基于PLC的阀门远程监控系统设计毕业设计论文.docx
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基于PLC的阀门远程监控系统设计毕业设计论文
长 沙 学 院
CHANGSHAUNIVERSITY
毕业设计资料
设计题目：
基于PLC的阀门远程监控系统设计
系 部：
电子与通信工程系
专业：
通信工程及其自动化
学生姓名：
电眼娃娃
班级：
指导教师姓名：
最终评定成绩
第一部分设计说明书
一、设计说明书
第二部分过程管理资料
一、毕业设计课题任务书
二、本科毕业设计开题报告
三、本科毕业设计中期报告
四、毕业设计指导教师评阅表
五、毕业设计评阅教师评阅表
六、毕业设计答辩评审表
2011届
本科生毕业设计资料
第一部分设计说明书
（2011届）
本科生毕业设计说明书
基于PLC的阀门远程监控系统设计
系 部：
电子与通信工程系
专业：
通信工程及其自动化
学生姓名：
旷哲
班级：
07通信2
学号2008043200
指导教师姓名：
殷科生
职称副教授
盛旺
职称副教授
最终评定成绩
2011年5月
长沙学院本科生毕业设计
基于PLC的阀门远程监控系统设计
系（部）：
电子与通信工程系
专业：
通信工程及其自动化
学号：
2008043200
学生姓名：
旷哲
指导教师：
殷科生副教授
盛旺副教授
2011年5月
摘要
我国“西气东输”工程的启动，促进了长输管线工程的发展，油气管线阀门设备的需求也日益增多。
当前主要以人工巡检方式完成对阀门设备运行状况的检测，尚未实现实时远程监控，存在许多安全隐患。
通过对常用远程通信技术的分析比较，提出了以无线电台方式构建油气管道阀门远程监控系统通信平台的方案，根据阀门站点现场需要采集的数据和需要控制的对象,搭建了以PLC结合A/D转换模块作为数据采集控制器并通过数传电台实现了数据自动采集、阀门控制与阀门故障紧急处理；根据监控中心需要完成的监控功能指标,利用组态软件结合数据库软件实现远程状态监控,可操作远程端的所有功能并能实时显示远程端阀门的工作状态,并具有数据自动保存和自动报警功能。
关键词：
PLC，远程监控，组态设计，无线数据传输
ABSTRACT
Theprojectof“TransportthenaturalgasfromtheWesttotheEast”hasacceleratedtheconstructionofoilandgaspipelines,andalargenumberofequipmentssuchasvalvesareneeded.Mostvalveequipmentsarelocatedinwildfield,theworkingstatusofthemarewatchedbylinewalkersperiodicallyandcannotbemonitoredinreal-time,thereforemanyhiddentroublescannotbeeliminatedintime.Comparedwiththeanalysisofgeneraltelecommunications
Technology,theoilvalueprogrambasedonwirelessradioremotecontrolsystemisproposedtobuild.Accordingtodatacollectedbyvaluesiteandobjecttobecontrolled,PLCistobebuiltasadataacquisitioncontrollerwithA/Dconversionmodelandtoachieveautomaticdataacquisition,valuecontrolandvaluefailureemergencytreatmentthroughthedigitalbroadcastingstation.Accordingtothemonitoringindicator,theconfigurationsoftwareanddatabasecanmonitortheremotestateandallthefeaturesoftheremoteendcandisplaytheworkingstatusofthevalue,moreover,thedataaresavedautomaticallywithalarmfunction.
Keywords:
PLC,Remotemonitor,Configurationdesignation,
Wirelessdigitaltransmission
第一章绪论
1.1课题背景
随着我国石油和天然气工业的快速发展，油气管道建设突飞猛进。
目前管道运输已经成为我国陆上油气运输的主要方式。
但作为综合运输体系的重要组成部分，我国油气管道运输在配套设施方面有待完善，管道运输在我国综合运输体系中的地位有待于进一步提升。
因此，应大力促进管道运输科技进步。
大口径油气管道阀门是远距离管道输送石油、天然气的大型关键基础设备，具有截止、开启、配送和调压等多种功能，也是保证油气输送管道正常运行和安全防护的重要设备。
为保证设备正常工作、资源的安全运输及人的生命安全，对油气管道及阀门的全程监控是一项长期而重要的工作。
1.2基于组态软件的远程油气管线阀门监控系统
自动化监控组态软件是一个工程监控和数据采集系统。
组态软件MCGS（以下简称组态软件）是一种目前国内较优秀的组态软件，目前许多监控系统都是利用它开发的。
它支持各种可编程控制器、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等。
设备对工程开发人员来说是透明的，开发者不必关心组态软件与设备间的具体通信协议，而只需在设备库中选择设备和接口的类型，使驱动程序的配置更加方便。
它是一个真正的32位、支持多任务、多线程，运行于Windows2000/WindowsNT4.o/WindowsXP的大型应用软件;用全新的中文界面，拥有丰富的绘图工具、庞大的图形库并支持多媒体及OD现数据库;提供功能强大的控件、控制语言和操作向导，包含动态显示、报警、控件、趋势、及网络通信等组件，提供一个友好的用户界面，可使开发者快速构造应用系统，减少重复性工作。
使用组态软件软件开发的油气管道远程监控系统是一套针对油气管线中阀门状态及管道参数的数据采集系统，可将管道内油气的流量、压力、温度等参数集中送往远程监控中心计算机进行处理，以实现显示、打印、储存、报警、控制及绘制历史记录曲线等功能。
既降低了投资成本，又可使采集的数据更直观、准确、可靠。
第二章监控系统硬件平台设计与实现
2.1硬件平台总体结构
2.1.1监控系统的组成结构
远程油气管线监控系统是以PLC作为远程控制终端，以工控PC机作为上位机的主从式一点对多点的远程无线监控网络，采用串行异步通讯协议。
下位机PLC安装在各阀门站，根据上位机的指令或自身的控制程序控制阀门的开启或关闭，并配置各种传感器等辅助设备，组成数据采集和控制系统。
上位机安装于油气调度控制中心，以半双工轮询方式同各阀门站PLC通讯，以此形成SCADA（数据采集与监控）系统。
无线数传电台采用透明方式工作，只起数据传输作用，整个网络数据收发采用同一频率，通讯时，站点的识别是通过PLC的不同地址编号来实现的。
系统组成如图2.1所示，各阀门站采用PLC作为系统的基本RTU单元，完成各种测量和控制任务，主要由PLC本体、AD转换模块、传感器组与智能驱动装置四部分组成。
图2.1系统组成示意图
2.1.1.1可编程控制器简介
PLC是以微处理器为核心的工业专业计算机系统，其组成框图如图2.2所示
图2.2PLC的组成框图
由图可见，PLC由中央处理器、存储器、输入/输出接口、电源及外接编程器组成。
在目前较流行的模块式结构中，常在母板上按系统要求配置CPU单元（包括电源）、存储单元、I/O单元等。
1.中央处理器（CPU）
CPU是整个PLC的核心部件，控制着所有部件的操作。
它通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、I／O单元连接，主要任务如下。
①诊断PLC电源和内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。
用扫描方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。
②在运行状态时，按用户程序寄存器中存放的先后顺序逐条读取指令，经译码后，按指令规定的任务完成各种运算和操作，根据运算结果存储相应数据，并更新有关标志的状态和输出映像寄存器的内容。
③将存于数据寄存器中的数据处理结果和输出映像寄存器的内容送至输出电路。
④按照PLC中系统程序所赋予的功能接收并存储从编程器输入的用户程序和数据，响应各种外部设备（如编程器、打印机、上位计算机、图形监控系统、条码判读器等）的工作请求。
2．存储器存储器用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和一些其他信息等。
PLC内部的存储器有两类。
一类是系统程序存储器，用以存放系统程序（包括系统管理程序、监控程序、模块化应用功能子程序以及对用户程序做编译处理的编译解释程序等）。
系统程序根据PLC功能的不同而不同，生产厂家在PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。
另一类是用户存储器，主要用于存储用户程序及工作数据等。
用户程序指使用者根据工程现场的生产过程及工艺要求编写的程序。
用户程序由使用者输入到PLC的RAM中，允许修改。
3．输入／输出接口输入／输出（I／O）接口是将PLC与现场各种输入、输出设备连接起来的部件（有时也被称为I／o单元或I／O模块）。
①输人接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备（如限位开关、操作按钮、光电开关、温度开关等）的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号输入主机。
输入接口一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。
②输出接口用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，具有隔离PLC内部电路与外部执行元件的作用，同时兼有功率放大作用。
PLC输出形式一般有三种：
继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型。
其中继电器输出型为有触点输出方式，可用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路，这种方式有继电器触点的通信寿命和机械寿命问题；晶闸管输出型则用于带直流电源负载、高速大功率负载的场合；晶体管输出型用于高速小功率负载的场合。
可以看出，继电器、晶闸管和晶体管作为输出端的开关元件受PLC的输出指令控制，完成接通或断开与相应输出端相连的负载回路的任务，它们并不向负载提供工作电源。
负载工作电源的类型、电压等级和极性应该根据负载要求以及PLC输出接口电路的技术性能指标确定。
4．电源是PLC的CPU、存储器、输入／输出接口等内部电子电路工作需要的直流电源电路或电源模块。
输入、输出接口电路的电源彼此相互独立，以避免或减少电源间的干扰。
现在许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源。
这种电源稳压性能好，抗干扰能力强，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备或输入端的传感器提供标准电源。
5．其他接口和外设编程器是人与PLC联系和对话的工具，是PLC最重要的外围设备。
用户可以利用编程器来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也
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