和PLC程序相連。具體概括為以下四個步驟： </p><p>　　（1）界面的可視化設(shè)計。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)實際控制功能的差異設(shè)計不

63、同的畫面。</p><p>　　（2）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接點及存儲單元之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)觸摸屏敏感元件對PLC的控制及參數(shù)的輸入、PLC當(dāng)前過程值及報警信號向觸摸屏的輸出[11]。 </p><p>　　（3）設(shè)置通訊參數(shù)，實現(xiàn)觸摸屏與PLC的通訊。 </p><p>　?。?）通過編程，參數(shù)設(shè)置、輸入、

64、輸出信號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 人機界面的總體功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　人機界面總體功能結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。 </p><p>　　圖3.3 人機界面總體功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　其中主界面可以完成對各子界面的調(diào)用。輸出動作子界面包括控制

65、各個閥位的開關(guān)等多項功能，可以操作多個執(zhí)行機構(gòu)的動作。參數(shù)設(shè)置子界面可以設(shè)定系統(tǒng)時間并可以對控制對象及控制目標(biāo)值進行設(shè)置。實時數(shù)據(jù)子界面可以顯示系統(tǒng)時間并用數(shù)字、圖表等多種方式實時顯示傳感器采集來的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)子界面可以讓使用者對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和處理，并顯示出來[12]。</p><p>　　3.2.5 主要功能界面設(shè)計</p><p>　　1、啟動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HITECH—ADP V6.0，輸入注冊碼，然后點擊新建文件，這時將彈出界面如圖8所示。在這里我們可以新建一個文件放置我們設(shè)計的各個觸摸屏人機界面。</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>　　選擇所需的人機界面型號，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>　　點開連線，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>　　然后點擊確定后就可以進入組態(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)開機首先進入主菜單界面，同時系統(tǒng)啟動。通過主菜單界面的幾

70、個按鈕可以連接到用戶所需要的功能界面，例如當(dāng)用戶需要查看此時的監(jiān)控數(shù)據(jù)，就可以點擊實時數(shù)據(jù)按鈕轉(zhuǎn)換都實時數(shù)據(jù)界面。點擊歷史數(shù)據(jù)按鈕就可以進入歷史故障數(shù)據(jù)界面，查看以往的故障記錄。如圖3.7所示。</p><p>　　4、輸出動作界面設(shè)計</p><p>　　輸出動作子界面的功能是控制各執(zhí)行機構(gòu)的動作，如控制各個增壓電磁閥、泄壓電磁閥、放散閥等多個按鈕，并可根據(jù)系統(tǒng)情況進行增刪。輸出控制信號

71、是通過觸摸屏的串行接口進行的，以調(diào)整各個管道的壓力，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 輸出動作界面</p><p>　　5、參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計</p><p>　　參數(shù)設(shè)置子界面的功能是設(shè)置系統(tǒng)時間并對控制對象、控制邏輯以及控制目標(biāo)值進行設(shè)置。包括系統(tǒng)時間設(shè)置按鈕

72、、控制邏輯設(shè)置按鈕、控制對象設(shè)置按鈕以及控制目標(biāo)設(shè)置按鈕。點擊后進入相應(yīng)子界面，設(shè)置好的信息通過串口發(fā)送到控制板，再保存至控制板的存儲器中。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、實時數(shù)據(jù)界面設(shè)計</p><p>　　實時數(shù)據(jù)子界面的功能是實時地顯示出當(dāng)前天然

73、氣調(diào)壓站管道內(nèi)的壓力、溫度等狀態(tài)，主要包括管道進出口的壓力、溫度、壓差以及閥位開關(guān)狀況顯示等，我們把這些參數(shù)分為多個分頁。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</p><p>　　歷史數(shù)據(jù)子界面的功能是將存儲在控制板上的歷史數(shù)據(jù)進行顯示并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，其實現(xiàn)與實時數(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的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示值。因為其與實時數(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言。通過此協(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)，從而進行集中監(jiān)控[15]。 本設(shè)計也是選用MODBUS協(xié)議作為我們的通用語言。</p><p>　　3.3.2 MODBUS協(xié)議概述</p><p>　　Modbus是一個請求/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，并沒有規(guī)定物理層。協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進行通信的。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)請求；主站也可以直接發(fā)消息修改從站的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。MODBU

77、S規(guī)定，只有主站具有主動權(quán)，從站只能被動的響應(yīng)，包括回答出錯信息。</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、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗, 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, 消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始,傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址, 可以使用的傳輸字符是十六進制數(shù)值。 通信期間, 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線, 包括停頓間隔時間內(nèi), 當(dāng)?shù)谝粋€域（地址域）接收到, 每個設(shè)備都進行解碼以判斷是否發(fā)往自

79、己的。 在最后一個傳輸字符之后, 至少要有3.5個字符時間的停頓以標(biāo)定消息的結(jié)束,之后可開始新的消息傳輸。使用RTU模式,消息包括了一個基于CRC方法的錯誤檢測域.CRC域檢測了整個消息的內(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, 先在PC 機上用上位機軟件將所有傳感器的I

80、D搜索出來, 然后按實際安裝位置給每個傳感器編號, 讀溫度、壓力傳感器是否工作正常。在PLC上使用Modbus協(xié)議通信時首先要對通信格式進行設(shè)定, 即對D8120寄存器進行寫操作,在本系統(tǒng)條件下設(shè)置為0C87，即數(shù)據(jù)長度為8位，無校驗，無起始位與停止位, 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)寫入指令進行相應(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</p><p>　　PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(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，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行，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、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題：</p><p>　　4.1 環(huán)境條件的考慮</p><p>　　（1）溫度 本系統(tǒng)中PLC工作環(huán)境保證在0----55℃之間。安裝時沒有放在發(fā)熱量達的元件上面，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)境的空氣的相對濕度小于85％。</p><p>　?。?）振動本系統(tǒng)中PLC遠(yuǎn)離強烈的振動源，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</p><p>　　現(xiàn)場電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一，所謂治標(biāo)先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場干擾的源頭。</p><p>　　PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑：</p><p><b>　?。?）強電干擾</

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，刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過 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PLC造成一定程度的干擾。</p><p>　　（3）來自信號線引入的干擾</p><p>　　與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入．此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視：二是信號線受空問電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾

87、．這是很嚴(yán)重的。由信號引入干擾會引起I／O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。</p><p>　?。?）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾</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；而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。</p><p&

88、gt;<b>　　主要抗干擾措施：</b></p><p>　?。?）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施敷設(shè)</p><p>　?。?）正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)。</p><p>　　4.3 軟件可靠性設(shè)計</p><p>　　硬件抗干擾措

89、施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機性，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，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結(jié)合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p>　　（1）利用”看門狗”方法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)進行監(jiān)控</p><p>　　PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設(shè)計一些程序，可以屏蔽輸入元件的

90、誤信號，防止輸出元件的誤動作。在設(shè)計應(yīng)用程序時，可以利用”看門狗”方法實現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作”看門狗”用，對運動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視。定時器的設(shè)定值，為運動部件所需要的最大可能時問。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動”看門狗”定時器。若運動部件在規(guī)定時間內(nèi)達到指定位置，發(fā)出一個動作完成信號，使定時器清零，}兌明監(jiān)控對象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報警或

91、停止工作信號。 </p><p><b>　?。?）軟件消抖</b></p><p>　　在振動環(huán)境中，行程開關(guān)或按鈕常常會兇為抖動而發(fā)出誤信號，一般的抖動時間都比較短，針對抖動時問短的特點，在PLC編程軟件中設(shè)置一定時間的延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗干擾的目的。</p><p>　　（3）用軟件數(shù)字濾波的方法

92、提高輸入信號的信噪比</p><p>　　本系統(tǒng)主要是通過濾波來實現(xiàn)軟件抗干擾設(shè)計。數(shù)字濾波是將是將一組輸入的數(shù)值序列進行一定的運算轉(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)必然會有一定的波動．而實際工作中，不

93、會出現(xiàn)數(shù)值跳躍式的增長。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)計是通過對調(diào)壓站各關(guān)鍵部位參數(shù)的實時采樣監(jiān)測，經(jīng)PLC運算和處理，并作用于執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)了對調(diào)壓站天然氣的自動調(diào)壓限流。系統(tǒng)可以通過本地人機界面和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)兩種方式進行操作，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、報警設(shè)置和時間設(shè)置等

94、各項常規(guī)操作，各功能均以菜單形式顯示，清楚明了，簡單方便；為了實現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控，本系統(tǒng)為上位機預(yù)留了標(biāo)準(zhǔn)的Modbus通信接口，可以方便地與上位機實現(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，性價比高，將為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟和社會效益 。</p><p><b>　　參考文獻</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>　　本次實驗及論文寫作是在**老師的幫助和指

101、導(dǎo)下完成的，期間各位老師和同學(xué)提供了無私的幫助，在此致以謝意。在開題階段，**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)計過程中，老師以其多年的工作經(jīng)驗和豐富的理論知識，使我避免了很多錯誤，同時學(xué)習(xí)到大量的知識。設(shè)計過程中遇到的問題，老師不辭辛苦予以解答指導(dǎo)，使得畢業(yè)設(shè)計得以順利進行。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，對本論文進行了多次的審閱修改，對論文分析做出了重要的指導(dǎo)，豐富了論文的內(nèi)容，在此