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1、毕业论文题 目 储液罐状态实时监测系统设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0605 学 生 安乐 学 号 20060403002 指导教师 孙选 二一年六月八日摘 要在食品、化工、石油等行业有大量的储液罐，需要实时监测储液罐的状态，如液位、温度、压力、容积等。本课题设计一种对多个储液罐状态实时集中监控系统，用于远程监测储液罐的状态。课题要求对115个储液罐内的液体液面高度、罐内压力、罐内温度进行实时监测，并对监测系统与现场仪表的通讯选择合适的通讯协议和通讯接口。要求监测系统对系统故障、现场仪表故障、超限等异常情况具有报警功能，并对历史数据具有记录和查询功能。本设计
2、将采用变送器作为储液罐各个参数的监测设备；监测系统与现场仪表通过RS485通讯，通讯协议为Modbus协议；监测系统软件采用MCGS组态软件形成人机界面完成工程画面的创建、数据对象的定义、动画连接的实现、越限报警、曲线显示和报表输出等功能。关键词：远程监测；通讯协议；通讯接口；人机界面ABSTRACTThere are a lot of liquid storage tanks in the food, chemical, oil and other industries, storage tanks need real-time monitoring of the state, such a
3、s level, temperature, pressure, volume and so on. The subject require design a real-time focusing on a number of tank condition monitoring system for remote monitoring of tank status. The subject require 1 to 15 tank on the liquid inside the liquid level, tank pressure, tank temperature, real-time m
4、onitoring, and select the appropriate communication protocols and communication interfaces for the monitoring systems and field instrumentation. Demands on the system failure monitoring system, field insrumentation failure, overrun and other anomalies with alarm, and historical data with the records
5、 and query. This design will use the transmitter as the parameters of tank monitoring equipment; communicate through RS485 monitoring system and field instrument, use Modbus protocol for the communication protocol; use the software MCGS which formate the man-machine interface configuration with the
6、monitoring system software to complete the project creation screen, the definition of data objects, animation connected to achieve, the more alarm limits, curve display and report output function. Key words： Remote Monitoring；Communication protocol；Communication Interface；HMI目 录摘 要IABSTRACTII1 前言12通
7、讯协议22.1通讯协议的选择22.2 Modbus简介22.3 Modbus传输方式23通讯接口33.1数据传送方式的选择33.2通讯接口的选择33.3 RS-485通信方式33.4 RS-485总线互连34监测设备44.1温度监测设备的选择44.2压力监测设备的选择44.3液位监测设备的选择45系统软件65.1组态软件监测方案65.2常用的组态软件65.3组态软件的选择65.4 MCGS嵌入版组态软件的体系结构75.5人机界面的实现75.5.1工程整体规划75.5.2创制工程画面85.5.3定义数据对象85.5.4动画连接的实现105.5.5报警显示的实现125.5.6曲线显示165.5.7
8、报表输出175.5.8安全机制195.5.9设备连接206 结 论23参 考 文 献24致 谢251 前言监控系统的发展方向是远程化和网络化，以及以管理集中化和控制分散化为特征的测控管一体化。融合网络技术、软件技术和测量技术的分布式监控系统可以应用于大范围区域的测量与控制。远程测控系统系统包含大量相互交换信息的设备，具备信号处理、优化决策和控制操作等，控制器可以分散在网络中的不同地点，管理功能则可以集中于一点，因此基于网络的分布式测控系统有着广泛的应用前景。在电力系统监控、工厂丰亨自动化、异地联合实验、实验空自动测试、教学、卫星发射、智能大厦、智能小区安全、储液罐实时监测系统等众多领域，基于网
9、络的分布式监控系统都能发挥重要作用。远程监测系统是基于网络的分布式监测系统 ，它由分散挂接在网络上的不同监测设备组成，完成过程的测量，记录，数据处理等工作，并通过网络进行数据传输，实现资源、信息共享，协调工作，共同完成复杂的测控任务1。组态软件是随着集散控制系统及计算机技术的日趋成熟而发展起来的，尤其是近几年，随着计算机网络技术的发展，使得监控设备之间的互联变得更加简便，提高了自动化工程的工作效率，减少了系统维护和升级的费用。近几年来随着我国工业的快速发展, 相对应的工业控制领域也是朝着科学化、现代化方向发展。作为其载体的现代工业控制的组态软件在我国也得到了极大的发展。在食品、化工、石油等行业
10、有大量的储液罐，需要实时监测储液罐的状态，如液位、温度、压力、容积等。本课题设计一种对多个储液罐状态实时集中监控系统，用于远程监测储液罐的状态。课题要求对115个储液罐内的液体液面高度、罐内压力、罐内温度进行实时监测，并对监测系统与现场仪表的通讯选择合适的通讯协议和通讯接口。要求监测系统对系统故障、现场仪表故障、超限等异常情况具有报警功能，并对历史数据具有记录和查询功能。本设计将采用变送器作为储液罐各个参数的监测设备；监测系统与现场仪表通过RS485通讯，通讯协议为Modbus协议；监测系统软件采用MCGS组态软件形成人机界面完成工程画面的创建、数据对象的定义、动画连接的实现、越限报警、曲线显
11、示和报表输出等功能。论文中将详细论述监测系统的功能实现，硬件、软件的选择以及人机界面的设置情况。2通讯协议2.1通讯协议的选择Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一种通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控2。因此，本设计网络通讯协议采用Modbus协议完成对各个储液罐温度、压力和液位等参数的集中监测。2.2 Modbus简介Modbus协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经何种网络进行通讯的。它描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，如
12、果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，按地址识别发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法3。2.3 Modbus传输方式控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个
13、控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。所选的ASCII或RTU方式仅适用于标准的Modbus网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据4 。因此，本设计优先采用Modbus RUT通讯协议。3通讯接口3.1数据传送方式的选择计算机和计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二中方式。由于
14、串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路的不一致而被广泛采用。因此，本设计采用串行通讯的方式进行数据传输。3.2通讯接口的选择最被人们熟悉的串行通信技术标准是RS-232、RS-422和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。RS485的电器标准与RS422完全相同，但当RS485线路空闲（即不传送信号）时，线路处于高阻（或挂起）状态这时RS485线路就可以允许被其他设备占用。根据RS485驱动芯片驱动能力的不同，一个RS485数据发送设备可以驱动32256台RS485数据接收设备。由于RS485总线通讯方式更为简单灵活，其传输速率高，距离远（不加中继器时有效传输距离可达1200m），硬件接口简单，软件易实现，性价比高等优点使得基于RS485协议的系统更适合于现场，特别是中小型数据采集和控制系统的应用。3.3 RS-485通信方式RS-485采用平衡发送和差分接受方式来实现通信：在发送端TXD将串口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接受端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线路通常采用双绞线，又是差分传输，
