基于PLC的天然气集气站站控系统研究与开发

摘要

集气站是天然气集输系统中的一个重要环节。当前，在集气站处理天然气的过程中，存在生产工艺数据管理混乱、与其他系统之间信息交互困难及生产管理效率低下等问题。为此，本课题针对集气站所处环境恶劣、现场设备复杂多样等特点，围绕站控系统的切实需求，对天然气集气站站控系统及其关键实现技术进行了较深入的研究，并以SIMENS S7-300系列PLC为核心，开发了相应的站控系统。
　　首先，在分析了国内外气田自动控制技术研究现状和发展趋势的基础上，针对集气站站控系统的功能需求及集气站内工艺特点，提出了包含现场设备层、过程控制层、管理应用层的基于PLC的天然气集气站站控系统的三层体系结构。在系统体系结构的基础上，规划了站控系统的硬件结构，并设计了PLC控制系统软件和上位机监控软件的实现方案。
　　然后，针对系统所涉及的天然气流量计量和集气站与采气厂的数据集成两个关键技术进行了较深入的研究。针对集气站出站口天然气的流量计量精度要求高的特点，基于西门子S7-300 PLC实现了天然气流量的实时计量，该计量方法构建了基于孔板流量计的天然气流量计量模型，并在此基础上设计了PLC流量计量程序及PC人机界面，通过在PLC中运行天然气流量计量算法，实时的计算天然气的瞬时流量。针对气田分布范围宽广、大部分集气站的生产信息处于离散的状态及生产信息数据量大的特点，提出了基于 OPC的集气站与采气厂的数据集成方案，该方案利用OPC技术规范，构建了数据集成的体系结构，通过OPC接口完成OPC客户端从OPC服务器存取数据，实现不同监控系统之间实时数据交换。
　　最后，在以上研究基础之上，开发了基于PLC的天然气集气站站控系统，并在企业试验应用。试验应用表明，本系统实现了对集气站的集中监控，满足了集气站生产和管理的需要，有效提升了监控室对作业区生产状况的监控和管理能力，具有较强的实用性、适应性和扩展性。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外相关研究现状

1.3 论文的研究目的和内容

1.4 本章小结

2 基于PLC的天然气集气站站控系统分析与总体方案设计

2.1 基于PLC的天然气集气站站控系统分析

2.2 基于PLC的天然气集气站站控系统总体方案设计

2.3 本章小结

3 基于PLC的天然气集气站站控系统详细设计

3.1 设计说明

3.2 硬件设计方案

3.3 软件设计方案

3.4 本章小结

4 基于PLC的天然气集气站站控系统关键技术研究

4.1 基于西门子S7-300 PLC的天然气流量计量方法

4.2 基于OPC的集气站与采气厂的数据集成方案

4.3 本章小结

5 基于PLC的天然气集气站站控系统开发与应用

5.1 PLC控制系统软件的开发

5.2 上位机监控软件开发

5.3 系统测试与应用效果

5.4 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果

C. 作者在攻读学位期间获得的奖励目录