基于PLC的天然氣集氣站站控系統(tǒng)研究與開發(fā)

【摘要】：集氣站是天然氣集輸系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，在集氣站處理天然氣的過程中，存在生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)管理混亂、與其他系統(tǒng)之間信息交互困難及生產(chǎn)管理效率低下等問題。為此，本課題針對集氣站所處環(huán)境惡劣、現(xiàn)場設(shè)備復(fù)雜多樣等特點，圍繞站控系統(tǒng)的切實需求，對天然氣集氣站站控系統(tǒng)及其關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究，并以SIMENS S7-300系列PLC為核心，開發(fā)了相應(yīng)的站控系統(tǒng)。 首先，在分析了國內(nèi)外氣田自動控制技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，針對集氣站站控系統(tǒng)的功能需求及集氣站內(nèi)工藝特點，提出了包含現(xiàn)場設(shè)備層、過程控制層、管理應(yīng)用層的基于PLC的天然氣集氣站站控系統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，規(guī)劃了站控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)軟件和上位機(jī)監(jiān)控軟件的實現(xiàn)方案。 然后，針對系統(tǒng)所涉及的天然氣流量計量和集氣站與采氣廠的數(shù)據(jù)集成兩個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究。針對集氣站出站口天然氣的流量計量精度要求高的特點，基于西門子S7-300PLC實現(xiàn)了天然氣流量的實時計量，該計量方法構(gòu)建了基于孔板流量計的天然氣流量計量模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了PLC流量計量程序及PC人機(jī)界面，通過在PLC中運行天然氣流量計量算法，實時的計算天然氣的瞬時流量。針對氣田分布范圍寬廣、大部分集氣站的生產(chǎn)信息處于離散的狀態(tài)及生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)量大的特點，提出了基于OPC的集氣站與采氣廠的數(shù)據(jù)集成方案，該方案利用OPC技術(shù)規(guī)范，構(gòu)建了數(shù)據(jù)集成的體系結(jié)構(gòu)，通過OPC接口完成OPC客戶端從OPC服務(wù)器存取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同監(jiān)控系統(tǒng)之間實時數(shù)據(jù)交換。 最后，在以上研究基礎(chǔ)之上，開發(fā)了基于PLC的天然氣集氣站站控系統(tǒng)，并在企業(yè)試驗應(yīng)用。試驗應(yīng)用表明，本系統(tǒng)實現(xiàn)了對集氣站的集中監(jiān)控，滿足了集氣站生產(chǎn)和管理的需要，有效提升了監(jiān)控室對作業(yè)區(qū)生產(chǎn)狀況的監(jiān)控和管理能力，具有較強(qiáng)的實用性、適應(yīng)性和擴(kuò)展性。 【關(guān)鍵詞】：集氣站 可編程控制器 監(jiān)控軟件 天然氣流量計量 數(shù)據(jù)集成
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP273;TE977
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.1.1 課題的研究背景10-11
• 1.1.2 課題的研究意義11
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文的研究目的和內(nèi)容13-14
• 1.3.1 論文研究的目的13
• 1.3.2 論文研究的內(nèi)容13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 2 基于 PLC 的天然氣集氣站站控系統(tǒng)分析與總體方案設(shè)計15-21
• 2.1 基于 PLC 的天然氣集氣站站控系統(tǒng)分析15-17
• 2.1.1 集氣站工藝及生產(chǎn)信息15-16
• 2.1.2 系統(tǒng)的功能需求分析16-17
• 2.1.3 集氣站對站控系統(tǒng)的要求17
• 2.2 基于 PLC 的天然氣集氣站站控系統(tǒng)總體方案設(shè)計17-20
• 2.2.1 系統(tǒng)的設(shè)計原則17-18
• 2.2.2 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.3 系統(tǒng)的檢測點統(tǒng)計19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 3 基于 PLC 的天然氣集氣站站控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計21-32
• 3.1 設(shè)計說明21
• 3.2 硬件設(shè)計方案21-27
• 3.2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)21-22
• 3.2.2 系統(tǒng)主要硬件配置22-23
• 3.2.3 系統(tǒng)硬件接線設(shè)計23-27
• 3.3 軟件設(shè)計方案27-31
• 3.3.1 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案27-28
• 3.3.2 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計方案28-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 4 基于 PLC 的天然氣集氣站站控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究32-52
• 4.1 基于西門子 S7-300 PLC 的天然氣流量計量方法32-45
• 4.1.1 方法概述32
• 4.1.2 天然氣流量測量方法的分類32-33
• 4.1.3 天然氣流量計量原理和模型33-36
• 4.1.4 基于 S7-300 PLC 的高精度天然氣流量累積運算方法36-38
• 4.1.5 基于西門子 S7-300 PLC 的天然氣流量計量方法的實現(xiàn)38-43
• 4.1.6 基于西門子 S7-300 PL C 的天然氣流量計量方法的驗證43-45
• 4.2 基于 OPC 的集氣站與采氣廠的數(shù)據(jù)集成方案45-51
• 4.2.1 OPC 技術(shù)概述46-47
• 4.2.2 基于 OPC 的集氣站與采氣廠的數(shù)據(jù)集成的體系結(jié)構(gòu)47-48
• 4.2.3 集氣站站控系統(tǒng)作為 OPC 服務(wù)器設(shè)置48-49
• 4.2.4 集氣站監(jiān)控系統(tǒng)與組態(tài)軟件開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)交換49
• 4.2.5 集氣站監(jiān)控系統(tǒng)與高級語言開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)交換49-51
• 4.2.6 應(yīng)用效果51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 5 基于 PLC 的天然氣集氣站站控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用52-68
• 5.1 PLC 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)52-58
• 5.1.1 主程序模塊54-55
• 5.1.2 數(shù)字量采集與輸出控制閥門模塊55-57
• 5.1.3 模擬量采集模塊57-58
• 5.2 上位機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā)58-66
• 5.2.1 通訊組態(tài)58-59
• 5.2.2 變量組態(tài)59-60
• 5.2.3 圖形組態(tài)與控制組態(tài)60-65
• 5.2.4 功能組態(tài)65-66
• 5.3 系統(tǒng)測試與應(yīng)用效果66-67
• 5.3.1 系統(tǒng)測試66-67
• 5.3.2 應(yīng)用效果67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 6 結(jié)論68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 附錄73
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄73
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果73
• C. 作者在攻讀學(xué)位期間獲得的獎勵目錄73

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