天然气压力监控系统的设计

1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）天然气压力监控系统的设计年 级:2003级学 号:姓 名:邓业民专 业:机械工程及自动化系指导老师:肖世德2007 年 5 月 院 系 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 年 级 2003 姓 名 邓业民 题 目 天然气压力监控系统的设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计（论文）任务书班 级 机械六班 学生姓名 邓业民 学 号 发题日期：2007 年 3 月 10 日 完成日期： 6 月 15 日题 目 天然气压力监 /dafa888/ 控

2、系统的设计 1、本论文的目的、意义 本文所设计的天然气压力监控系统 /dafa888yulecheng/ 是模拟四川省某天然气输配站的压力监控项目。此系统除应用于储气罐压力的自动监By-gnksguybb / 控外，还可用于其它领域的压力监控场合。当当前被测压力低于或高于设定的下限或上限压力值时，能启动报警程序进行声光报警，同时能通过步进电机来控制阀门以实现自动调节储气罐中的压力的目的；除此之外，通过人机交互，可设置储气罐中的压力范围参数，实时显示当前压力值及系统运行状况，便于数据记录与生产管理。这对于提高生产、管理效率，实现高效、优质、可靠生产都具有

3、重要意义。虽然只是模拟现场进行监控，但通过这次毕业设计，增补了我们机电学生在电力电子方面的知识，完善了我的知识结构，增强了自己在测控系统设计、电路分析与设计的能力。2、学生应完成的任务 天然气压力监控系统的总体方案设计 监控系统的硬件电路设计(包括系统的扩展与配置) 监控系统的软件设计 单片机应用系统抗干扰术的论述 PCB设计及其工程文档 外文资料翻译 设计、计算说明书 实习报告 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 实 习 ( 1周) 第二部分 收集资料、完成总体方案设计 (2 周) 第三部分 进行详细设计，完成系统电路板的加工、检测 (5 周)第四部分 整机组装、功能调试

4、及分析 (1周) 第五部分 外文翻译以及设计说明书的编写 (2 周)评阅及答辩 (1 周)备 注 / 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要我国的天然气工业正在快速蓬勃地发展。与此同时,天然气的输配与存储系统也日趋庞大与复杂，使得人们及时准确地掌握输配系统的运行规律、以及对天然气进行计量、监控都变得十分困难。在我国科技人员的努力下，现已成功研制出实用、先进的天然气输配站的计算机监控系统，能进行计量点分散计量、集中查询与管理，实现对现场输配情况的自动检测和远程监控，能完成对天然气输配管网稳态、动态仿真，达到天然气输配管网调度优化运行，提高了劳动生产率，保证系统

5、的的可靠性、稳定性。在天然气输配过程中, 及时准确地获取压力数据对安全生产、组织管理都具有十分重要的意义。本文所设计的正是针对天然气输配站压力进行监控的小型自动化系统。根据生产现场的实际情况,本系统的硬件由扩散硅压力传感器、变送电路、数据采集卡、微控制器及键盘、显示器等组成。系统中,采用扩散硅压力传感器为测压元件，通过信号调理、数据采集，进行 A/D 模数转换，完成压力数据的采集；通过键盘、显示等人机交互接口，进行系统压力极限参数的设置以及运行状况相关数据的显示；通过8051单片机的运算处理，完成当前被测压力的存储、显示、蜂鸣器鸣音报警，同时控制步进电机来调节存储罐中压力使之保持在安全范围之内

6、，以实现存储罐中压力的自动控制。系统的软件开发基于汇编语言，与硬件电路相对应其主要功能模块包括：数据采集模块、数据的存贮与显示模块、声光报警模块以及步进电机驱动模块。软件设计中充分利用了汇编语言十分方便的控制功能特性，实现了系统被测压力的实时监测与自动调节。为了提高系统可靠度与稳定性，提出了各种硬件和软件抗干扰措施，保证系统安全、稳定、可靠地运行。关键词：数据采集；扩散硅压力传感器；人机交互；步进电机 / AbstractSince the later period of 1990 ages, a serials of natural gas “ aorta” ,such a

7、s the Shaanxi Beijing line, the transport of the natural gas from the west to the east line, loyal Wu line, the second Shaanxi Beijing line and so on, has been completed and put into production one after another.In addition , the multi- striptransnational natural gas pipeline which is planted and un

8、der construction ,such as the coast gas line ,the Chinese and Russian gas line, the Chinese and Kazakh gas line and so on, symbolizes that the Chinese backbone gas lines are fast forming and our countrys gas industry is fast and vigorously developing.However, at the same time , the system of trsnspo

9、rting 、supplying and storing of the natural gas is huge and complex day by day. It causes people very hard to grasp the movement rule of the trsnsporting and supplying system promptly and accurately , it is also very difficult for people to measure and monitor the natural gas.Encourageingly, under t

10、he endeavor of researchers of our country, a available and advanced computer supervisory system for natural gas station has been developed. It can conduct the measurement for distributed dot and the central inquirement and management;What is more, it can actualize the automatic detection and the lon

11、g-distance monitoring; It also can complete the stable and dynamic state simulation of the pipe network of the natural gas,achieving that the pipe networkattemperation can be optimizated,the productivity can be enhanced and also it can guarantee system run reliably, stably.What this article designs

12、is a small auto-controlled system ,which is aimed at monitoring and controlling the pressure of a small trsnsportation and supply gas station .In the process of storing the natural gas,it has the extremely vital significance to get the measurement of the natural gas promptly and accurately for safe

13、production and management. / According to the actual situation of the working scene, the hardware of this system is constructed of several parts as followings, piezoresistivesemiconductor pressure sensor, converting circuit, the data acquisition card, the microcontroller , the keyboard and

14、 the display and so on . In thesystem, we uses the piezoresistive semiconductor pressure sensor as the measuring element, the data acquisition is completed though the processes of data acquising,signal adjustment and A/D conversion; Through man-machine interactive connection,such as keyboard and LED

15、,LCD display, the setup of the limit pressure parameters as well as the display can be conducted; After the processes of the 8051 ,the current measured pressure can be stored,diaplayed,and the buzzer also can be started up .At the same time ,the step-motor can be controlled to adjust the pressure au

16、tomaticly in the store-bin in order to maitain the pressure in the normal range ,for the purpose of automatic controll. The software design of the system is based on the assembly language, corresponding to the structure of the hardware ,the main function module includes: The data acquising module, t

17、he data storing and displaying module, the acousto-optics warning module as well as the step-motor driving module. In the software design ,we has fully used the controlling characteristics ,which is extremely convenient ,of the assembly language,and realized the real-time monitoring and the automati

18、c controlling of the system. In order to enhance the reliability and the stability of the system, several antijamming measures including hardware and software are proposed in this paper, for guaranteeing the system run safely,stably and relialbly.Keywords: data-acquising;pressure sensor;man-machine

19、interaction;step- motor目 录第一章 绪论 111 背景2.2 国内外天然气输配技术研究的的状况13 本文主要研究内容的结构安排9第二章 天然气压力监控系统的总体方案设计1221 单片机应用系统设计的指导思想与一般过程1222 天然气压力监控系统的性能指标及总体方案设计12第三章 天然气压力监控系统的硬件设计31 硬件电路设计的一般设计过程32 单片机的原理与应用3.2.1 单片机的概述3.2.2 MCS-51系列单片机的结构与原理33 基于8051的天然气压力监控系统的方案实现3.3.1 系统的总体硬件电路设计3.3.2 数据采集3.3.3 压力传感器3.3.4 系统存

20、储器、I/O接口的扩展3.3.5 人机交互的接口设计3.3.6 声光报警接口设计3.3.7 步进电机工作原理、选型与控制方法第四章 天然气压力监控系统的软件设计41 软件设计的设计思想与一般过程42 天然气压力监控系统的程序流程图第五章 单片机应用系统的抗干扰技术设计51 干扰源52 硬件抗干扰措施53 软件抗干扰措施第六章PCB设计结论113致谢115参考文献116附录附录一：汇编语言控制程序清单119附录二：外文翻译附录三：电路原理图（A3图纸）第一章 绪论背景煤、石油和天然气仍然是21世纪世界能源供应的三大支柱。天然气不仅是优质燃料，而且是化学工业的重要原材料，在世界经济格局中占据着特别

21、重要的地位。随着世界经济的发展，推动了世界能源市场的发展，世界正朝着清洁能源的方向发展，如天然气，电力和再生能源等，这给我国天然气工业的发展提供了良好的发展机遇。天然气是世界上公认的高效、洁净的能源，作为化工原料及能源燃料在世界上得到广泛应用，它主要应用于：发电、化工、城市工业用气、城市居民用气等方面。能源将成为制约中国经济发展的瓶颈，同时由于过度依赖石油，中国能源安全面临油价、来源、运送通道和政治等风险。中国目前正在编织一张“超级”网络以获取天然气，减少对外能源的依赖程度。1990年代后期以来，陕京线、西气东输线、忠武线、陕京二线等多条天然气“大动脉”相继建成投产，加上筹划建造中的沿海天然气

22、管道及中俄输气管道、中哈输气管道等多条跨国天然气管线，中国骨干输气管道的基本框架正在快速形成，这标志着我国的天然气工业正在快速蓬勃地发展。天然气的开发与利用离不开输送、存储及配气。天然气开发和利用的不断扩大，导致了天然气的输配与存储系统也日趋庞大与复杂，使得人们及时准确地掌握输配系统的运行规律、以及对天然气进行的计量、监控都变得十分困难。可喜的是，在我国科技人员的努力下已成功研制出实用、先进的天然气输配站计算机监控系统，能进行计量点分散计量、集中查询与管理，实现对现场输配情况的自动检测和远程监控，能完成对天然气输配管网稳态、动态仿真，达到天然气输配管网调度优化运行，提高了劳动生产率，保证系统运

23、行的的可靠性与稳定性。对大中型输配站而言，此种系统从实用性、经济性的角度来看是很值得推广和应用的，但对于小型的输配站而言则是不经济的。现在国内大部分小型的输配站都是采用传统的人工方式来进行监控与调度，效率低、管理落后，且存在系统监控的不实时，不便于高效、优质、可靠生产。本文所设计的正是对小型输配站存储罐的压力进行自动监控的小型应用系统,及时准确地获取压力数据对安全生产、组织管理、提高劳动效率都具有十分重要的意义。2国内外天然气输配技术研究的的状况目前，国内外普遍采用的天然气储存方式有地上高压储罐储气、管束储气、城市高压外环储气、低温储存、地下储气库储气等方式。(1)高压储罐储气高压储罐几何容积固定不变，靠储罐中的压力改变来储存燃气。高压储罐按形状分为圆筒形和球形两种，球形储罐与圆筒形储罐相比具有受力好、省钢材、投资少的优点，因此应用较广。近年来，国外球罐向着大型化发展，直径达到47.3 m，容积达到5.55万m3。我国一些城市也相继兴建了不少大型天然气球罐，如北京、天津、上海、重庆、西安等城市建造了3,300 -10,000 的天然气球罐。高压球罐一般适用于长输管道进城市压力偏低(小于1.6 MPa)、城市的储气调峰规模适中的条件下。对用气规模