学位论文-—基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计.doc

基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计

Design of Smart Monitoring System Based on Touch Screen for Natural Gas Pressure Regulating Station

基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计

基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统设计

[摘 要]该设计主要是关于天然气调压站的工作原理及由西门子公司开发的S7-200PLC芯片和HITECH触摸屏实现的智能监控系统设计。系统通过实时监测调压站关键部位的压力、压差、阀位和流量等主要参数，在友好的触摸屏人机界面上及时反映天然气调压站的实际工作状况，并作用于执行机构进行实时调整，确保供气系统安全、稳定及高效运行。研究了如何实现友好人机界面的设计，并设计主菜单、数据显示、动作控制、时间设置和参数设置等界面。而且系统可以通过本地触摸屏和远程网络两种方式进行实时监控，并为上位机预留了标准的Modbus通信接口，便于系统远程网络化控制和管理。
[关键词]触摸屏；可编程序逻辑控制器；监控系统；天然气调压；人机界面

Design of the Monitoring System Based on Natural Gas Regulator Station Smart Touch Screen

Abstract：The design is implemented on the working principle of the natural gas regulator station and developed by Siemens S7-200PLC chip and Hitachi touch screen intelligent monitoring system. The main parameters of the system by real-time monitoring of pressure regulating stations for key parts of the pressure , differential pressure , valve position and flow reflect the actual working condition of the natural gas regulator station in time for the friendly touch screen interface , and the role of real-time adjustments to the implementing agencies to ensure safe, stable and efficient operation of the gas supply system . Examining how to achieve a friendly man-machine interface design , and design of the main menu , the data show that the motion control, time setting and parameter setting interface . And the system can be two ways for the local touch screen and remote network for real-time monitoring and reserved for the host computer with standard Modbus communications interfaces for remote network control and management .
Key words: Touch screen; PLC; monitoring system; natural gas regulator; man-machine inter
II

目 录
1 引言 1
1.1 课题背景以及意义 1
1.2 天然气调压站智能监控系统的国内外研究现状 1
2.2 天然气调压站智能监控系统的主要硬件组成部分 2
2.3 监控系统各个部件的连接设置 4
2.3.1 通信电缆的制作 4
2.3.2 电脑与触摸屏的连接 5
2.3.3 触摸屏与PLC连接 5
3 天然气调压站智能监控系统的软件系统设计 6
3.1 西门子S7-200 PLC芯片的I/O端口分配 7
3.2 智能监控系统触摸屏操作界面设计 7
3.2.1 选择编译软件ADP6.0 7
3.2.2 触摸屏界面的设计方法 7
3.2.2 系统的操作界面具体设计 8
3.2.3 人机界面的总体功能结构 9
3.2.4 主要功能界面设计 9
3.3 S7-200 PLC芯片通信协议（MODBUS协议） 13
3.3.1 MODBUS协议应用（主从模式） 13
3.3.2 MODBUS协议概述 13
3.3.3 通信协议设置 13
4 主要的抗干扰措施 14
4.1 抑制电源系统引入的干扰 14
4.2 正确选择接地点，完善接地系统 15
4.3 触摸屏的抗干扰措施 15
结束语 16
参考文献 17
致谢 18

1 引言
1.1 课题背景以及意义
天然气调压站是城市天然气输送系统的核心之一，而天然气调压站智能监控系统是天然气调压站的重要组成部分。集中监控与管理天然气输送系统的各项压力参数指标在整个系统中占着极其重要的地位。随着网络技术的普遍应用，天然气调压目标的智能远程监控也成为天然气调压站的一个重要方向。良好的监控系统可以极大地降低工作人员的劳动强度，提高工作效率，提高天然气供应的稳定性和可靠性[1]。
可编程逻辑控制器(PLC)和日立触摸屏应用在天然气调压站智能监控系统中[2]，其稳定性及抗干扰性相对于计算机控制系统有较为明显的优势，体积小、使用方便、便于维护等都是PLC的优点。日立触摸屏以其易于操作、坚周耐用、反应速度快、节省空间等优点，使其在工业控制领域得到了广泛应用，解决了很多计算机所无法解决的问题。
正是由于触摸屏与PLC拥有许多其他工业自动控制元件所没有的优点,所以本设计才会使用日立HITECH触摸屏与西门子S7-200PLC芯片为基本应用元件的天然气调压站智能监控系统开发研究。
1.2 天然气调压站智能监控系统的国内外研究现状
世界能源结构的发展趋势是向低碳化演变、最终向无碳化发展。到21世纪40年代,天然气在世界一次能源消费结构中的比例将超过石油,成为第一能源。天然气是一种优质的清洁能源，发达国家天然气在能源结构中的战略地位早已确立。天然气市场的发展取决于资源保障、运输能力、价格、用户(消费)以及政策法规五大要素。其利用领域极为广泛，诸如化学工业原料、工业燃料、商业及民用燃料、汽车燃料、集中供热与发电等，是主要的一次性消耗能源之一。目前世界天然气正处于由区域市场向全球市场过渡的发展阶段。国外天然气有以民用和商用为主以及以发电为主两种基本模式,发电将成为天然气利用的发展趋势。对于天然气的利用，国外已经形成了一套专业成熟的开发研究利用方法。天然气的利用与本地区的经济、技术、居民收入和环保的发展水平密切相关。鉴于天然气有自身固有的特点,发展利用天然气需要从实际出发，发达国家在天然气调压站智能监控技术的研究中有着一定的优势，相对完善的系统值得我们去学习。
在国内，虽然在天然气相关研究上落后于外国，但是随着电子技术、自动控制等技术的发展，带动了天然气调压站智能监控系统相关技术的发展。在国内，对于天然气输送的智能化、自动化研究已经有了很大的发展，特别是对于触摸屏与PLC的相关应用系统的开发让我们得到了很多经验。到了现在，我们已经具备相关的电子器件与软件知识基础，可以自己独立完成天然气调压站智能监控系统设计了。所以研究天然气调压站智能监控系统是一个很有意义的工作，不但提高工作效率，消除安全隐患，还能产生更大的经济效益。有了这样的市场需求自然就要有相关的产品来满足人们的需要，所以天然气调压站智能监控系统的开发已经是相关技术发展和市场需求的必然结果。
2 天然气调压站智能监控系统的硬件系统设计
2.1 天然气调压站智能监控系统的基本原理
天然气调压站智能监控系统一般由调度中心计算机管理系统、调压站、区域调压站及数据通信网络系统等构成，是一个大型的集中管理、统一调度且分散控制的计算机网络监控系统。其中智能监控系统的主要任务是完成对站区内的各种电子设备、智能仪表的监控和管理[3]，同时负责将有关信息上传给调度控制中心，并接受和执行其下达的命令。对调压站智能监控系统的功能要求一般包括：根据监测数据对管网进行负载平衡控制；远程压力调节；根据用户的消耗量来调整供气量；向调度中心上传数据参数；限流等。
完整的天然气调压站自控系统一般包括调压系统和限流、调流系统两个部分。调压系统的作用是调节门站出口压力，为下游用户提供压力稳定的气源，并与限流、调流系统和计量系统一起，限定下游用户的用气流量及在用户达到预定的用气量之后切断气源。调压系统包括工作调压器、监控调压器、切断阀、放散阀和相应的管道阀门，根据使用环境和用户要求的不同通常采用“一用一备”或“两用一备”方式进行管路设计。限流、调流系统通过远程改变调压器指挥器的压力设定值来达到限制流量的目的，目前国内使用较多的是LC-21远程压力调节马流量控制系统，该系统由电一气执行机构及控制器两个主要部分组成。电一气执行机构由天然气压力储罐、差压调压器、增压电磁阀、泄压电磁阀、放散阀、手动压力疏水阀、压力变送器、压力表及相应的隔断阀组成。控制器接收来自流量计算机的流量信号，并与控制器内预先设定的流量限定值比较，若实际流量低于设定值，则系统不动作；若实际流量高于流量限定值，则系统动作，远程降低调压器的设定压力，从而达到限定流量的目的。
2.2 天然气调压站智能监控系统的主要硬件组成部分
天然气调压站智能监控系统的设计目标是实现对调压站内各关键部位参数的全天候连续实时采集和处理，实现调压站安全、可靠且经济运行。智能监控系统需要采集的控制参数较多，既有进出口的压力、温度、压差以及阀位、气体泄漏报警等模拟量信号，也有回讯器、切断阀和电动球阀等开关量信号，还有来自体积修正仪智能仪表的数字信号。经过对系统需求的认真分析和对各种控制工具的反复比较，本系统选用功能强大、抗干扰性能好、使用维护方便且参数设置修改灵活的日立触摸屏和西门子S7—200系列PLC作为控制核心[4]，合理配置功能模块，实现系统的功能需要。
系统硬件主要有西门子S7-200PLC芯片、工业计算机、I/O处理模块、信号变送器、电源、日立大尺寸液晶触摸屏和执行机构等部分组成，是一个典型的智能化数字监控系统。如图1所示。

图1 天然气调压站智能监控系统硬件结构
（1） PLC及I/O处理部分。结合调压站功能需要，控制系统选用西门子S7—200系列PLC作为控制核心(根据各调压站需求的不同选用该系列中的不同型号，一般为224及以上)，它们自带有数量较多的开关量和部分模拟量I/O点。当自带I/O点不足时，可扩展4路12位高精度模拟量输入模块16点24V直流输入模块。
（2）电源部分。交流电源采用220V/50Hz标准工频输入，直流电源为24V工业开关电源模块，直流电源的作用是为模拟和开关信号的输入输出处理提供能源，体积修正仪、智能仪表所需9V电源由安全栅直接提供。考虑到城市用气的不间断要求，系统配备了UPS后备电源，确保系统在停电情况下仍能继续工作2h。
（3）液晶触摸屏。选用日立大尺寸彩色Hitech 液晶触摸屏，它具有MPI/Profibus DP接口和2MB Flash Memory，支持中文组态软件，可以方便、直观地进行各种参数的显示和修改设置。监控系统参数出现异常情况时，系统除发出声光报警信息外，还在液晶屏上闪烁显示[5]。
（4）隔离保护部分。由于系统是工作在易燃易爆的天然气环境，所以在设计时充分考虑了对系统的隔离和保护措施。在电源进线处加入了防雷浪涌保护器，对各模拟输入信号回路在变送器与PLC输入扩展模块间均采用经隔离安全栅等隔离安全措施。
硬件系统设计选用的硬件设施不但考虑了可靠性、实用性和经济性，还充分考虑了系统的安全性、稳定性和可维护性(设备标准化，接口、协议开放，易于维护)。
2.3 监控系统各个部件的连接设置
2.3.1 通信电缆的制作
首先准备好触摸屏与编程电脑和触摸屏与PLC的连接线(又称编程电缆、通信电缆)。触摸屏的COMl和COM2都可以与PLC连接，而COM1主要是连接RS232的，我们使用的是RS485接线，所以我们使用的是COM2连接。连接线如下图2所示。

图2 触摸屏COM2与S7-200的连接线
如果电脑与触摸屏的连接是通过触摸屏的COM2连接，连接线如图3所示。图4是连接PLC端公接头8针的针脚图[6]。

图3 电脑串口与触摸屏COM2的连接线

图4 PLC端8针针脚
2.3.2 电脑与触摸屏的连接
用图3制作好的连接线把电脑与触摸屏连接好，触摸屏后面DIP—switch的设置为：sw5=OFF和sw6=OFF，其他的保留在“ON”位置，如图5所示，再把触摸屏的24V电源连接上。

图5 DIP-switch
值得一提的是，当触摸屏后面的DIP—switch的sw7在“0N"位置时，开机以后自动运行程序，
此时不能进行程序的上载，如果需要上下载程序，必须退出程序，返回触摸屏Configure画面，如图5所示。设置完成后触摸屏可以上电了。刚上电触摸屏开始自我测试，如果测试正常触摸屏就可以与PLC通信；如果不正常，触摸屏不能与PLC通信。
2.3.3 触摸屏与PLC连接
用图3所示连接方法做的触摸屏COM2与S7-200的连接线，用这根连接线把触摸屏与PLC连接上，连接完后重新上电，看到触摸屏面板上的“”指示灯在很快闪烁，表示触摸屏已经与PLC正常通信了[7]。
3 天然气调压站智能监控系统的软件系统设计
本系统通过对调压站参数进行实时采样，经PLC进行运算处理，来判断系统的状态。当系统处于正常运行状态时，上传并实时显示调压站参数，通过对现场阀门的自动控制实现对天然气出口压力的动态调节，保证了天然气的稳定供应。当系统出现异常时，经声光报警和显示屏字幕闪烁两种方式发出报警信号，并作用于相应的执行机构，实现天然气调压站的自动运行。系统软件设计主要是模拟量的采集处理、友好人机界面的设计和与RS485智能总线仪表的通信三大部分。软件流程如图6所示。

图6 天然气调压站智能监控系统软件流程
模拟量的采集处理部分包括压力、温度和压差，经过变换器输出的4～20mA电流信号。虽然Hitech内部自带有模拟量滤波功能和采样数值设置，但是为了使显示值更加稳定，程序设计时使 用了算术平均滤波法，以实现对一般随机干扰信号进行滤除。
智能仪表采用Modbus协议通过双绞线与PLC通信，Modbus是应用于电子控制器上的一种常用协议。控制器能设置为两种传输模式(ASCII或RTU)中的任何一种在标准的Modbus网络通信。本系统根据仪表的要求，选择了RTU方式[8]。
S7—200的通信端口为RS485接口，RS485接口为半双工接口程序的关键是避免在通信端口上同时发送和接收。按照本系统中通信采用的这种编程模式编写自由口通信程序可以有效避免因同时发送和接收造成的通信冲突，从而保证程序的正常运行。
3.1 西门子S7-200 PLC芯片的I/O端口分配
天然气调压站智能监控系统输入输出设备及端口分配如表1所示。
表1 PLC的I/O分配表
输入
输出
信号名称
地址
信号名称
地址
信号名称
地址
进口压力A1
00001
压差D1
00301
G1阀位开
01001
进口压力A2
00002
压差D2
00302
G2阀位开
01002
出口压力B1
00101
G1阀位
00401
G3阀位开
01003
出口压力B2
00102
G2阀位
00402
G1阀位关
02001
温度C1
00201
G3阀位
00403
G2阀位关
02002
温度C2
00202
气体泄漏
00501
G3阀位关
02003
系统启动
00500
系统停止
00510

I/O状态的刷新包括两种操作：一是采样输入信号。PLC的输入是生产现场信号经过输入端子，进行光电隔离以提高抗干扰能力后送入缓冲器，当PLC进行输入采样时缓冲器中的内容才送到PLC的输入映像寄存器，每次采样PLC从输入映像寄存器中读取到各输入点的状态，因次输入映像寄
存器的只有在采样时才会与输入信号一致，其他时间输入映像寄存器的内容将保持不变：二是刷新输出信号。PLC接受输入后执行用户程序，将运算结果送至输出映像寄存器，在每次用户程序结束后进行刷新，将输出映像寄存器中的运算结果送至输出锁存器，再通过输出驱动电路送到输出端子驱动负载。与输入相类似，只有在输出刷新时输出状态才改变，刷新后的状态要保持到下次刷新为止。由于通常来说PLC扫描周期很短(依赖于程序长短和扫描速度)，每次I／0刷新时间间隔很小，所以可以认为其输入输出是及时的。
3.2 智能监控系统触摸屏操作界面设计
3.2.1 选择编译软件ADP6.0
ADO6.0是专门用与人机界面组态编辑软件。该软件为用户提供了一个强大的集成开发环境。产品广泛应用于医疗、化工、电力、印刷、纺织、食品、国防和工程机械，智能家居，高速铁路等各领域。ADP6.0提供了多种控制器件库、图形控件和功能组件，通过组态出的各种显示和控制功能实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化[9]。
3.2.2 触摸屏界面的设计方法
人机界面的主要任务是迅速获取、处理应用系统运行过程中的数据、命令，并以适当的方式显示出来。人机界面的形式多种多样，在设计时会存在不同的设计思路和方法。常用的人机界面设计技术有两种方法。
（1）菜单界面设计：
人机界面是PLC应用系统中不可缺少的一部分，它直接关系到应用系统的实用性能。菜单界面设计是近年来应用最为广泛的一种人机界面设计技术，几乎任一个PLC软件产品都使用了菜单界面技术[10]。在菜单界面设计时，通常应遵循以下几个设计原则：
a．合理组织界面的层次和结构。
b．每幅菜单应有一个明确的标题。例如第一层菜单通常可命名为主菜单，主菜单中的菜单项反映了该PLC应用系统的基本功能。
c．菜单项的排列可依据使用功能、使用频率的多少或字母顺序排列。对于下拉式菜单中的菜单项，要合理地归类、分组排列。
d．为使菜单界面使用灵活，应提供多种点击菜单的方法。通常可支持鼠标和键盘，对菜单项可定义热键和加速键。
e．对菜单项的点取应设定反馈标志，例如为选中菜单项的前面加“√’’。
（2）图形界面设计方式
在PLC控制系统中，图形界面也是常常采用的人机交互式界面。为了照顾工程人员的习惯用法，在屏幕上形象地画出若干图形、按钮等，使人在计算机或可编程终端上操作，如同在控制台上操作一样，十分形象、直观。
3.2.2 系统的操作界面具体设计
从基本原理上讲，图形界面与菜单界面是一样的，都是在满足系统控制要求的情况下给用户一个直观的方便的操作交互界面。本系统的触摸屏界面采用的是菜单界面设计方式和图形界面设计方式相结合的方法来设计的，显示系统画面菜单由HITECH系列的人机交互界面软件HITECH—ADP V6.0设计出的，HITECH-ADP提供了多种控制器件库、图形控件和功能组件，通过组态出的各种显示和控制功能实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作监控系统，对PLC中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，从而满足各种监控要求。软件还可以为不同的操作人员设置不同的操作密码和相应的操作权限。触摸屏软件的设计包括创建画面和信息，并将它们和PLC程序相连。具体概括为以下三个步骤：
(1) 界面的可视化设计。界面组态具体涉及输入／输出区域组态、指示器组态、功能键组态、控制键组态及文本显示等各种格式，可根据实际控制功能的差异设计不同的画面。
(2)设定变量。变量在触摸屏的组态功能(输入／输出区域、功能键等)与PLC的相应I／0接点及存储单元之间建立联系，实现触摸屏敏感元件对PLC的控制及参数的输入、PLC当前过程值及报警信号向触摸屏的输出[11]。
(3)设置通讯参数，实现触摸屏与PLC的通讯。
(4)通过编程，参数设置、输入、输出信号和故障查询等均由软件控制，硬件连接少，能大大降低硬件故障发生率，提高了系统稳定性。
3.2.3 人机界面的总体功能结构
人机界面总体功能结构如图7所示。
图7 人机界面总体功能结构
其中主界面可以完成对各子界面的调用。输出动作子界面包括控制各个阀位的开关等多项功能，可以操作多个执行机构的动作。参数设置子界面可以设定系统时间并可以对控制对象及控制目标值进行设置。实时数据子界面可以显示系统时间并用数字、图表等多种方式实时显示传感器采集来的数据。历史数据子界面可以让使用者对历史数据进行统计和处理，并显示出来[12]。
3.2.4 主要功能界面设计
（1）启动ADP6.0
在电脑上安装好触摸屏组态软件HITECH—ADP V6.0后启动HITECH—ADP V6.0，输入注册码，然后点击新建文件，这时将弹出界面如图8所示。在这里我们可以新建一个文件放置我们设计的各个触摸屏人机界面。
（2） 设置工作参数
我们要使用HITECH—ADP V6.0软件编译触摸屏人机界面，就需要根据所选择的元件，设定好工作参数[13]。本文选择的是西门子S7-200PLC。则参数设置如图9所示。
然后我们按照下列要求设置参数：
·输入应用名称，我们输入基于触摸屏的天然气调压站智能监控系统。
·选择所需的人机界面型号，将其拖入工程结构窗口。在此我们选择AP1600 mono。
·选择需要连线的PLC类型,拖入工程结构窗口里。在此我们选择选择PLC种类为

图8 新建文件设置界面

图9 一般工作参数设置界面
SimaticS7-200.
·点开连线，我们可以把通讯口设置为COM2，传输速率为9600，资料位为8，校检位为Even，停止位为1。如图10所示。
然后点击确定后就可以进入组态王软件的触摸屏界面编译环境了。

图10 参数设置中的连线设置界面
（3）主菜单界面：
系统开机首先进入主菜单界面，同时系统启动。通过主菜单界面的几个按钮可以连接到用户所需要的功能界面，例如当用户需要查看此时的监控数据，就可以点击实时数据按钮转换都实时数据界面。点击历史数据按钮就可以进入历史故障数据界面，查看以往的故障记录。如图11所示。
（4）输出动作界面设计：
输出动作子界面的功能是控制各执行机构的动作，如控制各个增压电磁阀、泄压电磁阀、放散阀等多个按钮，并可根据系统情况进行增删。输出控制信号是通过触摸屏的串行接口进行的，以调整各个管道的压力，调整天然气的输送流量。如图12所示。

图11主菜单 图12 输出动作界面
（5）参数设置界面设计
参数设置子界面的功能是设置系统时间并对控制对象、控制逻辑以及控制目标值进行设置。包括系统时间设置按钮、控制逻辑设置按钮、控制对象设置按钮以及控制目标设置按钮。点击后进入相应子界面，设置好的信息通过串口发送到控制板，再保存至控制板的存储器中。如图13所示。

图13参数设置界面
（5）实时数据界面设计
实时数据子界面的功能是实时地显示出当前天然气调压站管道内的压力、温度等状态，主要包括管道进出口的压力、温度、压差以及阀位开关状况显示等，我们把这些参数分为多个分页。如图14、图15所示。

图14 压力值显示界面 图15 温度值显示界面
（6）历史数据界面设计
历史数据子界面的功能是将存储在控制板上的历史数据进行显示并对数据进行统计分析，其实现与实时数据子界面基本相同，差别只是传输的数据不同，历史数据子界面显示的是在控制板内存中保存的历史数据以及中央处理器处理过的统计数据显示值。因为其与实时数据子界面相差不多，所以也不再次重复图片了。
3.3 S7-200 PLC芯片通信协议（MODBUS协议）
3.3.1 MODBUS协议应用（主从模式）
MODBUS协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。现今，MODBUS协议已经成为一种通用工业标准，通过它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，从而进行集中监控[15]。 本设计也是选用MODBUS协议作为我们的通用语言。
3.3.2 MODBUS协议概述
Modbus是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和对答的方式，数据通讯采用Maser（主站）/Slave（从站）方式，主站发出数据请求消息，从站接收到正确消息后就可以发送数据到主站以响应请求；主站也可以直接发消息修改从站的数据，实现双向读写。MODBUS规定，只有主站具有主动权，从站只能被动的响应，包括回答出错信息。
3.3.3 通信协议设置
标准的Modbus口是使用RS232C兼容串行接口, 它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验, 控制器能直接或经由Modem 组网。控制器通信使用主从技术, 即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询) , 其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。表2为典型的消息帧定义。
表2 典型的消息帧定义
起始位
设备地址
功能码
数据共
CRC校检
停止位
T1 T4
8位
8位
N个8位
16位
T1-T4
Modbus通讯协议有两种传送方式，RTU方式和ASCII方式。本系统使用RTU模式, 这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。使用RTU模式时, 消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始,传输的第一个域是设备地址, 可以使用的传输字符是十六进制数值。 通信期间, 网络设备不断侦测网络总线, 包括停顿间隔时间内, 当第一个域( 地址域) 接收到, 每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。 在最后一个传输字符之后, 至少要有3.5个字符时间的停顿以标定消息的结束,之后可开始新的消息传输。使用RTU模式,消息包括了一个基于CRC方法的错误检测域.CRC域检测了整个消息的内容。表3为MODBUS部分功能码的定义。
表3 部分功能码定义
功能码
名称
作用
01
读取线圈状态
取得一组逻辑线圈的当前状态
02
读取输入状态
取得一组开关输入的当前状态
03
读取保持寄存器
在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
04
读取输入寄存器
在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值
06
预置单寄存器
把具体二进制装入一个保持寄存器
考虑到操作的方便性, 在系统初次安装时, 先在PC 机上用上位机软件将所有传感器的ID搜索出来, 然后按实际安装位置给每个传感器编号, 读温度、压力传感器是否工作正常。在PLC上使用Modbus协议通信时首先要对通信格式进行设定, 即对D8120寄存器进行写操作,在本系统条件下设置为0C87，即数据长度为8位，无校验，无起始位与停止位, 波特率9600 bps。 修改D8120设置后, 确保通断PLC电源一次。 再用RS指令进行数据的传输。按照所述程序格式，即可在数据发送区写入指令进行相应的操作[16]。
4 主要的抗干扰措施
4.1 抑制电源系统引入的干扰
采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I／0电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。
4.2 正确选择接地点，完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的的通常有两个，即为了安全；为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
4.3 触摸屏的抗干扰措施
天然气调压站智能监控系统中有PLC、变压器、接触器、继电器等干扰性元件，这样会对触摸屏产生电磁干扰，会使触摸屏输出信号不稳定甚至会损坏触摸屏。所以对触摸屏加适当的抗干扰措施是必要的[17]。抗干扰措施如下：
（1）最好单独给触摸屏供电，不要让触摸屏和电感性负载使用相同电源，否则可能会引起触摸屏的动作异常。如果现场电网不稳就要加滤波器。为保证所有的输入电源线正确连接，触摸屏内部使用lA的保险丝来确保设备安全。
（2）电源和触摸屏都要接地。不要将DC的负极接至机箱外壳，否则将可能由于机箱外壳的接地阻抗过高而因此产生干扰。接地的导体要尽量短而粗，一定要考虑到短路时导体所要承受的最大短路电流。接地导体必须连接到星形接地点，这将可以保证不会由于接地回路的电感性而产生干扰。
（3）通讯电缆一定不能与动力线平行铺设，要用屏蔽双脚线做信号线，且屏蔽层要接地。大功率电机、变频器要尽量和屏之间间隔开，如果现场条件不允许，那么应该把屏放在这些设备的上方。

结束语
本设计是通过对调压站各关键部位参数的实时采样监测，经PLC运算和处理，并作用于执行机构，实现了对调压站天然气的自动调压限流。系统可以通过本地人机界面和远程网络两种方式进行操作，能够在触摸屏上完成仪表数据、状态显示、管道数据、参数设置、报警设置和时间设置等各项常规操作，各功能均以菜单形式显示，清楚明了，简单方便；为了实现系统的网络化管理和远程监控，本系统为上位机预留了标准的Modbus通信接口，可以方便地与上位机实现联网功能。经多次模拟仿真证明，该系统工作安全、稳定且可靠，抗干扰能力强，性价比高，将为企业带来了较好的经济和社会效益 。

参考文献
[1] 常晓玲主编．电气控制系统与可编程控制器．北京：机械工业出版社．2004.
[2] 高钦和编著．可编程控制器应用技术与设计实例．北京：人民邮电出版社.2004.
[3] 田明编著．触摸式可编程终端．北京：机械工业出版社，2006.
[4] 张运刚编著．从入门到精通：触摸屏技术与应用．北京：人民邮电出版社．2007.
[5] 严盈富编著．触摸屏与PLC入门．北京：人民邮电出版社.2006.
[6] 薛迎成编著．PLC与触摸屏控制技术．北京：中国电力出版社.2008.
[7] 盖勒.D．A．GellerDavidA．著．可编程序控制器原理与设计．北京清华大学出版社.2006.
[8] 陈浩编著．案例解说PLC、触摸屏及变频器综合应用．北京：中国电力出版社.2007.
[9] 国家标准局编．电气制图及图形符号国家标准汇编．北京：中国标准出版社.1989．
[10] 荣大龙．组态软件编程PLC串行通讯技术及应用．微机算机信息．2002．11.
[11] 寥常初主编．西门子人机界面组态与应用技术．北京：机械工业出版社.2006．7．
[12] 于庆广主编．可编程控制器原理及系统设计．清华大学出版社．2004．1.
[13] SIEMENS公司．深入浅出西门子S7-200PIZ．北京：北京航空航天大学出版社.2005．9.
[14] 殷洪义主编．可编程控制器选择、设计与维护．北京：机械工业出版社．2003．1.
[15] S．Brian Morriss．Programmable Logic Ctrollers．New York：Pearson Education Press．2002．
[16] Johnw．Webb．Ronald A．Reis．Programmable. Logic Ctrollers-principles and application．New York：Pearson Education Press．2002．
[17] Hansen.D．Review of EMC main aspects in fast PLC including some history．Electromagnetic Compatibility．Volume 1．11-16 May 2003．

致谢
本设计是在导师张利娜张老师的严格要求和精心指导下完成的。从设计的构思、选题到设计的每一个细节都凝聚着导师的心血。半年来，导师给我提供了多次上机模拟实验的机会，介绍了许多相关资料书籍让我查阅学习，让我的不断学习亲自解决实际问题，并且在学习和生活等各方面，导师都给了我无微不至的关怀。老师