PLC控制的天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和案件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u27492PLC控制的天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和案件設(shè)計(jì)案例 119128第1章天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1309311.2監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部件的連接設(shè)置 3291681.2.1通信電纜的制作 313431.2.2電腦與PLC的連接 329836第2章天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3315942.1西門子S7-200PLC芯片的I/O端口分配 4141322.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)電腦操作界面設(shè)計(jì) 6262642.1.1選擇軟件V4.0STEP7MicroWINSP9 6297782.1.2電腦界面的設(shè)計(jì)方法 6273632.1.3系統(tǒng)的操作界面具體設(shè)計(jì) 734952.1.4人機(jī)界面的總體功能結(jié)構(gòu) 8第1章天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)天然氣調(diào)壓站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目的是對(duì)天然氣管道運(yùn)輸。中出現(xiàn)的異常和擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控以及簡單的故障修復(fù)，實(shí)現(xiàn)天然氣管道運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃?。天然氣調(diào)壓站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要采集的信號(hào)數(shù)據(jù)比較多，本系統(tǒng)采用溫度流量，濕度壓力4個(gè)數(shù)據(jù)作為模擬，嗯，采用報(bào)警裝置和開關(guān)閥門作為處理異常情況的實(shí)施裝置。用的是西門子S7-200系列的PLC作為整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的技術(shù)核心。將模塊的功能合理化，最大化的實(shí)現(xiàn)用戶的需求。該系統(tǒng)的主要軟件有西門子s7-200PLC,電腦,傳感器,開關(guān)閥門,報(bào)警儀等組成部分,是一個(gè)完全數(shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)。如下圖所示液晶觸摸屏模塊液晶觸摸屏模塊報(bào)警模塊執(zhí)行器件模塊電源模塊智能儀表模塊PLCCPU開關(guān)量輸入擴(kuò)展模塊模擬量輸入擴(kuò)展模塊隔離保護(hù)變送量圖天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)(1)PLC及I/O處理單元?？紤]到用戶的需求和調(diào)壓站的性質(zhì),我們選取西門子s7-200系列PLC來作為其控制的核心,因?yàn)槲鏖T子s7-200系列PLC本身就是帶有一個(gè)數(shù)量比較多的開關(guān)量和可考和一些模擬量I/O點(diǎn)。若PLC自帶點(diǎn)i/o點(diǎn)不夠時(shí)。我們可以使用16點(diǎn)24V直流輸入量模塊。（2）電源部分。電源采用交頻220V、50HZ的標(biāo)準(zhǔn)電壓，直流電源采用24V的電壓。交頻采用的電壓是給電腦和PLC提供電源，24伏的直流電源是給報(bào)警器和開關(guān)模塊提供電源。我們考慮了。在天然氣輸送過程中不能斷電的需求，準(zhǔn)備了后備電源，可以使系統(tǒng)在停電的狀態(tài)下運(yùn)行3~5個(gè)小時(shí)。（3）數(shù)據(jù)顯示及處理?？紤]到成本的原因，我們采用了電腦代替液晶顯示屏，將所得的數(shù)據(jù)和信號(hào)輸入電腦進(jìn)行軟件處理及顯示。（4）隔離保護(hù)部分。我們考慮到天然氣管道輸送是在多種不可預(yù)料的情況下進(jìn)行的，為了應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況，設(shè)置了良好的隔離保護(hù)部分，電源和連接裝置具有良好的防潮，防曬，防風(fēng)化等功能，在各個(gè)模塊連接之間有良好的隔離措施，避免其出現(xiàn)交叉連接的方式。

選取硬件的時(shí)候，考慮到了系統(tǒng)的安全性，可靠性與穩(wěn)定性，并且。大大降低了我們的采用成本，簡便易于維護(hù)。1.2監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部件的連接設(shè)置1.2.1通信電纜的制作我們選擇的是電腦直接連接PLC，所以選用的是編程電纜。一般的編程電纜RS232就可以實(shí)現(xiàn)電腦與PLC之間的連接。如果我們考慮成本經(jīng)濟(jì)的話，最好還是使用自制的電纜。如果采用這種方法的話，我們需要一個(gè)232轉(zhuǎn)485的模塊，一個(gè)帶串口的電腦（如果電腦不自帶串口的話，我們可以買一個(gè)轉(zhuǎn)串口）1.2.2電腦與PLC的連接電腦與PLC的連接非常簡單，使用編程電腦的話直接連接就可以了，一端連電腦的串口，一端連接PLC的通訊口。如果使用自制的電纜的話，需要提前在電腦上下載相關(guān)的PLC系統(tǒng)塊，然后電腦通過232編程電纜與232轉(zhuǎn)485模塊連接在一起，然后模塊再與485電纜連接在一起，另一端連接PLC就可以了?？紤]到嗯設(shè)計(jì)方案的復(fù)雜性與搭建的實(shí)用性，我們采用編程電纜比較簡潔。第2章天然氣調(diào)壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在PLC的基礎(chǔ)之上進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)采集處理，然后經(jīng)過PLC的內(nèi)部運(yùn)算，然后判斷天然氣管道運(yùn)輸時(shí)內(nèi)部的實(shí)時(shí)狀態(tài)是否正常。等顯示數(shù)據(jù)處于正常狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)內(nèi)部一切正常，電腦顯示實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，方便我們了解各種情況下天然氣管道運(yùn)輸?shù)臓顟B(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于不正常狀態(tài)時(shí)，我們可以通過字幕顯示數(shù)據(jù)異常和燈光報(bào)警兩種方式發(fā)現(xiàn)異常狀況。并且系統(tǒng)具有簡單的自我調(diào)節(jié)功能和執(zhí)行模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控的功能。軟件設(shè)計(jì)的主要模塊。分為采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理和。顯示數(shù)據(jù)集之后的報(bào)警處理模塊幾大部分。如下圖所示。圖天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程采集到的信號(hào)主要包括了壓力,溫度,濕度和空氣中的流量4個(gè)模擬量,收集得到這4個(gè)模擬量后。采用算術(shù)平均變換器來改變電流信號(hào),雖然我們所需要采用的是儀器內(nèi)部各個(gè)部分都自帶了一個(gè)濾波功能和對(duì)數(shù)值的設(shè)置,但我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)程序時(shí),還是會(huì)考慮采用一種算術(shù)平均濾波方法,將誤差減到最小,排除其他干擾。2.1西門子S7-200PLC芯片的I/O端口分配天然氣調(diào)壓站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)I/O端口分配如表所示。表PLC的I/O分配表I/O狀態(tài)下的數(shù)據(jù)刷新主要分為有兩種實(shí)現(xiàn)方式:一種就是對(duì)射頻采樣設(shè)備輸入中的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。PLC的機(jī)器輸入端子映像采樣是一種指將進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場的光電信號(hào)經(jīng)過機(jī)器輸入映像端子,進(jìn)行光電信號(hào)隔離以達(dá)到增強(qiáng)抗干擾器的性能后再被送入采樣緩沖器,當(dāng)每次PLC采樣進(jìn)行一次輸入端子映像再次采樣時(shí),直到采樣緩沖器文件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容被自動(dòng)傳遞發(fā)送給一個(gè)PLC的機(jī)器輸入端子映像采樣寄存器,每次進(jìn)行采樣之后PLC從機(jī)器輸入到的映像采樣寄存器中被自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)并發(fā)出傳送到各個(gè)機(jī)器輸入映像節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài),因此采樣輸入到的映像采樣寄存器文件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容只有在每次進(jìn)行采樣時(shí)才被自動(dòng)發(fā)送給各個(gè)機(jī)器。輸入的映像信號(hào)必須一致,其他幀的時(shí)候在輸入的兩個(gè)映像信號(hào)寄存器中的內(nèi)容也必須始終保持恒定:二個(gè)就是在刷新時(shí)輸出的映像信號(hào)。PLC在接受讀出輸入后自動(dòng)開始執(zhí)行一個(gè)輸出用戶程序,將一個(gè)輸出運(yùn)算映像結(jié)果發(fā)送至一個(gè)新的輸出運(yùn)算映像結(jié)果寄存器,在每次讀入輸出運(yùn)算用戶程序刷新完成后對(duì)其輸出進(jìn)行一次輸出刷新,將一個(gè)輸出運(yùn)算映像結(jié)果寄存器和其中的一個(gè)輸出運(yùn)算映像結(jié)果發(fā)送至另一個(gè)新的輸出鎖存器,再通過一個(gè)輸出輸入驅(qū)動(dòng)端子電路發(fā)送至另一個(gè)新的輸出驅(qū)動(dòng)端子減輕驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載。與當(dāng)前輸入相類似,只有在當(dāng)輸出被再次刷新的那個(gè)時(shí)候,它們當(dāng)前輸出的輸入狀態(tài)才開始發(fā)生了重大改變,刷新后的輸出狀態(tài)仍然需要我們繼續(xù)刷新維護(hù)它一直到發(fā)生下一次輸出刷新。由于通常實(shí)際情況下,PLC每次掃描的時(shí)間周期非常短(這主要還是依賴于我們編譯整個(gè)程序的時(shí)間長短和每次掃描的效率),每次I/O的每個(gè)掃描時(shí)間之間的周期間距非常小,故我們通常可以直接確定它的每次輸入和每個(gè)輸出值的及時(shí)性。2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)電腦操作界面設(shè)計(jì)2.1.1選擇軟件V4.0STEP7MicroWINSP9V4.0

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SP9是專門用于西門子S7

200系列的編程軟件，應(yīng)用極其廣泛和普遍。這個(gè)軟件用于用于各種PLC的領(lǐng)域。比較好的，運(yùn)行了程序，實(shí)現(xiàn)了程序的功能，可以將采集的數(shù)據(jù)通過程序的運(yùn)行，比較好的的呈現(xiàn)在電腦上面，簡單易操作是比較適合本系統(tǒng)的一種軟件。2.1.2電腦界面的設(shè)計(jì)方法電腦顯示頁面的主要目的是為了將采集的數(shù)據(jù)有信號(hào)有效的快速的處理，并且將其以。通俗易懂的方式顯示出來。我們采用的軟件的人機(jī)顯示界面有很多種顯示方式，通常我們習(xí)慣采用的電腦顯示方式有以下兩種方式:（1）菜單界面設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的最終目的之一是要將數(shù)據(jù)采集處理后顯示于電腦之上，可以實(shí)時(shí)觀測到天然氣管道運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)狀態(tài)，這個(gè)模塊是系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)模塊，市面上大部分的PLC設(shè)備產(chǎn)品以及應(yīng)用PLC組件的產(chǎn)品都在使用菜單界面設(shè)計(jì)，它的實(shí)用性非常高，而這種界面設(shè)計(jì)有幾個(gè)設(shè)計(jì)要求:a．顯示頁面結(jié)構(gòu)安排合理，層次鮮明。b．主次分明，菜單標(biāo)題應(yīng)該具有概括整個(gè)系統(tǒng)的主體功能的重要作用,例如第一層菜單就是可以將其命名成為一個(gè)主菜單,來有效地反應(yīng)這個(gè)系統(tǒng)的所有基本功能。c．布局合理，將數(shù)據(jù)的采集按照時(shí)間的先后順序依次排列，如果產(chǎn)生異常的情況，可以單獨(dú)列出一個(gè)菜單來存放。d．為了使菜單的使用更加便捷，我們應(yīng)該設(shè)置熱鍵和加速鍵，讓數(shù)據(jù)的采集與處理，更加高效。e．對(duì)于按鍵菜單項(xiàng)的每個(gè)按鍵點(diǎn)擊位置則在進(jìn)行按鍵點(diǎn)擊選取時(shí),要注意設(shè)置一個(gè)關(guān)于反饋鍵的標(biāo)記,例如為了在需要選中一個(gè)按鍵菜單項(xiàng)的前面直接添加"√"。（2）圖形界面設(shè)計(jì)方式除了有關(guān)菜單接口設(shè)計(jì)的以外,在PLC的自動(dòng)化控制管理系統(tǒng)中,我們常常也會(huì)選擇使用一種圖形接口進(jìn)行設(shè)計(jì)的方式,這種圖形接口進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一就是它可以很直觀形象地表達(dá)和顯示出數(shù)據(jù)變化,十分直觀。2.1.3系統(tǒng)的操作界面具體設(shè)計(jì)菜單界面設(shè)計(jì)和圖形界面設(shè)計(jì)從本質(zhì)上是一樣的，只是這兩個(gè)設(shè)計(jì)方式的表達(dá)方式不一樣，都可以滿足本系統(tǒng)的控制需求，而本系統(tǒng)需要的界面，需要直觀的體現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)值大小和數(shù)值的變化，而V4.0

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SP9軟件則比較好的結(jié)合了這兩種功能，既有數(shù)值的具體大小，也有圖形的變換，十分清楚直觀的可以了解到天然氣管道運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)狀態(tài)，而且操作簡易。

PLC處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以后，在電腦上通過軟件顯示出來的數(shù)據(jù)達(dá)到我們所需要的的要求標(biāo)準(zhǔn)，我們也可以創(chuàng)造多個(gè)設(shè)計(jì)頁面，實(shí)現(xiàn)信息功能之間的交互，并且通過與PLC的連接，實(shí)現(xiàn)信息顯示，具體設(shè)計(jì)如下:（1）界面的可視化設(shè)計(jì)界面的設(shè)計(jì)是合理的布局，比較直觀的可以觀察到數(shù)據(jù)的變化和數(shù)值的大小，各個(gè)按鍵。根據(jù)功能的不同設(shè)計(jì)不同的畫面。（2）設(shè)定變量在電腦端設(shè)置各個(gè)變量的數(shù)值，在PLC的各個(gè)單元內(nèi)建立聯(lián)系，讓PLC的控制及各個(gè)數(shù)量的輸入輸出之間形成緊密的聯(lián)系。（3）根據(jù)PLC的通信參數(shù)設(shè)定電路來確定電腦和PLC的通信（4）系統(tǒng)通過自動(dòng)化的編程,參數(shù)設(shè)置、輸入、輸出信號(hào)及故障檢測查詢等都是由硬件進(jìn)行控制,而且軟件之間的連接較少,能夠有效地減少硬件中的故障事件,對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較大的提升。2.1.4人機(jī)界面的總體功能結(jié)構(gòu)人機(jī)界面總體功能結(jié)構(gòu)如圖所示。圖人機(jī)界面總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)置的頁面如上圖所示，其中主菜單有著本系統(tǒng)的基本功能，并且能夠完成對(duì)各個(gè)子頁面的調(diào)用，主菜單下面有輸出動(dòng)作子界面參數(shù)設(shè)置界面，實(shí)時(shí)顯示子界面，歷史數(shù)據(jù)子界面4個(gè)子界面。輸出動(dòng)作自切面的作用是控制多個(gè)閥位的開關(guān)，是數(shù)據(jù)顯示處理后的結(jié)果動(dòng)作。參數(shù)設(shè)置子界面是變量的設(shè)置。而實(shí)時(shí)顯示子界面是對(duì)采集的數(shù)據(jù)處理后的顯示。歷史數(shù)據(jù)直接面試，顯示數(shù)據(jù)。變化前和變化后的對(duì)比顯示。2.1.5主要功能界面設(shè)計(jì)1、啟動(dòng)V4.0

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SP9在電腦上安裝好v4.0step7microwinsp9軟件后即可開始啟動(dòng),輸入自己的注冊(cè)碼,然后再次點(diǎn)擊選擇新建的文件,這時(shí)會(huì)彈出的界面如圖8所示。在這里我們就可以通過新建一個(gè)文檔來放置我們自己設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面。2、設(shè)置工作參數(shù)我們可以想到如何正確利用hihitech'adpv6.0軟件接口進(jìn)行人機(jī)編譯軟件接口現(xiàn)在觸摸屏的這種人機(jī)交互操作界面,就必須根據(jù)自己所在的需要進(jìn)行選擇的接口元件,設(shè)定并輸出良好的人機(jī)工作環(huán)境參數(shù)。本文主要分析選取的產(chǎn)品是德國西門子S7-200PLC。則該計(jì)算參數(shù)的取值的正確設(shè)定計(jì)算方式。然后我們按照下列要求設(shè)置參數(shù)：輸入應(yīng)用名稱，我們輸入基于PLC的天然氣調(diào)壓站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。然后選擇必要的人機(jī)交互界面類別和型號(hào),將其直接拖入到工程框架窗口中。在這里我們首先選用ap1600mono。選定一個(gè)所有需要對(duì)它進(jìn)行手動(dòng)連線的文件PLC連線類型,拖到連線工程師的結(jié)構(gòu)窗口里。在此我們讓你可以直接選擇所有你需要的命名PLC文件種類及其PLClS7-200圖文件設(shè)置界面圖一般工作參數(shù)設(shè)置界面3、主菜單界面軟件啟動(dòng)的時(shí)候，我們一般先進(jìn)入主菜單界面，調(diào)試到主菜單幾個(gè)子界面，控制按鈕調(diào)整實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的子界面，觀察用戶的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，也可以觀察過往數(shù)據(jù)，與實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)作出對(duì)比，看是否發(fā)生異常。4、輸出動(dòng)作界面設(shè)計(jì)在輸出的時(shí)候，我們可以看見各種數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)和圖形變換圖輸出動(dòng)作界面5、參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計(jì)參數(shù)界面設(shè)置需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來設(shè)定參數(shù)，我們?cè)谧霰鞠到y(tǒng)的時(shí)候，盡量以簡潔易做實(shí)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)，給壓力溫度，流量，濕度，4個(gè)模擬量設(shè)置一個(gè)簡單易操作的參數(shù)，時(shí)期可以較為簡便的在顯示界面顯示出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模擬出監(jiān)控天然氣管道傳輸?shù)母鳡顟B(tài)。6、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁面設(shè)計(jì)的主要功能就是時(shí)隨時(shí)隨地的顯示此刻天然氣運(yùn)輸管道的狀態(tài)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)主要是顯示它的溫度，濕度，壓力，流量測量這4個(gè)數(shù)據(jù)在工作站中的實(shí)時(shí)變化。將這些數(shù)據(jù)變化通過趨勢(shì)圖和數(shù)據(jù)表顯示在界面上，供我們觀察監(jiān)控，更加清楚地了解到天然氣管道運(yùn)輸時(shí)候的具體情況和具體狀態(tài)。7、歷史數(shù)據(jù)界面設(shè)計(jì)歷史數(shù)據(jù)此頁面是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)頁面。它的核心功能就是將曾經(jīng)出現(xiàn)顯示的數(shù)據(jù)收集整理并進(jìn)行分析，并且儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)用于對(duì)比實(shí)時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將這些歷史數(shù)據(jù)收集以后，與現(xiàn)在的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，會(huì)有一個(gè)非常明顯的差距，讓我們清楚地知道，當(dāng)天然氣管道運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)異常或者變化的時(shí)候，會(huì)有怎樣的一個(gè)數(shù)據(jù)之間的差異，而這種差異會(huì)以趨勢(shì)圖的形式展現(xiàn)出來，非常直觀的可以看到，歷史數(shù)據(jù)子子統(tǒng)計(jì)頁面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁面的差距很小，在細(xì)微方面有一點(diǎn)差別，就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是不斷變化的，歷史數(shù)據(jù)是固定的，因?yàn)閷?shí)時(shí)數(shù)據(jù)是不斷變化的，所以它才能體