化工液位监控系统的设计和研究

论文摘要

近年来,我国石油化工企业的自动化和信息化水平,无论在装备上、技术水平上、功能与规模上都有了较大的发展。测量和控制装置不断更新升级,数千套DCS、PLC和IPC及FCS已成为大中型石油和化工企业的主要控制手段。这些装置的应用使相应的生产信息得以在车间、乃至工厂层集成。现场总线控制系统的应用尚处于初级发展阶段。但是,国内调查显示,各化工罐区的自动化管理水平普遍很低,对于化工罐区监控系统进行改造升级迫在眉睫。采用DCS系统作为罐区监控系统存在诸多问题。冗余技术的拓展,进一步提高了系统的可靠性。新型远程I/O模块的出现为解决化工罐区监控系统硬件结构方面面临故障的难题带来了解决办法,但是该产品刚刚问世不久,还缺乏可借鉴的实际应用的经验。因此,如何设计出一套适合于化工罐区的先进的、高效的、功能齐全的、经济性好的监控系统是目前国内外工程技术人员急需解决的一个问题。本文从现场总线控制的研究开始,结合化工罐区特点和本安防爆以及安全规范,在满足用户对监控系统要求的前提下,通过OMRON公司的CSID型PLC与Siemens公司的PLC比较,我们选择了西门子公司S7-400HPLC作为下位机的现场总线控制方案,以远程分布式I/O为基础,设计了西门子PLC冗余网络系统的数据采集方式;同时对化工罐区的液位、温度、流量、压力等参数进行了采集,并利用装在上位机里的Siemens Step7 V5.3编程软件对进四种参数进行了控制;本文结合国内流行的组态软件,选择北京昆仑通态的MCGS组态软件对监控系统组态进行了研究,上位机PC和下位机PLC之间通信我们采用了工业以太网,下位机和现场层之间采用PROFIBUS现场总线进行通信。从系统的测试情况看,各项指标都达到了预定的设计要求和功能,为化工液位监控系统的控制和管理提供了方便。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 化工液位监控系统研究目的和意义
• 1.3 课题研究领域的现状与发展趋势
• 1.4 本课题研究的内容
• 2 化工液位系统简介
• 2.1 化工生产系统简介
• 2.2 化工液位系统简介
• 2.3 化工液位监控系统方案简介
• 2.3.1 过程控制系统简介
• 2.3.2 集散式控制系统DCS（Distributed Control System）
• 2.3.3 PLC控制系统
• 2.3.4 现场总线控制系统FCS（Field Control System）
• 2.4 化工液位监控系统设计
• 2.4.1 DCS、PLC、FCS三大控制系统的基本特点
• 2.4.2 化工液位控制系统的选择
• 3 化工液位监控系统硬件设计
• 3.1 化工液位监控系统设计原则
• 3.2 化工液位监控系统设计要求
• 3.3 监控系统硬件组成结构图
• 3.3.1 上位机PC机机型的选择
• 3.3.2 下位机型的选择
• 3.3.3 数据采集系统的具体设计
• 3.3.4 主PLC的冗余设计与分析
• 3.3.5 S7-400H冗余原理（备份CPU与主CPU同步建立的过程）
• 3.3.6 PLC通讯网络冗余设计
• 3.3.7 分布式远程I/O站点的设置
• 3.3.8 数据采集系统最终方案总结
• 3.4 监控系统检测元件设计
• 3.4.1 检测数据分布
• 3.4.2 传感器的选择原则
• 3.4.3 液位、温度、压力、流量传感器的选择
• 4 化工液位监控系统软件设计
• 4.1 PLC控制软件设计
• 4.1.1 液位控制软件设计
• 4.1.2 温度、流量、压力控制软件设计
• 4.2 组态软件设计
• 4.2.1 工控组态软件的种类与特点
• 4.2.2 MCGS组态软件简介
• 4.2.3 液位监控MCGS组态界面设计
• 5 化工液位监控系统通信网络组建
• 5.1 化工液位监控系统通信网络组建
• 5.1.1 化工液位监控系统上位机和下位机通信
• 5.1.2 化工液位监控系统下位机和现场层之间通信
• 5.2 化工液位监控系统硬件组态设计实现
• 5.2.1 创建项目组态S7-400H
• 5.2.2 配置硬件
• 5.2.3 系统参数设置
• 5.2.4 配置ET200M站
• 5.2.5 配置Y-Link耦合器
• 5.2.6 添加错误诊断OB块
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 撰写论文体会
• 6.3 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果