基于PLC的天然气集气站站控系统研究与开发

【摘要】：集气站是天然气集输系统中的一个重要环节。当前，在集气站处理天然气的过程中，存在生产工艺数据管理混乱、与其他系统之间信息交互困难及生产管理效率低下等问题。为此，本课题针对集气站所处环境恶劣、现场设备复杂多样等特点，围绕站控系统的切实需求，对天然气集气站站控系统及其关键实现技术进行了较深入的研究，并以SIMENS S7-300系列PLC为核心，开发了相应的站控系统。 首先，在分析了国内外气田自动控制技术研究现状和发展趋势的基础上，针对集气站站控系统的功能需求及集气站内工艺特点，提出了包含现场设备层、过程控制层、管理应用层的基于PLC的天然气集气站站控系统的三层体系结构。在系统体系结构的基础上，规划了站控系统的硬件结构，并设计了PLC控制系统软件和上位机监控软件的实现方案。 然后，针对系统所涉及的天然气流量计量和集气站与采气厂的数据集成两个关键技术进行了较深入的研究。针对集气站出站口天然气的流量计量精度要求高的特点，基于西门子S7-300PLC实现了天然气流量的实时计量，该计量方法构建了基于孔板流量计的天然气流量计量模型，并在此基础上设计了PLC流量计量程序及PC人机界面，通过在PLC中运行天然气流量计量算法，实时的计算天然气的瞬时流量。针对气田分布范围宽广、大部分集气站的生产信息处于离散的状态及生产信息数据量大的特点，提出了基于OPC的集气站与采气厂的数据集成方案，该方案利用OPC技术规范，构建了数据集成的体系结构，通过OPC接口完成OPC客户端从OPC服务器存取数据，实现不同监控系统之间实时数据交换。 最后，在以上研究基础之上，开发了基于PLC的天然气集气站站控系统，并在企业试验应用。试验应用表明，本系统实现了对集气站的集中监控，满足了集气站生产和管理的需要，有效提升了监控室对作业区生产状况的监控和管理能力，具有较强的实用性、适应性和扩展性。 【关键词】：集气站 可编程控制器 监控软件 天然气流量计量 数据集成
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273;TE977
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.1.1 课题的研究背景10-11
• 1.1.2 课题的研究意义11
• 1.2 国内外相关研究现状11-13
• 1.3 论文的研究目的和内容13-14
• 1.3.1 论文研究的目的13
• 1.3.2 论文研究的内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 2 基于 PLC 的天然气集气站站控系统分析与总体方案设计15-21
• 2.1 基于 PLC 的天然气集气站站控系统分析15-17
• 2.1.1 集气站工艺及生产信息15-16
• 2.1.2 系统的功能需求分析16-17
• 2.1.3 集气站对站控系统的要求17
• 2.2 基于 PLC 的天然气集气站站控系统总体方案设计17-20
• 2.2.1 系统的设计原则17-18
• 2.2.2 系统的体系结构18-19
• 2.2.3 系统的检测点统计19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 基于 PLC 的天然气集气站站控系统详细设计21-32
• 3.1 设计说明21
• 3.2 硬件设计方案21-27
• 3.2.1 系统硬件结构21-22
• 3.2.2 系统主要硬件配置22-23
• 3.2.3 系统硬件接线设计23-27
• 3.3 软件设计方案27-31
• 3.3.1 PLC 控制系统软件设计方案27-28
• 3.3.2 上位机监控软件设计方案28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 基于 PLC 的天然气集气站站控系统关键技术研究32-52
• 4.1 基于西门子 S7-300 PLC 的天然气流量计量方法32-45
• 4.1.1 方法概述32
• 4.1.2 天然气流量测量方法的分类32-33
• 4.1.3 天然气流量计量原理和模型33-36
• 4.1.4 基于 S7-300 PLC 的高精度天然气流量累积运算方法36-38
• 4.1.5 基于西门子 S7-300 PLC 的天然气流量计量方法的实现38-43
• 4.1.6 基于西门子 S7-300 PL C 的天然气流量计量方法的验证43-45
• 4.2 基于 OPC 的集气站与采气厂的数据集成方案45-51
• 4.2.1 OPC 技术概述46-47
• 4.2.2 基于 OPC 的集气站与采气厂的数据集成的体系结构47-48
• 4.2.3 集气站站控系统作为 OPC 服务器设置48-49
• 4.2.4 集气站监控系统与组态软件开发的监控系统的动态数据交换49
• 4.2.5 集气站监控系统与高级语言开发的监控系统的动态数据交换49-51
• 4.2.6 应用效果51
• 4.3 本章小结51-52
• 5 基于 PLC 的天然气集气站站控系统开发与应用52-68
• 5.1 PLC 控制系统软件开发52-58
• 5.1.1 主程序模块54-55
• 5.1.2 数字量采集与输出控制阀门模块55-57
• 5.1.3 模拟量采集模块57-58
• 5.2 上位机监控软件开发58-66
• 5.2.1 通讯组态58-59
• 5.2.2 变量组态59-60
• 5.2.3 图形组态与控制组态60-65
• 5.2.4 功能组态65-66
• 5.3 系统测试与应用效果66-67
• 5.3.1 系统测试66-67
• 5.3.2 应用效果67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录73
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录73
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果73
• C. 作者在攻读学位期间获得的奖励目录73

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