具有解耦功能的SCADA系统在天然气长输管线中的应用

【摘要】： 本文根据济淄线输气管道SCADA系统项目应用的实际对组态软件的控制功能进行了研究开发。首先,对SCADA系统的发展背景、功能特点、设计思想、体系结构及发展进行了分析和总结。然后,对济淄线SCADA系统中的站控系统进行了论述及设计;该站控系统以RTU构成系统的底层控制站,完成生产过程的数据采集和过程控制;Citect组态软件构成系统的操作站,完成数据显示、人机界面操作和对整个工艺、控制系统的管理,以及报表打印等功能;具体论述了输入输出设备与Citect连接与通讯,I/O设备驱动程序的开发,冗余技术的配置方案及实现。本文继续深入的对构成组态检测模块的七个子模块;系统安全管理模块、工艺流程模块、流量计量模块、报警模块、曲线图模块、参数设置模块、报表模块的设计开发展开了研究,实现了对作业区生产过程的动态显示,流量、压力、温度等参数的动态显示与历史查询、曲线的绘制、数据报警、各种工作报表的自动生成和打印及安全管理等功能。 最后,运用机理建模的方法,建立了一种输气管道间的数学模型,并分析了输气管道间的耦合特性,再根据系统的传递函数矩阵,采用PID对角矩阵解耦控制算法实现其解耦控制,消除了输气管道间的耦合特性,并在Citect组态软件中得以实现。实际运行结果表明,该方法简单实用,可靠有效。系统投入使用后,运行稳定可靠,节省了大量人力,大大提高了生产调度速度。 【关键词】：输气管道 SCADA系统 I/O设备 组态软件 解耦控制
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU996.7
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-4
• 目录4-6
• 1 绪论6-13
• 1.1 长输管道自动化6-7
• 1.2 SCADA系统发展7
• 1.3 国内外输气管网SCADA系统发展现状7-9
• 1.4 SCADA系统特点9-10
• 1.5 课题的来源及意义10-11
• 1.5.1 课题来源10
• 1.5.2 课题目的及意义10-11
• 1.6 论文的主要工作11-13
• 2 济淄线SCADA系统设计13-21
• 2.1 设计目标和原则13-14
• 2.1.1 SCADA系统设计目标13
• 2.1.2 设计原则13-14
• 2.2 SCADA系统结构14-21
• 2.2.1 调度中心功能及构成15-18
• 2.2.2 站控系统的组成及功能18-21
• 3 基于组态思想的站控系统的实现21-70
• 3.1 工艺简介21-22
• 3.2 控制系统设计思路和总体方案22-24
• 3.3 控制系统硬件结构及选型24-31
• 3.3.1 硬件选型及组成24-25
• 3.3.2 RTU功能及设计25-28
• 3.3.3 MODBUS协议28-31
• 3.4 上位机组态软件的结构和功能31-37
• 3.4.1 工业组态概述31-32
• 3.4.2 工业组态功能特点及结构32
• 3.4.3 组态软件设计思想32-34
• 3.4.4 Citect监控组态软件34-36
• 3.4.5 输气站站控部分功能与特点36-37
• 3.5 I/O模块的设计及实现37-42
• 3.5.1 I/O设备和Citect的连接与通讯38-41
• 3.5.2 Citect读取I/O设备数据的优化41-42
• 3.6 驱动程序的开发42-47
• 3.6.1 基于请求的驱动程序43-44
• 3.6.2 串口设备的驱动构件的开发步骤44-47
• 3.7 主要功能子模块的开发47-66
• 3.7.1 系统安全管理模块47-48
• 3.7.2 工艺流程模块48-51
• 3.7.3 计量模块51-58
• 3.7.4 报警模块58-59
• 3.7.5 趋势曲线59-61
• 3.7.6 参数设置模块61-62
• 3.7.7 自动生成报表模块62-66
• 3.8 系统冗余设置及其实现66-70
• 3.8.1 RTU系统的双机热备67-68
• 3.8.2 上位机监控系统的双机热备68-70
• 4 解耦控制器的原理及实现70-89
• 4.1 解耦的定义70-75
• 4.1.1 解耦设计的必要性分析70-71
• 4.1.2 解耦控制研究现状71-75
• 4.2 工程模型建立75-79
• 4.3 PID对角矩阵解耦79-86
• 4.3.1 PID控制器79-82
• 4.3.2 解耦控制器82-84
• 4.3.3 数字滤波84-86
• 4.4 解耦系统在工程中实施86-89
• 5 结论89-91
• 5.1 本文总结89
• 5.2 存在的问题及建议89-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-94
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文94

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