天然气田集气站远程监控系统设计开题报告

1、天津理工大学本科毕业设计开题报告届：2012 学院（系）： 自动化学院 专业：电气工程及其自动化 2012 年 2 月 24 日毕业设计题目天然气田集气站远程监控系统设计学生姓名赵明学号20081001指导教师张惊雷职称副教授（报告内容包括课题的意义、国内外发展状况、本课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤以及参考文献等。）一、 课题的意义天然气作为重要的化石能源，在工业生产和社会生活中有着重要的地位，随着我国工业化的步伐不断加快，工业对于化石能源的需求也变得越来越大。天然气以其清洁、高效、便于集输等特点，在能源产业中的地位也显得更为突出。天然气的集输也成为我国工业化的一个重要课题。天然

2、气田集气站系统数据庞杂、环境恶劣、危险系数高，实现无人控制可以保障安全生产、优化人力资源和提高劳动生产效率。天然气田集气站远程监控成为一种重要的控制手段，通过无线数据传输实现对遥远的集气站实现监测和控制，对实现天然气安全、高效的输送至工业各领域有着重要的意义二、 国内外发展状况世界范围内，天然气田集气站的控制系统有很多种构建方案，目前来看有以下几种主要控制方案：1、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition），即数据采集与监视控制系统。SCADA系统主要是由远程终端设备（RUT）、主站计算机（包括硬件和软件）、操作人员数据显示和控制盘及有关的外

3、围设备等部分组成。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。2、DCS（Distributed Control System），即集散控制系统。它是由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）4C技术，其基本思想是分散控制、集中控制、分级管理、配置灵活、组态方便。3、PLC（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器，随着PLC技术的发展，PLC的功能日益强大，与DCS、

4、SCADA相互渗透，油气在天然气田集气站过程控制领域应用广泛。4、FCS（Field bus Control System）现场总线控制系统，具有开放性、全数字化和互操作性的特点，已成为新型工业控制系统发展方向之一。随着FCS技术完善，其应用将日益增加，现场总线控制系统的应用也有很大进展，石化系统已有近百家企业用FCS来控制生产装备或罐装系统等。为实现远程监控，无线传输越来越受到青睐。尤其是在天然气田中，布线成本高，布线环境恶劣，导致测量困难，这时无线方案就可以作为一种有线方案的一种补充，让监控站获得以前无法获得的信息。与有线方案相比，无线方案的安装成本可节省90%以上，包括布线、桥架、接线端

5、子等。艾默生推出的智能无线方案可分为两层：现场网络和工厂网络。现场网络包括测量仪表和控制设备，这些设备采用WirelessHART技术以自我组织的、智能化的方式与网关通信，是网络可靠性达到99%以上。工厂网络一般采用无线WiFi技术，包括移动终端、人员设备、跟踪设备、移动通信工具、视频监视等。如图1为工业无线方案的网络构架。图1三、 研究内容1、集气站的PLC控制系统无人集气站控制系统将对天然气收集、汇合、平压、初步过滤、脱水、脱硫、压缩、输送等环节的数据进行实时采集。并根据采集来的数据加以分析，发出相应的执行指令，以控制现场的执行器件。PLC以其优良的控制性能，配合各类传感器，完全能够胜任这

6、些复杂的工作。PLC对采集来的数据进行分析和处理，对现场的设备能够迅速做出反应，并且也能够将数据通过现场总线传输给监控室。本设计将对集气站的控制系统及工艺流程做一定的研究，并将数据采集作为重点研究对象。2、集气站现场总线PROFIBUS-DP和Modbus的应用现场总线具有开放性、全数字化和互操作性的特点，已经成为新型大型工业控制系统发展方向之一。PROFIBUS是西门子公司的现场总线通信协议，也是IEC61158国际标准中的现场总线标准之一。PROFIBUS-DP的最高传输速率可达12Mbit/s。PROFIBUS通信协议通常用于分布式I/O（远程I/O）的高速通信，可以使用不同厂家的PRO

7、FIBUS设备。如图2是一个PROFIBUS网络的例子。Modbus具有以下特点：（1）标准、开放，用户可以免费、放心的使用Modbus，不需要缴纳许可证费，也不会侵犯知识产权。（2）Modbus可以支持多种电器接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。（3）Modbus的帧的格式简单、紧凑，通俗易懂，用户使用容易，厂方开发简单。本设计将重点对集气站的采集数据通过PROFIBUS-DP和Modbus进行传输，构建工业传输网络，并与上位机实现通信。图23、集气站的设备组态组态王是以计算机为基础的生产过程与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和

8、控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。本设计将完成采用一个装有组态王软件的PC作为监控服务器，使其能够监控DP总线和Modbus总线上智能仪表的实时状态，实现两种总线上数据的通信。工作人员在监控室里面就可以对几千米外的集气站进行监控。四、 研究方法1、 查阅资料，了解国内外现场总线技术发展的最新动态及以太网的相关知识。2、 阅读相关PROFIBUS-DP、Modbus现场总线文献，分析典型总线结构，尝试构建工业网络。3、 在实验室里学习SIEMENS STEP7系列PLC编程语言进行梯形图程序设计，并根据具体设计要求完成调试。4、 利用SIMATIC STEP

9、7和组态王组态工具分别对PROFIBUS-DP和Modbus两种现场总线系统进行系统配置。5、 利用网络上的论坛资源，与工控的开发人员进行交流与沟通，并不断思考、不断拓展思路。6、 虚心请教知道老师，常常进行交流。五、 研究手段1、以苏-75-4天然气田集气站远程监控系统为设计对象，以实验室的“SIEMENS S7300 PLC”为控制器，设计一个监控远程气井压力、流量等模拟量，以及阀门、开关等数字量现场设备工作状况的现场总线PROFIBUS-DP工业监控系统。2、 采用一个装有组态王软件的PC作为监控服务器，要求能监控DP总线和Modbus总线上智能仪表的实时状态，实现两种总线上数据的通信。

10、3、 画出整个控制系统的硬件接线图。4、 借助实验室的S7-300/400系统完成系统的模拟与调试。六、 研究步骤1、深入调研，参考国内外优秀设计理念，并不断深化对油气储运工程的学习。完成基本设计构架，形成初步设计方案。2、 学习S7-300/400PLC的编程和工业网络的构建，学习组态王、WINCC等组态软件，加强实践能力，并在能够在实验室构建小型工业网络。3、 设计集气站的构建方案，并细化设计方案，画出布局图，完成控制方案。4、 细化控制步骤，画出控制流程图。5、 排出I/O信号点，完成传感器和PLC的连接并通讯实验成功。6、 多台PLC联机调试，测试PROFIBUS-DP通讯无误。7、

11、编写上位机PC监控程序，调试成功8、 利用KINGVIEW组态软件设计监控画面。9、 上位机和下位机PLC联机调试，测试系统正常工作，实现远程工业数据交互式传输。10、下装程序、调试测试并最终完成系统，撰写毕业论文。11、准备书面材料和毕业答辩。参考文献1严大凡、张劲军. 油气储运工程. 中国石油出版社，20022吴明 等. 油气储运自动化. 化学工业出版社，20053解怀仁. 石油化工仪表控制系统选用手册. 化学工业出版社，20094郑凤翼 等. 例说西门子S7-300/400系列PLC. 机械工业出版社，20115吉顺平，孙承志，路明 等. 西门子PLC与工业以太网技术. 机械工业出版社，20086 周迎，王雪，刘鹏飞. 苏里格气田天然气集输工艺及处理方案. 石油与化工设备，2011年第14卷7 周 玲，戴斌，赵憨. 齐德全油田集输泵站中的自动化控制系统. 计算机光盘软件与应用. 2011(13)8阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 清华大学出版社，20019李嘉，杨佃福. 网技术是现场总线技术发展的一个必然趋势. 自动化仪表，2001年