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离心压缩机监控系统的设计与应用

作　者: 张庆余
导　师: 张石；高峰
学　校: 东北大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 通信 MODBUS协议离心压缩机 RS485
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

石化行业的核心装置一般采用沈鼓集团制造的离心式压缩机,离心式压缩机是多级式的,能使气体获得较高压力,流量大,效率高等优点,已经成为当今工业生产中应用最为普遍的压缩机类型。但它也有一些固有的而且是难以消除的缺陷,例如稳定工作区域窄,容易发生喘振等,常有可能因为微小的偏差造成严重事故,而且这些事故的出现往往是迅速猛烈,单靠人工处理更是措手不及。随着计算机监控技术的发展,急需改善离心式压缩机监控手段,提高其监控品质。本论文以石化行业的华锦化工乙烯装置压缩机监控系统为研究对象,从装置的流程工艺分析,基于MODBUS网络架构,设计出离心压缩机监控系统。随着信息技术与计算机技术的迅速发展,人机接口技术越来越多地应用于各个领域。MODBUS协议在目前工业领域中较流行的协议之一,是实现人机接口技术的桥梁。因此,基于MODBUS协议的人机接口的研究具有一定的现实意义和指导意义。本文以控制器TS3000和用C#语言开发的人机操作界面为对象,对二者间的通信功能进行了研究,并成功实现了二者间的通信。在MODBUS协议和异步串行通信原理的基础上,对控制器进行了硬件设计,包括TS3000系统硬件的选型及TCM通信模块配置,串行通信接口电路的设计及实现,同时给出了TCM串口与人机界面的连接方式。结合硬件在.NET编译环境下编写了C#语言程序,包括串行通信接口初始化程序、串口发送服务子程序、MODBUS帧处理程序、CRC校验程序等。在软、硬件设计完成的基础上,依次进行如下的测试与试验,包括TS3000控制器硬件测试、人机操作界面的测试、实际发送和接收MODBUS帧的测试与试验。最终,实现了控制器与人机界面(HMI)的正常通信。本文提出的基于MODBUS RTU协议的离心压缩机监控系统的设计与应用,弥补了以往人机操作界面HMI与控制器通信难的缺陷,为开发HMI与PLC之间实现直接通信提供了理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 课题的研究背景及研究意义  9-10
  1.3 离心压缩机的工作原理  10-14
    1.3.1 压缩机组结构  10-12
    1.3.2 离心压缩机性能  12-14
  1.4 本文的组织形式和主要工作  14-15
第二章 MODBUS通信协议  15-25
  2.1 MODBUS协议简介  15-16
  2.2 MODBUS通信原理  16-18
  2.3 MODBUS通信流程  18-19
  2.4 MODBUS协议的传输方式  19-21
    2.4.1 ASCll模式  21
    2.4.2 RTU模式  21
  2.5 MODBUS消息帧  21-23
    2.5.1 ASCll帧  21
    2.5.2 RTU帧  21-22
    2.5.3 字符的连续传输  22
    2.5.4 设备地址  22
    2.5.5 功能代码  22-23
  2.6 错误检验方法  23-24
    2.6.1 奇偶校验  23-24
    2.6.2 帧检测  24
  2.7 本章小结  24-25
第三章离心压缩机监控系统的设计  25-51
  3.1 监控系统的设计需求  25-26
  3.2 系统硬件设计  26-29
    3.2.1 控制器产品选型  26-27
    3.2.2 系统网络设计  27-28
    3.2.3 硬件配置  28-29
  3.3 控制器软件设计  29-38
    3.3.1 TRISTATION 1131介绍  29-31
    3.3.2 机组ESD模块功能的实现  31-35
    3.3.3 机组工况调节模块的实现  35-37
    3.3.4 机组防喘振模块的实现  37-38
  3.4 通信网络设计  38-50
    3.4.1 TCM4351模块的设计  38-46
    3.4.2 RS232/RS485转换器设计  46-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章离心压缩机人机操作界面HMI设计  51-68
  4.1 人机操作界面(HMI)功能要求  51
  4.2 系统HMI软件架构  51-53
  4.3 机组HMI的实现  53-60
    4.3.1 机组开车监控  55-57
    4.3.2 机组工艺监控  57
    4.3.3 防喘振监控  57-58
    4.3.4 报警、联锁监控  58-60
  4.4 MODBUS协议实现  60-67
    4.4.1 系统物理层  60
    4.4.2 系统数据链路层  60-61
    4.4.3 系统应用层  61-62
    4.4.4 串口通信流程  62-63
    4.4.5 MODBUS通信程序设计  63-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章离心压缩机监控系统的测试  68-71
  5.1 控制器TS3000硬件测试  68
  5.2 上位机HMI软件的测试  68-69
  5.3 控制器与上位机通信的测试  69-70
  5.4 测试结果  70
  5.5 本章小结  70-71
第六章结论与展望  71-73
参考文献  73-75
攻读学位期间取得的研究成果  75
作者从事科学研究和学习经历的简历  75-76
致谢  76

离心压缩机监控系统的设计与应用

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