天然气门站监控系统开发和关键技术研究

【摘要】：本论文所涉及的科研项目来源于某天然气门站监控系统设计。监控系统的主要功能是对门站天然气的温度、压力、流量和阀门的监控，论文主要阐述了天然气监控系统开发过程中所用到的关键技术。 论文首先阐述了门站监控系统的功能和方案，然后分别对门站监控系统的上位冗余、下位冗余、Modbus多机通信、系统时间同步和系统防雷防爆等关键点进行研究。上位监控软件使用WinCC开发，采用冗余设计，实现系统故障数据的备份和拷贝。下位数据采集软件使用STEP7开发，采用西门子软冗余设计，提高了系统的可靠性。设计开发PLC与多台流量计算机通信，解决了基于Modbus的多机通信的技术难点。 其次论文重点论述了系统可靠性建模、计算方法，比较了冗余系统与非冗余系统的可靠性指标，证明了系统采用冗余设计的必要性。最后为保证系统时钟同步，设计了GPS时钟同步的方案，解决了系统时钟同步的难点。 目前系统设计和开发已完成，并应用于某天然气门站，达到了对该门站的监控、调压的目的。 【关键词】：可靠性 多机通信 软冗余 GPS时间同步
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 选题背景及来源8
• 1.2 国内外现状8-9
• 1.3 本论文研究内容与安排9-12
• 第二章 总体方案设计和硬件系统集成12-18
• 2.1 监控系统功能要求12
• 2.2 监控系统的总体方案12-13
• 2.3 监控系统硬件集成13-17
• 2.3.1 系统硬件选型与配置13-15
• 2.3.2 系统供电设计15-16
• 2.3.3 系统防雷防爆设计16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第三章 监控系统软件开发18-36
• 3.1 上位系统功能介绍与软件开发18-24
• 3.1.1 上位系统功能要求18-19
• 3.1.2 上位系统界面规划与开发19-22
• 3.1.3 上位冗余配置与原理介绍22-24
• 3.2 监控系统下位程序开发24-31
• 3.2.1 下位功能要求与程序开发24-26
• 3.2.2 PLC 软冗余原理介绍26-28
• 3.2.3 下位冗余程序开发与硬件组态28-31
• 3.3 基于 MODBUS 多机通信程序开发31-35
• 3.3.1 Modbus 协议介绍31-32
• 3.3.2 Modbus 通信方式32-33
• 3.3.3 PLC 与流量计算机通信硬件设计33-34
• 3.3.4 通信软件设计34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 冗余控制系统的可靠性分析36-54
• 4.1 可靠性指标介绍36-38
• 4.2 系统可靠性模型38-43
• 4.2.1 串联模型38-39
• 4.2.2 并联模型39-40
• 4.2.3 并串混合模型40-41
• 4.2.4 N 中取 K 模型（k/n 模型）41-42
• 4.2.5 旁路模型42-43
• 4.3 提高系统可靠性的方法43-44
• 4.3.1 避错方法43
• 4.3.2 容错方法43-44
• 4.4 监控系统可靠性建模与分析44-53
• 4.4.1 系统可靠性建模方案45-46
• 4.4.2 无冗余系统建模与计算46-48
• 4.4.2.1 无冗余系统可靠性建模46-47
• 4.4.2.2 无冗余系统可靠性参数47-48
• 4.4.2.3 无冗余可靠性计算48
• 4.4.3 冗余系统建模和计算48-52
• 4.4.3.1 冗余系统建模48-50
• 4.4.3.2 冗余系统可靠性参数50-51
• 4.4.3.3 冗余系统可靠性计算51-52
• 4.4.4 系统可靠性结果分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 监控系统时间同步的实现54-66
• 5.1 监控系统时间同步方案54-56
• 5.1.1 监控系统时钟同步问题来源54
• 5.1.2 时间同步方法介绍54-55
• 5.1.3 系统时钟同步方案的设计55-56
• 5.2 基于 GPS 授时的接口程序开发56-62
• 5.2.1 GPS 介绍56
• 5.2.2 硬件选择与设计56-58
• 5.2.3 软件设计与实现58-62
• 5.3 上位和下位系统时钟同步的实现62-64
• 5.3.1 上位监控计算机时钟同步实现62-63
• 5.3.2 下位 PLC 时钟同步实现63-64
• 5.4 结果分析64
• 5.5 本章小结64-66
• 第六章 现场调试66-70
• 第七章 总结与展望70-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-77

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