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1、 基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计Design of Smart Monitoring System Based on Touch Screen for Natural Gas Pressure Regulating Station 基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计 摘 要该设计主要是关于天然气调压站的工作原理及由西门子公司开发的S7-200PLC芯片和HITECH触摸屏实现的智能监控系统设计。系统通过实时监测调压站关键部位的压力、压差、阀位和流量等主要参数，在友好的触摸屏人机界面上及时反映天然气调压站的实际工作状况，并作用于执行机构进行
2、实时调整，确保供气系统安全、稳定及高效运行。研究了如何实现友好人机界面的设计，并设计主菜单、数据显示、动作控制、时间设置和参数设置等界面。而且系统可以通过本地触摸屏和远程网络两种方式进行实时监控，并为上位机预留了标准的Modbus通信接口，便于系统远程网络化控制和管理。关键词触摸屏；可编程序逻辑控制器；监控系统；天然气调压；人机界面Design of the Monitoring System Based on Natural Gas Regulator Station Smart Touch Screen Abstract：The design is implemented on the w
3、orking principle of the natural gas regulator station and developed by Siemens S7-200PLC chip and Hitachi touch screen intelligent monitoring system. The main parameters of the system by real-time monitoring of pressure regulating stations for key parts of the pressure , differential pressure , valv
4、e position and flow reflect the actual working condition of the natural gas regulator station in time for the friendly touch screen interface , and the role of real-time adjustments to the implementing agencies to ensure safe, stable and efficient operation of the gas supply system . Examining how t
5、o achieve a friendly man-machine interface design , and design of the main menu , the data show that the motion control, time setting and parameter setting interface . And the system can be two ways for the local touch screen and remote network for real-time monitoring and reserved for the host comp
6、uter with standard Modbus communications interfaces for remote network control and management .Key words: Touch screen; PLC; monitoring system; natural gas regulator; man-machine interII 目 录1 引言11.1 课题背景以及意义11.2 天然气调压站智能监控系统的国内外研究现状12.2 天然气调压站智能监控系统的主要硬件组成部分22.3 监控系统各个部件的连接设置42.3.1 通信电缆的制作42.3.2 电脑与
7、触摸屏的连接52.3.3 触摸屏与PLC连接53 天然气调压站智能监控系统的软件系统设计63.1 西门子S7-200 PLC芯片的I/O端口分配73.2 智能监控系统触摸屏操作界面设计73.2.1 选择编译软件ADP6.073.2.2 触摸屏界面的设计方法73.2.2 系统的操作界面具体设计83.2.3 人机界面的总体功能结构93.2.4 主要功能界面设计93.3 S7-200 PLC芯片通信协议（MODBUS协议）133.3.1 MODBUS协议应用（主从模式）133.3.2 MODBUS协议概述133.3.3 通信协议设置134 主要的抗干扰措施144.1 抑制电源系统引入的干扰144.2
8、 正确选择接地点，完善接地系统154.3 触摸屏的抗干扰措施15结束语16参考文献17致谢181 引言1.1 课题背景以及意义天然气调压站是城市天然气输送系统的核心之一，而天然气调压站智能监控系统是天然气调压站的重要组成部分。集中监控与管理天然气输送系统的各项压力参数指标在整个系统中占着极其重要的地位。随着网络技术的普遍应用，天然气调压目标的智能远程监控也成为天然气调压站的一个重要方向。良好的监控系统可以极大地降低工作人员的劳动强度，提高工作效率，提高天然气供应的稳定性和可靠性1。 可编程逻辑控制器(PLC)和日立触摸屏应用在天然气调压站智能监控系统中2，其稳定性及抗干扰性相对于计算机控制系统
9、有较为明显的优势，体积小、使用方便、便于维护等都是PLC的优点。日立触摸屏以其易于操作、坚周耐用、反应速度快、节省空间等优点，使其在工业控制领域得到了广泛应用，解决了很多计算机所无法解决的问题。正是由于触摸屏与PLC拥有许多其他工业自动控制元件所没有的优点,所以本设计才会使用日立HITECH触摸屏与西门子S7-200PLC芯片为基本应用元件的天然气调压站智能监控系统开发研究。1.2 天然气调压站智能监控系统的国内外研究现状世界能源结构的发展趋势是向低碳化演变、最终向无碳化发展。到21世纪40年代,天然气在世界一次能源消费结构中的比例将超过石油,成为第一能源。天然气是一种优质的清洁能源，发达国家
10、天然气在能源结构中的战略地位早已确立。天然气市场的发展取决于资源保障、运输能力、价格、用户(消费)以及政策法规五大要素。其利用领域极为广泛，诸如化学工业原料、工业燃料、商业及民用燃料、汽车燃料、集中供热与发电等，是主要的一次性消耗能源之一。目前世界天然气正处于由区域市场向全球市场过渡的发展阶段。国外天然气有以民用和商用为主以及以发电为主两种基本模式,发电将成为天然气利用的发展趋势。对于天然气的利用，国外已经形成了一套专业成熟的开发研究利用方法。天然气的利用与本地区的经济、技术、居民收入和环保的发展水平密切相关。鉴于天然气有自身固有的特点,发展利用天然气需要从实际出发，发达国家在天然气调压站智能
11、监控技术的研究中有着一定的优势，相对完善的系统值得我们去学习。在国内，虽然在天然气相关研究上落后于外国，但是随着电子技术、自动控制等技术的发展，带动了天然气调压站智能监控系统相关技术的发展。在国内，对于天然气输送的智能化、自动化研究已经有了很大的发展，特别是对于触摸屏与PLC的相关应用系统的开发让我们得到了很多经验。到了现在，我们已经具备相关的电子器件与软件知识基础，可以自己独立完成天然气调压站智能监控系统设计了。所以研究天然气调压站智能监控系统是一个很有意义的工作，不但提高工作效率，消除安全隐患，还能产生更大的经济效益。有了这样的市场需求自然就要有相关的产品来满足人们的需要，所以天然气调压站
12、智能监控系统的开发已经是相关技术发展和市场需求的必然结果。2 天然气调压站智能监控系统的硬件系统设计2.1 天然气调压站智能监控系统的基本原理天然气调压站智能监控系统一般由调度中心计算机管理系统、调压站、区域调压站及数据通信网络系统等构成，是一个大型的集中管理、统一调度且分散控制的计算机网络监控系统。其中智能监控系统的主要任务是完成对站区内的各种电子设备、智能仪表的监控和管理3，同时负责将有关信息上传给调度控制中心，并接受和执行其下达的命令。对调压站智能监控系统的功能要求一般包括：根据监测数据对管网进行负载平衡控制；远程压力调节；根据用户的消耗量来调整供气量；向调度中心上传数据参数；限流等。完
13、整的天然气调压站自控系统一般包括调压系统和限流、调流系统两个部分。调压系统的作用是调节门站出口压力，为下游用户提供压力稳定的气源，并与限流、调流系统和计量系统一起，限定下游用户的用气流量及在用户达到预定的用气量之后切断气源。调压系统包括工作调压器、监控调压器、切断阀、放散阀和相应的管道阀门，根据使用环境和用户要求的不同通常采用“一用一备”或“两用一备”方式进行管路设计。限流、调流系统通过远程改变调压器指挥器的压力设定值来达到限制流量的目的，目前国内使用较多的是LC-21远程压力调节马流量控制系统，该系统由电一气执行机构及控制器两个主要部分组成。电一气执行机构由天然气压力储罐、差压调压器、增压电
14、磁阀、泄压电磁阀、放散阀、手动压力疏水阀、压力变送器、压力表及相应的隔断阀组成。控制器接收来自流量计算机的流量信号，并与控制器内预先设定的流量限定值比较，若实际流量低于设定值，则系统不动作；若实际流量高于流量限定值，则系统动作，远程降低调压器的设定压力，从而达到限定流量的目的。2.2 天然气调压站智能监控系统的主要硬件组成部分天然气调压站智能监控系统的设计目标是实现对调压站内各关键部位参数的全天候连续实时采集和处理，实现调压站安全、可靠且经济运行。智能监控系统需要采集的控制参数较多，既有进出口的压力、温度、压差以及阀位、气体泄漏报警等模拟量信号，也有回讯器、切断阀和电动球阀等开关量信号，还有来自体积修正仪智能仪表的数字信号。经过对系统需求的认真分析和对各种控制工具的反复比较，本系统选用功能强大、抗干扰性能好、使用维护方便且参数设置修改灵活的日立触摸屏和西门子S7200系列PLC作为控制核心4，合理配置功能模块，实现系统的功能需要。 系统硬件主要有西门子S7-200PLC芯片、工业计算机、I/O处理模块、信号变送器、电源、日立大尺寸液晶触摸屏和执行机构等部分组成，是一个典型的智能化数字监控系统。如图1所示。 图1 天然气调压站智能监控系统硬件结构（1） PLC及I/O处理部分。结合调压站功能需要，控制系统选用西门子S7200系列PLC作为控制核心(根据各调压
