天然气门站流量监控系统设计与软件实现

【摘要】：天然气门站是天然气输配系统中的重要节点。天然气门站对长输管线输送过来的天然气进行调压限流、过滤等处理后,作为气源点,为广大居民提供安全、稳定、清洁的天然气供应。同时天然气门站还承担着天然气流量计量的任务,因关系到贸易双方的利益,所以必须对天然气流量进行精确计量。基于对门站生产活动实时监控和流量精确计量的要求,本文旨在设计一套具有一定通用性和较高自动化程度的天然气门站流量监控系统。本文以天然气门站流量监控系统改造升级项目为背景,采用力控监控组态软件、专用流量计算机和西门子PLC,设计并开发一套上下位机结构的天然气门站流量监控系统,以满足中小型门站的监控需求。本文首先从门站典型的工艺流程出发,对门站进行需求分析,进而得出流量监控系统的总体结构框图以及软硬件集成方案。下位机系统可分为流量计量单元和阀门控制单元两个部分；本文重点设计阀门控制单元的结构,分析阀门控制所需的I/O信号；为了实现阀门控制的高可靠性,对阀门控制单元进行冗余设计,分析S7-400硬冗余结构的组成；采用PID算法实现电动调节阀的自动控制方式;最后对阀门控制单元进行硬件组态,开发阀门控制程序。上位机流量监控软件是本文实现的重点。利用力控灵活的“组态”方式,可以在较短时间内开发出一款功能齐全、性能稳定的监控软件。上位机监控软件在工业以太网上采用Modbus/TCP协议实现与流量计算机和PLC的数据通信；提供友好的用户界面,协助用户实时监测工艺流程、生产数据、设备状态等信息,设置现场设备的参数等；将采集的生产数据周期性转储到关系数据库中,利用SQL脚本对流量和单参数数据进行统计分析；还支持历史数据、趋势曲线、统计报表的查询及打印输出等功能；当系统出现异常情况时,能及时向用户报警,并记录报警信息和事件信息。本文最后对流量监控软件的主要功能进行测试,包括上下位机间的通信,监控画面的实时变化,参数设置,历史数据、趋势曲线、统计报表的查询,用户管理等功能。总体上看,本系统达到了设计目标,能够满足中小规模的天然气门站对气体流量的监控需求,提高了门站生产管理的效率,为今后通用型流量监控软件研发提供了一个实践的思路。 【关键词】：天然气门站 流量监控 力控组态软件 Modbus/TCP
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE97;TP277
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文研究内容12
• 1.4 论文组织结构12-14
• 第2章 流量监控系统总体设计14-24
• 2.1 天然气门站工艺流程介绍14-15
• 2.2 总体设计方案15-18
• 2.2.1 需求分析15-16
• 2.2.2 总体结构框图16-18
• 2.3 软硬件集成方案18-20
• 2.3.1 硬件选型18-19
• 2.3.2 软件开发工具19-20
• 2.4 上下位机通信规约20-23
• 2.4.1 工业以太网概述20-21
• 2.4.2 Modbus/TCP21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 下位机系统分析与设计24-42
• 3.1 下位机总体设计24-26
• 3.1.1 下位机结构框图24-25
• 3.1.2 下位机功能分析25-26
• 3.2 流量计量原理与分析26-28
• 3.2.1 天然气流量计分类26-28
• 3.2.2 流量计量软件介绍28
• 3.3 PLC控制单元分析与设计28-41
• 3.3.1 PLC概述28-30
• 3.3.2 阀门控制单元设计30-35
• 3.3.3 I/O分配35-36
• 3.3.4 冗余设计36-39
• 3.3.5 PLC程序总体设计39-40
• 3.3.6 硬件组态40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 流量监控软件的设计与组态实现42-66
• 4.1 软件总体设计42-45
• 4.1.1 软件功能分析42-43
• 4.1.2 软件结构设计43-44
• 4.1.3 软件模块划分44
• 4.1.4 监控软件的通用性研究44-45
• 4.2 通信模块45-49
• 4.2.1 上位机与流量计算机通信46-48
• 4.2.2 上位机与S7-400通信48
• 4.2.3 数据库组态48-49
• 4.3 用户界面49-53
• 4.3.1 界面组态49-51
• 4.3.2 菜单列表51-53
• 4.4 存储查询模块53-59
• 4.4.1 关系数据库53-55
• 4.4.2 数据库设计55-59
• 4.5 图表模块59-62
• 4.5.1 历史数据59-60
• 4.5.2 趋势曲线60-61
• 4.5.3 报表查询61-62
• 4.6 系统管理模块62-64
• 4.6.1 用户管理62-63
• 4.6.2 报警管理63-64
• 4.6.3 事件记录64
• 4.7 上位机冗余设计64-65
• 4.8 本章小结65-66
• 第5章 软件功能测试66-74
• 5.1 测试目标与测试环境66
• 5.2 测试内容66-73
• 5.2.1 通信模块66-67
• 5.2.2 监控界面67-69
• 5.2.3 系统设置69
• 5.2.4 图表模块69-72
• 5.2.5 系统管理模块72-73
• 5.3 本章小结73-74
• 总结和展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79

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