矿区加油站监控管理系统毕设6月5日

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）10前言矿区自用加油站监控系统自动化水平较低，一般是由模拟器件（开关、指示.灯、指示仪表等）组成的模拟式控制屏，这种控制方式主要依赖于手工操作，存在的问题有监控画面粗糙、信息不全面、数据统计量大、误差大、系统升级成本较大、经营模式落后、财务制度不全面等。针对这些问题，本文提出用上位机监控软件和下位机PLC组成加油站.的监控管理系统，系统同时使用IC卡管理方式、人机界面现场操作的设计方案。本系统选用上、下位机控制方式并结合了PLC、上位机软件和IC卡应用等关键技术，上位机以PC机作为系统核心，配合读卡器；下位机以西门子S7-200系列PLC为核心，配合人机界面，控制终端执行机构（泵、阀、流量计），充分发挥各自长处，经通讯后构成一个完整的加油站监控管理系统，完成了.加油站日常监控工作、规范管理等功能。矿区加油站监控管理系统21绪论1.1课题背景因为人民生活水平正在不断提高，社会经济正在稳步发展，石油已然成为与人们生活息息相关的一种资本。随着科学技术的不断进步，不管是企事业单位对车辆用油的控制，还是石油经销企业对加油站的监控管理，都在由粗放型向集约型而改变。在当今计算机技术囊括全世界的时代，计算机技术毫无疑问的将成为加油站的规范治理、提高效率、节省成本的有效方法。国内普通加油站的控制管理模式并不适用于矿区加油站，这是由于矿区加油站自身的工作方式以及矿区的特殊工作要求决定的。[1]从文献及资料上看来，现有的加油站监控管理系统并没有对露天矿区生产特点及要求进行酌量，不能满足矿区加油站的现场特殊要求。比如矿区加油站除收费管理、IC卡信息管理之外，尚有量进出油的监控管理、加油设备保护和系统改造升级等问题。社会上利用IC卡技术的各种信息管理系统虽然已经趋进成熟，但是适用于矿区加油站的自动化收费以及监控管理系统尚未广泛普及。露天矿区内，大型机械比较多，耗油量巨大，每次加油时间较长，而且随着矿物开采和掘进，要求加油站机动性强，可以随时搬迁。是以，普通加油站的功能基本不能满足矿区的工作要求，并且设备存在很多问题，设备陈旧落伍，主要依托人工操作，财务以及日常管理混乱。1.2国内外发展近况当今世界,石油化工产业的自动化程度不但是石化企业现代化的首要标志,更是剧烈角逐的市场机制下创收的强力的方式,国际自动化的发展程度不光一直在深化生产过程自动化、辅助设施自动化和经营管理自动化,并且正在往过程控制技术和信息管理技术互相结合的总体自动化方向而发展。在国外，自动化加油站技术研究起步较早，技术更成熟，自动化水准更高。近年来，我国在自动化设备配置、技术、功用以及规模等方面都有明显提升，测量和控制装置不断更新换代，操作水平也从手工操作升级到自动化控制，从最低级的单回路控制体系逐步发展到高级的复杂系统控制回路体系，再到管控一体化。可在石油化工产业，各企业的发展严重不均衡，不同规模的企业的自动化水平差距巨大。1.3研究内容及目标每一个矿区的加油站有很多，但管理系统基本相同，要考虑到用户及现场条件的需求，系统把计算机和PLC作为核心设备，与其他终端设备和执行机构进行配合，共同完成了矿辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3区加油站日常工作需要的操作，以数字监控系统取代了原来的模拟屏监控，利用人机触摸屏进行直接操作，利用报表技术取代了人工记录、统计工作。针对矿区加油站的实际情况和具体要求，结合成熟的技术和先进的电器设备，设计了一套矿区加油站监控管理系统。本文的主要研究内容有：（1）系统整体方案的设计；（2）控制系统硬件设备选型；（3）系统上位机、PLC和触摸屏软件设计；（4）IC卡和加油数据安全性考虑；首先我们需要进行上位机监控管理系统软件的设计：包含选取适合的编程软件，设计上位机系统的监控管理软件，能对进出油及时监控、能对数据进行管理和存储、能对IC卡进行管理，并且完成控制终端设备的正常运作。然后进行下位机控制系统设计：其中包括选择IC卡型号，设计读卡器，PLC选型及其PLC数据采集和数字量信号、模拟量信号以及脉冲信号处理。终端执行机构的选型和接线。设备之间的通信连接以及调试。最后，进行系统测试，上位机软件和下位机终端设备进行整体调整，全面的测试系统的性能是否稳定可靠。矿区加油站监控管理系统42总体方案设计2.1设计原则进行系统设计时必须以安全性、可靠性、实用性和可扩展性等要求为原则，使建成的系统具有先进的技术、完善的功能、灵活的配置等特点[2]。（1）提高控制系统的精度。系统体系的计量精度是权衡自动化加油系统优劣的重要尺度，在硬件系统上完善方案最大程度杜绝偷油漏洞，软件程序上采用合理的控制算法来提高系统的测量和控制精度。（2）实用性。对企业来讲，建立和施行新系统、保持技术上和管理上的先进的同时，要讲究实效性，要遵守简单实用.的原则，不能一昧追求技术的先进性而采用投资大成本高的技术方案，忽略经济效益。（3）可靠性。矿区加油站自动化控制系统要求数据测量精确无误、传输精确，系统运转稳定，出现故障后要有修理措施，能够及时环节故障，快速恢复系统正常运转，在抗干扰性方面要有可行的方法，保证系统稳定运转。（4）开放性。在硬件和软件设备之间的连接，系统功能的升级和设备的扩展更新上，拥有较强的适应性，容许后续生产规模扩张加油设备增添时的系统扩建的需要。（5）易操作性。便于操作人员理解、学习、掌握和使用，监控界面中的图形和文字同时显示，操作简单方便。工作人员经过短时间集中培训或分散培训后就能熟练准确的操作。（6）安全性。安全生产是企业最重要的事情，控制系统采用必要的安全生产机制，硬件设备必须达到防爆要求，保证员工的安全。2.2控制方案可以分为以下几种控制系统：DCS系统，便是所说的分布式控制系统，又可称为集散控制系统，是一种新型的计算机控制系统相对于集中式控制系统，它是在集中式控制系统基础上发展演化而来的。DCS系统能够简单的概括为“三点一线”式的结构。“一线”指的是DCS系统的计算机的骨架网络，“三点”指的是在其网络上的三种类型不同的节点，“三点”一是面对被控过程的现场控制站，二是面对操作员工的操作员站，三是面对DCS系统的管理操作人员的工程师站。现场UO控制站完成对过程现场UO处理并实现直接数字控制;操作员站的作用是操作人员与现场设备惊醒人机交互，这样现场设备的运行状况操作人员便能及时掌握;工程师站的工作是对DCS进行离线配置和在线系统监督、管理、控制和维护[3]。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5PLC+PC机控制系统。最早时时PLC是为了代替传统的继电器控制系统而开发出来的，以开关量为主要的系统最适合应用此系统。因为计算机技术和通讯技术的快速发展，使得PLC的功能变得极其强大，尤其是通讯功能的改进，为实现PLC与上位机连接成网络构成上、下位机控制系统提供了可能性[3]。在这个系统结构中，PLC承担工业现场的控制工作，PC机来承担操作站和工程师站的工作。在安装有PLC编程软件的PC机上可以离线或在线编辑PLC的控制程序，下载到PLC，PLC便可独自实现现场的数据收集、逻辑控制、模拟控制等工作；在安装有组态软件的PC机上可以简便的对生产过程进行实时监控。PC机的优点是可以便捷的完成数据计算、图形处理、数据管理这些功能，PLC的优点是逻辑过程控制，把二者结合起来运用各自的优势，对于解决工业现场问题有很强的实际意义。图2-1控制系统总体图Fig.2-1TheoverallcontrolsystemofFIG根据矿区加油站的实际情况和对控制量的分析，我们设计采用PLC+PC机控制系统，之所以下位机以PLC为核心来设计，是因为PLC是对于开关量的控制十分出色，而且在数字处理和顺序控制上优势显著；比较适合多开关量、模拟量控制的场合。从几十点的小型PLC，再到上千点的大型PLC，为系统组建提供了便利条件。计算、操作、数据管理使用上位机PC机十分方便。将二者结合后用于工控系统的工控模式成功案例不胜枚举，而且其矿区加油站监控管理系统6系统升级维护十分便利。在工业生产过程中，我们完全可以采用PLC+PC机控制系统来代替其他工控系统如DCS。并且，这类控制系统的开发时间短、投资成本较本低，在中小型控制系统中被普遍使用。总的来说，本系统主要采用PLC+PC机的构成形式，外加其他终端设备及执行机构，如图所示。控制系统把计算机当作上位机的控制核心，PLC为下位机控制核心。上位机主要工作是以监控界面的形式对现场操作过程实时监控管理。下位机主要工作是收集数据、逻辑控制和模拟量控制等工作[5]。利用安装有PLC编程软件的计算机，对PLC进行离线（或在线）控制程序编制，一般为梯形图形式，当程序载入PLC后，PLC就可以正常工作，按照预设程序运行。同时，上位机监控软件也可以控制PLC动作的执行。上位机监控管理软件和下位机PLC系统互相联合可实现系统各种工作，在PC机上安装实时监控软件系统，可有效的对加油站的工作流程进行实时监控。监控管理系统中，PLC的主要工作包括：现场的数字信号、模拟量信号的采集工作，将采集到的数据进行运算处理，然后上传给上位机。在加油站收发油过程中，为上位机提供数据支持[5]。2.3系统设备之间的通讯连接整套控制系统的主要组成部分有：监控管理PC机、PLC控制柜、IC卡读卡器、触摸屏控制器、现场执行机构（阀、泵、流量计等设备）。整套设备各个部分最后需要连接成为一个整体，进行现场通讯测试。本系统的通讯连接按通讯类型共分为三种：RS232通讯、RS485通讯、控制电缆连接。图2-2控制管理系统连接图Fig.2-2ControlManagementSystemConnection利用RS232进行通讯连接的有：IC卡读卡器与上位机、触摸屏控制器与上位机。IC辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7卡读卡器与监控管理PC机的连接接口已经设计为RS232接口，由于读卡器为多个，所以我们选择了一个多串口卡作为PC机设备连接的接口，可以同时安插多个串口设备。利用RS485通讯的是监控管理PC机与下位机PLC。采用此通讯方式的主要原因是上、下位机之间有一段距离，为了确保通讯的稳定正确，我们采用了通讯距离较长、抗干扰性能也好的RS485。RS485通讯具有许多优点：接口采用差分接收器.和平衡驱动器互相组合，抗共模干扰能力将会增强，可更好地抵抗噪声的干扰；通信距离较大；接口信号的电平低，不会轻易的破坏接口电路，而且该电平与TTL电平兼容，可方便TTL电路之间的连接[6]。2.4系统流程分析发放IC卡：由发卡中心制作不同类型的IC卡并发放给司机等人，系统启用后必须持卡加油。司机停车插好油枪：司机将卡车停在加油站合适位置，将加油枪插好。司机到控制室插入IC卡：司机进入控制室，加油工将IC卡插入读卡器，上位机读取卡内讯息并检查IC卡合法性，若合法便可以加油。工作人员输入加油设定值或直接预开启加油。司机开始加油：司机到加油机旁检查油枪是否正常，按下启动键，系统开启阀门和电动机，启动加油。停止加油：若加油过程中遇到紧急状况，司机或工作人员可按下停止键。定量加油到预定值时系统会自动停止，非定量加油加油完成时工作人员按停止键结束加油。司机到控制室取卡签字：加油结束后司机拔下加油枪，到控制室取回IC卡并在加油票上签字。本班结账：班次加油工作完成时，加油员要校对本班账目信息，进行换班。矿区加油站监控管理系统83控制系统硬件电路选型及设计3.1PLC硬件3.1.1PLC硬件组成及特点PLC实质上是一种工业控制计算机，PLC的组成与计算机的组成十分相似。但是它拥有比普通的计算机强大的与工业流程接连的接口，以及更为适合于控制要求的控制语言。PLC的硬件组成有中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、通讯接口、扩展接口电源等器件。当中CPU是PLC的核心组件，连接输入和输出设备与CPU设备的是输入单元与输出单元接口电路，编程器、计算机等外部设备之间连接由通讯接口完成[7]。图3-1PLC系统组成Fig.3-1PLCsystemcomponents（1）中央处理单元同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的中心。P