毕业设计基于PLC的阀门远程监控系统设计

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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月长沙学院毕业设计(论文)PAGEIV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

ABSTRACTTheprojectof“TransportthenaturalgasfromtheWesttotheEast”hasacceleratedtheconstructionofoilandgaspipelines,andalargenumberofequipmentssuchasvalvesareneeded.Mostvalveequipmentsarelocatedinwildfield,theworkingstatusofthemarewatchedbylinewalkersperiodicallyandcannotbemonitoredinreal-time,thereforemanyhiddentroublescannotbeeliminatedintime.ComparedwiththeanalysisofgeneraltelecommunicationsTechnology,theoilvalueprogrambasedonwirelessradioremotecontrolsystemisproposedtobuild.Accordingtodatacollectedbyvaluesiteandobjecttobecontrolled,PLCistobebuiltasadataacquisitioncontrollerwithA/Dconversionmodelandtoachieveautomaticdataacquisition,valuecontrolandvaluefailureemergencytreatmentthroughthedigitalbroadcastingstation.Accordingtothemonitoringindicator,theconfigurationsoftwareanddatabasecanmonitortheremotestateandallthefeaturesoftheremoteendcandisplaytheworkingstatusofthevalue,moreover,thedataaresavedautomaticallywithalarmfunction.Keywords:PLC,Remotemonitor,Configurationdesignation,Wirelessdigitaltransmission

目录TOC\o"1-2"\h\z\t"标题3,3,标题4,4"摘要 IABSTRACT II第一章绪论 11.1课题背景 11.2基于组态软件的远程油气管线阀门监控系统 1第二章监控系统硬件平台设计与实现 22.1硬件平台总体结构 22.1.1监控系统的组成结构 22.1.2阀门电机主回路 42.2PLC数据采集控制器 52.3A/D转换模块 62.4无线数据传输 72.5阀门站PLC软件设计 10第三章监控系统软件设计与实现 133.1MGCS组态软件介绍 133.2系统软件开发平台 143.3系统软件工作流程 183.3.1控制系统的组成 183.3.2运行策略设计 193.3.3系统的画面制作与动画连接 203.4组态软件与PLC通信实现 233.4.1数据变量及PLC地址分配对照表 233.4.2三菱PLC设备组态 23第四章设计的仿真结果 284.1监控系统运行结果 284.2报警数据浏览 294.3数据实时曲线 314.4数据历史曲线 32结论 34参考文献 35致谢 36长沙学院毕业设计PAGE36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，也可用它监视PLC的工作状态、显示错误代码或修改系统寄存器的设置参数等。除采用手持编程器和监控外，还可通过PLC的RS232C外设通信口(或RS422口配以适配器)与计算机联机，并利用PLC生产厂家提供的专用工具软件来对PLC进行编程和监控。相比起来，利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便，但一台手持编程器可以用于同系列的其他PLC，达到一机多用。2.1.2阀门电机主回路图2.3为阀门电机主回路及PLC外部端子回路示意图。三相交流电动机M分别由交流接触器KMO和KMC的通断来驱动阀芯顺、逆时针转动实现阀门的开启或关闭。图2.3为阀门电机主回路及PLC外部端子回路示意图2.2PLC数据采集控制器2.2.1PLC外部端子回路系统选用三菱电机公司生产的FX2N-32MR作为RTU单元。智能驱动装置是引进美国Limitorque技术的SMC多回转型阀门电动装置，它可以单台控制，也可集中控制，可现场操作，也可远程控制，除能驱动阀门动作外同时还能将自身的状态以标准信号的方式送出供PLC进行状态检测。考虑阀门站兼有就地和远程两种控制方式，PLC共管理12路输入信号和8路输出信号。其输入输出信号及端子分配如表2.1所示。表2.1PLC输入/输出信号及端子分配表输入信号输出信号编号检测参数代号端子分配控制参数代号端子分配1,2就地/远程转换SAX0/X1阀门开启KMOY03就地阀门开启按钮SB1X2阀门关闭KMCY14就地阀门关闭按钮SB2X3全开位指示HL1Y25就地停止按钮SB3X4全关位指示HL2Y36,7开/关到位信号SOD/SOCX5/X6开向过力矩HL3Y48,9提升到位/下降到位SOD1/SOC1X7/X10关向过力矩HL4Y510/11开/关过力矩信号STO/STCX11/X12阀门运行HL5Y612阀门运行检测RLX13电源指示HL6Y72.3A/D转换模块A/D转换模块选用与PLC本体配套的FX2N-4AD，其有四路独立的差分输进通道。每个通道可选择为电流型（±20mA）或电压型（±10VDC）信号输进。在每个阀门站管线或阀门的适当位置装上温度、压力和流量传感器，以采集油气管线的工作状态。参数信号经传感器变送后分别与FX2N-4AD各独立通道相连，经AD转换后放到相应的数据寄存器中，供PLC程序定时读取。表2.2FX2N-4ADBFM分配表BFM内容#0通道初始化缺省设定值=H0000#1通道1平均值取样次数缺省值=8#2通道2#3通道3#4通道4#5通道1平均值#6通道2#7通道3#8通道4#9通道1当前值#10通道2#11通道3#12通道4#13~19不能使用#20重置为缺省设定值缺省设定值=H0000#21禁止零点和增益调整缺省设定值=0,1#22零点、增益调整#23零点值缺省设定值=0#24增益值缺省设定值=5000#25~28空置#29出错信息#30识别码K2010#31不能使用2.4无线数据传输计算机与PLC之间采用无线数传电台方式进行通讯，采用交错编码、收后重发技术，进步无线通讯的抗干扰能力，确保阀门站无线远程控制的安全可靠运行。数据传输模块选用美国的MDS2710数字传输电台，如图2.4所示。它可为两点之间的数据传输提供全透明的半双工通讯连接。它一端与嵌进在PLC内的通讯FX2n-485-BD通过RS485接口方式相连，另一端则通过标准的RS232接口与监控中心服务器的串口连接，组成准双向的数据发送与接收无线通讯网络，网络的最大节点数可达32个。图2.4MDS2710MDS数字电台的性能价格比在常规电台中独占鳌头,覆盖频率为220-240MHz他的数据吞吐量大，传输距离远，全透明异步实时传输，使用标准的异步通讯协议，无需特别设置及编程，并提供一路通用的数字输出。MDS数字电台可在现场设置为主站或子站，可以半双工或单工运行。支持各种收发频率间隔，主站电台可以做网管。单工运行模式允许所有电台之间的通信。电台性能优异，数据可靠，坚固耐用。采用了DSP技术，自适应均衡，前向纠错技术，速率达到19200bps。电台安装简便易行。无线系统的安装实施快，投资见效快。电台无须特别编程设置，任何常见异步通信协议都可以使用。电台在最恶劣的环境下使用，电台设计出色，在干扰严重，传输路径阻挡的环境下表现优异。硬件指标如下：电台特点：性能优异，DSP电台，信道编码，前向纠错，相干解调；设置灵活：可设置为主站或子站，软件设置频率；兼容性好：与过去的MDS2000系列，MDS4000系列产品后向兼容电台；应用：石油天然气生产，调配输送自来水，废水，煤气工程电力调度，配网自动化，负荷控制GPS定位系统移动数据传输铁路通信系统，交通控制系统工业自动化过程控制；工作频点:220-240MHz；运行方式:异步，单工，半双工；数据端口:RS-232；频率稳定性：+/-1.5ppm；载波功率：0.1至5瓦可调；载波功率精度：+/-1.5dB；占空率：100%；输出阻抗：50欧姆；类型：双超外差式；频率稳定性：+/-1.5ppm；电源:供电：13.8Vdc(10.5至16Vdc范围)；发射电流：最大2安培，(发射功率5W时)接收电流：<125毫安休眠状态：15毫安调制解调器:调制类型：数字/CPFSKCTS时延：0-255毫秒可调，1毫秒为步进；机壳：铸铝；尺寸：5.08x14.29x18.4cm；重量：1公斤温度范围：-30℃至+60℃；湿度范围：40℃时95%；电台数据帧格式设置为7位数据位、1位停止位、偶校验的方式，传输速率为9600bit/s。电台发射功率为25W，采用收、发同频方式（235MHz），主站架设全向天线，阀门站架设定向八木式天线后，数据传输间隔可达15Km以上，在地势平坦地区，通讯间隔可达20Km。与之相适应PLC通讯格式特殊数据寄存器D8120设置为-8058，D8121寄存器用来设置各阀门站ID号。为了安全，除在天线安装了避雷针外，天线到电台之间的馈线也加装了避雷器。表2.3串行通信格式bit内容01b0数据长度7位8位b1,b2奇偶校验00：不校验01：奇校验11：偶校验b3停止位1位2位b4~b7传输速率bit/s0011：3000100：6000101：12000110：24000111：48001000：9600b8起始符无D8124b9结束符无D8125b10控制线无H/Wb11模式一般模式调制解调模式b12~b15未用--2.5阀门站PLC软件设计系统对阀门的监控能实现就地控制和远程控制两种控制方式。系统控制过程流程为：传感器将测得信号通过屏蔽信号电缆传送到A/D转换模块的输入端，经过A/D转换模块转换后存入指定的数据寄存器供PLC读取。PLC将数据通过无线数传电台送出，最后到监控中心供系统处理，完成一次数据采集过程。系统控制信号当为就地控制方式时由操作者通过阀门站控制箱内的按钮直接控制；当为远程控制时则由监控中心发出，PLC接收到信号后通过输出端口控制智能驱动装置使阀门动作。PLC端阀门站实时测控软件控制过程流程图如图2.5所示。图2.5PLC端阀门站控制过程流程图PLC梯形图程序设计如下：第三章监控系统软件设计与实现3.1MGCS组态软件介绍MGCS组态软件是有北京昆仑自动化有限公司研制开发的，其英文全称全称MonitorandControlGeneratedSystem,即“监视与控制通用系统”。该软件分为通用版、嵌入版和网络版。MCGS通用组态软件的特点：1、简单灵活的可视化操作界面。MGCS采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，使用时以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面。MGCS的组态工作既简单直观，又灵活多变。2、良好的并行处理性能。MGCS是真正的32位应用系统，充分利用了32位Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，因此实时性强，对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使计算机广泛应用于工程测控领域成为可能。3、丰富、生动的多媒体画面。MGCS以图像、图形、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息。4、开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。MGCS采用开放式结构，系统可以与广泛的数据源交换数据。支持Microsoft开放数据库（ODBC）接口，有强大的数据库链接能力；全面支持OPC标准，既可以作为OPC客户机，也可以作为OPC服务器，可以与更多的自动化设备相连接。5、完善的安全机制。MGCS提供了良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。6、强大的网络功能。MGCS支持TCP/IP、Modem、RS-485/RS-422/RS-232等多种现场总线网络体系结构，使用MGCS网络版组态软件，可以在整个企业范围内，用网页浏览器方便浏览到实时和历史的监控信息，实现设备管理与企业管理的集成。7、多样化的报警功能。MGCS提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函数，不仅方便用户进行报警设置，并且实现了系统实时显示、打印报警信息的功能。报警信息的存储与应答，为工业现场安全、可靠地生产运行提供了有力的保障。8、实时数据库位用户分步组态提供极大方便。MGCS由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心。3.2系统软件开发平台图3.1组态软件结构3.2.1创建实时数据库从控制要求分析，供油阀在某时刻所处的状态是一种开关信号，因而属于开关型数据对象，温度、压力和流量是具体的数值，属于数值型对象，当温度、压力和流量中的任一个越限时，都要求给出报警信息，因此可以考虑将这三种变量结合在一起建立一个组对象。根据以上分析，首先定义如表2.1所示的变量，然后创建如下数据对象。1、开关型在实时数据库窗口页，单击“新增对象”按钮，打开新增数据的属性窗口，将对象名称分别定义为“供油阀”，对象类型选择“开关”，如图3.2（a）所示。用同样的方法建立“放油阀”，如图3.2（b）所示。图3.2（a）供油阀的基本属性图3.2（b）放油阀的基本属性2、数值型创建“温度”、“压力”、“流量”如图3.3所示，温度值、压力值、流量值带有1位小数。

图3.3(a)温度的基本属性图3.3(b)压力的基本属性图3.3(c)流量的基本属性表3.1内部数据对象名称、意义和类型变量名类型初值注释供油阀开关0开关量输出放油阀0开关0开关量输出放油阀1开关0开关量输出放油阀2开关0开关量输出管道0组包括温度、压力和流量管道1组包括温度、压力和流量管道2组包括温度、压力和流量温度0数值25模拟量输入，反映阀门站0温度温度1数值25模拟量输入，反映阀门站1温度温度2数值25模拟量输入，反映阀门站2温度压力0数值2模拟量输入，反映阀门站0压力压力1数值2模拟量输入，反映阀门站1压力压力2数值2模拟量输入，反映阀门站2压力流量0数值60模拟量输入，反映阀门站0流量流量1数值60模拟量输入，反映阀门站1流量流量2数值60模拟量输入，反映阀门站2流量3.3系统软件工作流程3.3.1控制系统的组成这是一个程序控制系统，如果以计算机为控制器，其控制系统如图3.3所示。由图3.3可以看出，计算机作为控制单元，其输入信号为3个传感器发出的数值量信号以及电动阀的状态信息，输出信号则用来控制电动阀的运转。但仅采用计算机无法实现外部信号的采集以及控制信号的输出，此时需采用相应的外部设备与计算机连接，作为计算机与电动阀及各传感器进行信息交换的接口设备。这里选择三菱PLC作为接口实现信号传递，系统的信号采集与输出控制组成如图3.4所示。图3.3阀门控制系统图图3.4阀门控制系统输入/输出连接3.3.2运行策略设计系统在启动时，不需要完成特殊的操作和功能，因此可以不设置启动策略。因此，主要的系统运行策略都在循环策略中实现，设置循环策略的循环周期为200ms，按其方式，可以分为自动控制和手动控制策略。但是，手动控制和控制切换过程中需要先平衡。其执行过程如图3.5所示。图3.5监控系统总流程图3.3.3系统的画面制作与动画连接新建MCGS工程文件，命名为“油气管道监控系统”。（1）流动块的制作及动画连接该系统中有6个流动块，虽然每个流动块的功能不同，但在外形上是一致的。图3.6（a）流动块构件的属性设置窗口图3.6（b）流动块构件的属性设置窗口（2）供油阀的制作及动画连接图3.8从元件库中读取图形对象图3.9(a)供油阀的单元设置图3.9(b)供油阀的单元设置3.4组态软件与PLC通信实现设备窗口是MCGS系统的重要的组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接。在系统运行工程中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，再由实时数据库将控制命令输出到外部设备，以便进行控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时检测和对工业过程的自动控制。在单机版MCGS中，一个用户工程只允许有一个设备窗口。在系统运行过程中，设备窗口是不可见的，它在后台独立运行，负责管理和调度设备驱动构件的运行。3.4.1数据变量及PLC地址分配对照表在控制系统中有3台现场设备，因此MCGS与PLC进行数据通信时，PLC向MCGS传送的数据包括3组变量，每组含3个数值型变量、1个开关型变量。以阀门总站为例，各类型变量的名称、变量类型、特性说明及三菱PLC地址分配如表3.2所示。表3.2阀门总站中数据变量及PLC地址分配对照表变量名称变量类型初值PLC数据区地址R/W类型温度0数值型25D0只读压力0数值型2D1只读流量0数值型60D2只读3.4.2三菱PLC设备组态1.串口通信父设备与子设备的添加三菱PLC设备属于串口通信子设备，因此必须挂接在“串口通信父设备”下。在“设备管理”窗口的“所有设备\通用设备”中“”图标并双击，然后再将三菱PLC设备添加在“设备组态”窗口中，如图3.10所示。图3.10三菱PLC的添加效果2.串口通信父设备的属性设置双击图3.10中的“设备0”，即出现如图3.11的串口通信父设备的基本属性设置窗口。图3.11串口通信父设备的基本属性设置在本设计中采用是FX2N三菱PLC系列产品，在PLC的通信参数如下：波特率9600，一位停止位，偶校验，7位数据位。故本“串口通信父设备”的参数设置也是：波特率9600，一位停止位，偶校验，7位数据位。3.串口通信子设备的属性设置双击图3.10中的“设备1-[三菱Fx-485]”,进入如图3.12所示的窗口。子设备属性的设置包括“基本属性”、“通道连接”、“设备连接”和“数据处理”。（1）“基本属性”设置基本属性的设置窗口见图3.12.图3.12三菱PLC基本属性设置（2）“通道连接”属性设置所谓通道连接，就是建立数据对象与设备通道之间的对应关系。连接时，连接的设备通道与对应的数据对象的类型必须匹配，否则连接无效。在“基本属性”设置中设置好了三菱PLC的内部属性后，再单击“通道连接”标签，进入通道连接属性设置窗口，如图3.13所示。（3）“设备调试”属性设置设备调试的作用主要是检查工控机与PLC之间的通信是否正常。在“通道连接”完成，并将三菱PLC与工控机通过RS-485通信接口连接好后，就可以对三菱PLC进行设备调试了。具体操作如下：单击图3.12中的“设备调试”标签，进入“设备调试”窗口，如图3.14所示。图3.13三菱PLC通道连接效果图图3.14“设备调试”窗口在图3.14中，若“通信状态标志”对应的通道值为“0”，说明工控机与PLC之间通信正常，此时在“设备调试”窗口的“通信值”一列中，对于输入通道，显示的是经过数据转换处理后的最终结果值；对于输出通道，可以给对应的通道输入指定的值，经过设定的数据转换内容后，输出到外部设备；若“通信状态标志”对应的通道值为“非0”，说明工控机与PLC之间通信部正常，要重新对硬件连接和“基本属性”或“通道连接”属性设置进行检查，直到二者通信正常为止。第四章设计的仿真结果4.1监控系统运行结果图4.1为远程阀门监控系统运行时的截图，图（a）为阀门站1、阀门站2正常运行的截图，阀门处于开启状态，管道是导通状态。图（b）反映的是阀门站1管道经传感器测量检测出压力超标，所以阀门1关闭。同理，图（c）反映的是阀门站2管道经传感器检测出压力超标，所以阀门2关闭。图4.1（a）阀门站1、阀门站2正常运行图4.1（b）阀门站1关闭，阀门站2导通图4.3（c）阀门站1导通，阀门站2关闭4.2报警数据浏览报警显示构件专用于实现MCGS系统的报警信息管理、浏览和实时显示的功能。该构件将系统产生的报警事件显示给用户。报警显示构件在可见的状态下，将系统产生的报警事件逐条显示出来。在MCGS运行时，每条报警事件中将显示报警时间、对应的数据名、报警类型、报警事件、数据对象的当前值、数据对象的界限值和报警描述。阀门站1的报警数据如图4.4所示。图4.4阀门站1的报警数据阀门站2的报警数据如图4.5所示。图4.5阀门站2的报警数据4.3数据实时曲线实时曲线是用曲线显示一个或多个数据对象数值的动画图形，实时记录数据对象值的变化情况。实时曲线可以用绝对时间为横轴标度，此时，构件显示的是数据对象的值与时间的函数关系。阀门站1、阀门站2实时曲线显示效果如图4.6所示。图4.6实时曲线窗口4.4数据历史曲线历史表格可以实现强大的报表和统计功能，如显示和打印静态数据，运行环境中编辑数据、显示和打印动态数据、显示和打印历史记录、显示和打印统计结果等。历史曲线的工程是实现历史数据的曲线浏览。运行时，历史曲线能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图。油气管道监控系统的历史数据、历史曲线显示效果如图4.7所示。图4.7历史数据曲线窗口

结论系统监控中心通过数据传输电台对油气管线中多阀门站参数同时实时采集、对异常情况及时报警，消除了安全隐患，极大改善了我国目前油气管线监管不力的现状，系统有较强的数据处理功能，实现了数据报表的自动生成、数据库的访问、排序、查询等多种功能。系统经半年多实际运行，其性能稳定，运行可靠，人机界面友好，易操作，使用维护方便，具有很好的可扩展性和较高的实用价值。

参考文献[1]孙振强主编.可编程控制器原理及应用教程[M].北京：清华大学出版社.2005.2第一版.[2]钟肇新主编.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社.2002.[3]曹辉主编.组态软件技术及应用[M].北京：电子工业出版社.2009.1.[4]三菱机电公司编制.FX1N手册、FX2N手册、FX3U手册、FX编程手册.[5]周志敏,纪爱华编著.可编程序控制器实用技术与问答[M].北京:电子工业出版社.2006.[6]本书编委会.新型过滤器设计制造技术实用全书[M].北京:中国知识出版社.2009年1月.[7]弋东方编.电力工程通信设计手册[S].北京:中国电力出版社.1989年.

致谢在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师殷科生老师和盛旺老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，殷老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了殷在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！学生签名：日期：2011届本科生毕业设计资料第二部分过程管理资料

2011届毕业设计课题任务书系(部)：电子与通信工程系专业：通信工程及其自动化指导教师殷科生职称副教授学生姓名电眼娃娃学号2008043200班级二班课题名称基于PLC的阀门远程监控系统的设计内容及任务主要内容：远程油气管道监控系统就是为提高油气远程输送的安全可靠性而提出来的，该系统允许系统操作员通过位于监控中心的计算机终端，进行对一定区域的阀门站进行远程，具有较高的可靠性和运行效率。该系统由一个监控主站和若干阀门从站构成，主站与从站之间采用无线数传电台互连。该系统的突出特点是现场数据采集和设备控制由PLC实现。本设计采用PLC为控制核心。任务：1、熟悉PLC控制技术、通信控制、自动控制系统、交流调速、组态设计等方面的基础理论与技能，了解PLC通信控制系统设计方面的知识；2、完成该系统的硬件设计；3、完成该系统的软件设计；4、完成实物安装与系统调试运行拟达到的要求或技术指标拟达到的要求：1、充分分析与论证该控制系统的各种控制要求，提出该系统的整体设计方案。2、系统的硬件设计部分应包括硬件设计方案、I/O分配、、设备与器件的选型、必要的安全保护措施、原理电路图、布局图、接线图等；3、系统的软件设计部分包括多种控制模式的切换、各种控制流程的实现、必要的安全保护措施、功能扩展等。4、实物安装与系统调试运行，要求能在实验室和实习基地提供的设备或电脑上模拟运行，或者自己模拟组装出该系统进行调试。5、毕业设计说明书应根据实际设计内容和过程来撰写，并合乎长沙学院毕业设计说明书的各种规范。进度安排起止日期工作内容备注2010.12.6—2010.12.26查找资料、理解课题；初步确定设计思路。2010.12.27—2011.1.14确定设计方案；做好开题报告。2011.1.15—2011.4.22完成系统的全部设计、安装、调试；在设计过程中为设计书准备材料。2011.4.23—2011.5.6根据设计内容完成设计书的撰写；反复修改与批阅，最终定稿.2011.5.7—2011.5.21通过指导教师与评阅教师的评审；5月21号答辩。主要参考资料[1]孙振强主编.可编程控制器原理及应用教程[M].北京：清华大学出版社.2005.2第一版.[2]钟肇新等.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社.2002[3]西门子公司编制.S7-200中文手册.西门子公司公司产品附带资料或选购资料.[4]三菱机电公司编制.FX1N手册、FX2N手册、FX3U手册、FX编程手册.三菱机电公司产品附带资料或选购资料。[5]欧姆龙公司编制.CPM1A产品手册、CPM2A产品手册、欧姆龙PLC编程手册.欧姆龙公司产品附带资料或选购资料。[6]周志敏,纪爱华编著.可编程序控制器实用技术与问答[M].北京:电子工业出版社.2006.教研室意见年月日系（部）主管领导意见年月日

长沙学院本科毕业设计开题报告（2011届）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2011年2题目：基于PLC的阀门远程监控系统的设计结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1000字以上的文献综述。可编程控制器[1]（ProgrammableLogicController，简称PLC）作为工业控制专用的计算机，是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种生产机械或过程。具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等到一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。1.1PLC的硬件结构阀门远程监控系统的组成结构在石油、天然气远程输送管线上，大口径油气管道阀门是重要的基础设备之一，具有截止、开启、配送和调压等多种功能，一旦出现故障轻则影响管线的输送功能，重则导致管线的严重破坏甚至造成人生安全，因此对油气管道及阀门的全程状态监控显得尤为重要。远程油气管道监控系统就是为提高油气远程输送的安全可靠性而提出来的，该系统允许系统操作员通过位于监控中心的计算机终端，进行对一定区域的阀门站进行远程，具有较高的可靠性和运行效率。远程油气管线监控系统硬件组成示意图如图1所示。该系统是以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。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。参考文献：[1]孙振强主编.可编程控制器原理及应用教程[M].北京：清华大学出版社.2005.2第一版.[2]钟肇新主编.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社.2002.[3]西门子公司编制.S7-200中文手册.西门子公司公司产品附带资料或选购资料.[4]三菱机电公司编制.FX1N手册、FX2N手册、FX3U手册、FX编程手册.[5]周志敏,纪爱华编著.可编程序控制器实用技术与问答[M].北京:电子工业出版社.2006.[6]本书编委会.新型过滤器设计制造技术实用全书[M].北京:中国知识出版社.2009年1月.2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。系统选用三菱电机公司生产的FX2N-32MR作为RTU单元。智能驱动装置是引进美国Limitorque技术的SMC多回转型阀门电动装置。首先详细分析被控对象、控制过程和控制要求，熟悉了解工艺流程、调查研究、收集资料，再拟定设计方案。本系统设计的主要分为硬件设计和软件设计两个方面，还包括前期分析与整体规划、后期调试与改进、文书的编写。需要研究和解决的问题如下：1、系统整体方案的确定。根据课题要求、技术协议和通信规范，通过查找文献资料和实地调研，再分析与确定好系统整体方案，分别规划好硬件方案与软件方案。2、PLC、继电器等设备的选型。根据系统硬件方案，分析该系统的输入与输出点的数量、信号类型、电流与电压等级、保护等级、扩展需要等技术指标，并结合成本控制、市场行情等因素，完成PLC、继电器等设备的选型工作。3、通信控制箱的设计与制作。根据通信设计标准和用户操作要求，设计好通信控制箱得布局、操作面板、线槽等各方面。4、设计系统控制程序控制程序要实现对整个系统运作过程的监控，以保证系统工作正常、安全、可靠。主要包括远程控制、就地控制两个方面的控制程序，以及状态转换处理程序、故障处理程序和初始监测程序等必要的预处理和安全保护处理程序。5、系统安装与调试。6、编写必要的技术文书。包括：系统功能说明、设备选型列表、通信原理图、接线图、程序说明、用户操作说明等。3.工作进度及具体安排。1、2009年12月15日—2010年1月15日，根据任务书查找相关资料，理解课题；初步确定设计思路。2、2010年1月16日—2009年3月10日，正式确定系统设计方案，做好开题报告。3、2010年3月1