PDF《化工罐区监控系统的》

武汉理工大学硕士学位论文 I (申请工学硕士学位论文) 化工罐区监控系统的 设计与研究 培养单位:自动化学院学科专业:控制理论与控制工程 研究生:涂铮指导老师:周新民副教授

2006 年5月化工罐区监控系统的设计与研究涂铮武汉理工大学武汉理工大学硕士学位论文 II 分类号 密级UDC 学校代码

10497 学位论文题目化工罐区监控系统的设计与研究 英文Design and Research on the Chemical Tank 题目Farm'

s Supervisory System 研究生姓名 涂铮姓名 周新民 职称 副教授 学位 单位名称 自动化学院 邮编

430063 申请学位级别 硕士 学科专业名称 控制理论与控制工程 论文提交日期 2006.

4 论文答辩日期 2006.5 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人

2006 年4月指导教师 武汉理工大学硕士学位论文 III 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 用尚处于起步阶段,并已有所进展.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和升级就迫在眉睫.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的出现为解决 化工罐区监控系统硬件结构方面目前面临的难题带来了希望,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. 本文从现场总线的研究开始,结合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,通过方案的比较,以远程分布式 I/O 为基础, 研究并设计了 PLC 冗余网络系统的数据采集方式;

并且结合国内流行的组态软 件,对上位组态以及 WEB 发布功能进行了研究. 本文

第一章介绍课题研究的背景目的及意义;

第二章讨论现在兴起的现场 总线技术,分析现场总线的特点,着重介绍 Siemens 公司的 PROFIBUS 现场总 线.

第三章介绍有关防爆知识以及本安现场总线控制系统的设计;

第四章结合 课题相关要求完成数据采集系统的设计;

第五章完成系统监控软件的设计;

最后 是总结. 关键词:西门子 S7-400H,PROFIBUS,现场总线,远程防爆 I/O 站,WEB 发布 武汉理工大学硕士学位论文 IV Abstract In recent years, our country petrochemical industry enterprise'

s automation and informationization level, regardless of in the equipment, the technical level, the function and the scale, has larger development. Measurement and control devices continuously updates.And several thousands of sets of DCS, PLC and IPC have become the main control scheme in the large and middle scale petroleum and the chemical enterprise. The applications of these installments enable the corresponding production information integrated in the workshop, even in the factory level. The application of Fieldbus Control System is still in its infancy, and has made progress. However, the domestic investigation reveals that, the automatic management level of the chemical tank farm is generally low. It is urgent to transfer and update the chemical tank farm supervisory system. Applying DCS system to the oil tank farm supervisory system has many problems. The development of the redundant technology has further enhanced the system reliability. The appearance of new remote I/O brings the hope to solve the difficult problem on the supervisory system'

s hardware structure.However, this product just comes out, and we lack the actual application experience which might profit from. Therefore, how to design a good supervisory system which is suit for the tank farm, advanced, high-efficient, multiple functional, becomes more and more urgent. And domestic and foreign engineers and technicians are committed to resolving this issue at present. This article starts from the research of field bus. Then it analyzes the tank farm'

s characteristic and intrinsic-safe and explosion-proof as well as the security standard. By comparising several schemes, the article studies and designs the PLC redundant network including the data gathering system based on the remote distributed I/O. In addition, the article researches the upper configuration and the WEB publishing function connecting with the domestic popular configuration software. Chapter

1 introduces the research background and significance;

Chapter

2 武汉理工大学硕士学位论文 V discusses the fieldbus technology and analyzes the characteristic.In this part the article emphasisly introduces Siemens'

s PROFIBUS;

Chapter

3 introduces the related intrinsic-safe and explosion-proof knowledge of this fieldbus control system;

Chapter

4 finishes the design of data collecting system correlated with the demand of the subject;

Chapter

5 completes the design of the supervises and control system;

It is a summary chapter. Key word: Siemens S7-400H, PROFIBUS, Fieldbus, remote distributed and intrinsic-safed I/O, WEB publishing 武汉理工大学硕士学位论文 VI 目录第1章绪论.1 1.1 课题概述.1 1.1.1 课题研究的背景

1 1.1.2 课题研究的目的和意义

2 1.2 课题研究领域的现状与发展趋势.3 1.3 本课题研究的内容

4 第2章现场总线技术.6 2.1 现场总线技术简介

6 2.1.1 现场总线的定义.6 2.1.2 现场总线技术特点.6 2.1.3 现场总线的主要形式.8 2.1.4 设计现场总线控制系统时应注意的问题.9 2.2 PROFIBUS 现场总线技术要点.11 2.2.1 PROFIBUS 现场总线概述

11 2.2.2 PROFIBUS 协议结构

11 2.2.3 PROFIBUS 的技术优势

12 2.3 本章小结.12 第3章现场总线系统防爆技术.14 3.1 本安防爆技术简介

14 3.1.1 爆炸性气体环境危险区域划分.14 3.1.2 电气设备的本质安全防爆技术.15 3.2 本质安全现场总线系统结构

16 3.2.1 本质安全现场总线系统的结构特征.16 3.2.2 本质安全现场总线系统认证技术.16 3.2.3 本质安全现场总线系统设计的总体要求.17 3.3 现场总线防爆技术方案

18 3.4 本安型远程 I/O

18 武汉理工大学硕士学位论文 VII 3.4.1 本安型远程 I/0 的特点.19 3.5 本章小结.19 第4章数据采集系统的设计及研究.21 4.1 化工罐区监控系统的设计原则

21 4.2 监控系统的设计要求

21 4.3 数据采集系统的网络设计方案

23 4.3.1 系统网络设计选择.24 4.3.2 数据采集系统的具体设计.29 4.3.3 主PLC 的冗余设计与分析.30 4.3.4 PLC 通讯网络冗余设计

33 4.3.5 分布式远程 I/O 站点的设置.35 4.3.6 数据采集系统最终方案总结.39 第5章上位监控系统的设计.41 5.1 上位监控系统完成的功能.41 5.1.1 上位监控系统的结构.41 5.2 监控层上位机工控组态软件设计.42 5.2.1 CITECT 软件简介

42 5.2.2 CITECT 组态软件完成的功能

46 5.2.3 CITECTSCADA 工程 WEB 发布关键技术

51 5.2.4 CITECTSCADA 的冗余

60 5.3 下位网络配置与组态

63 5.4 本章小结

68 第6章结束语.70 6.1 全文总结.70 6.2 心得体会.71 6.3 进一步工作展望

71 参考文献.72 致谢.74 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文.75 武汉理工大学硕士学位论文

1 第1章绪论1.1 课题概述 1.1.1 课题研究的背景 改革开放以来,我国石油化工行业的工业增加值、销售、利润、利税均占 全国工业之首.石油化学工业是国民经济的重要支柱产业,为国民经济各部门 提供能源和基础原材料及配套产品,在经济建设、国防事业和人民生活中发挥 着极其重要的作用.为了满足这一要求,各国纷纷建立起为数众多的工厂来生 产相关的产品.这类工厂有一个共同的特点就是其生产现场存在着潜在的爆炸 危险.而在这些工厂中,从事原油加工的炼油企业处于 龙头 的地位,因其 要为其它的工厂提供生产所需的各种原料. 由于在油品的运输及存储过程中........