礦區(qū)加油站監(jiān)控管理系統畢設6月5日

1、0 前言礦區(qū)自用加油站監(jiān)控系統自動化水平較低，一般是由模擬器件（開關、指示.燈、指示儀表等）組成的模擬式控制屏，這種控制方式主要依賴于手工操作，存在的問題有監(jiān)控畫面粗糙、信息不全面、數據統計量大、誤差大、系統升級成本較大、經營模式落后、財務制度不全面等。針對這些問題，本文提出用上位機監(jiān)控軟件和下位機PLC組成加油站.的監(jiān)控管理系統，系統同時使用IC 卡管理方式、人機界面現場操作的設計方案。本系統選用上、下位機控制方式并結合了PLC 、上位機軟件和 IC 卡應用等關鍵技術，上位機以PC 機作為系統核心，配合讀卡器；下位機以西門子S7-200系列PLC為核心，配合人機界面，控制終端執(zhí)行機構（泵、閥

2、、流量計），充分發(fā)揮各自長處，經通訊后構成一個完整的加油站監(jiān)控管理系統，完成了.加油站日常監(jiān)控工作、規(guī)范管理等功能。1 緒論1.1 課題背景因為人民生活水平正在不斷提高，社會經濟正在穩(wěn)步發(fā)展，石油已然成為與人們生活息息相關的一種資本。隨著科學技術的不斷進步，不管是企事業(yè)單位對車輛用油的控制，還是石油經銷企業(yè)對加油站的監(jiān)控管理，都在由粗放型向集約型而改變。在當今計算機技術囊括全世界的時代，計算機技術毫無疑問的將成為加油站的規(guī)范治理、提高效率、節(jié)省成本的有效方法。國內普通加油站的控制管理模式并不適用于礦區(qū)加油站，這是由于礦區(qū)加油站自身的工作方式以及礦區(qū)的特殊工作要求決定的。1從文獻及資料上看來，現

3、有的加油站監(jiān)控管理系統并沒有對露天礦區(qū)生產特點及要求進行酌量，不能滿足礦區(qū)加油站的現場特殊要求。比如礦區(qū)加油站除收費管理、IC卡信息管理之外，尚有量進出油的監(jiān)控管理、加油設備保護和系統改造升級等問題。社會上利用IC卡技術的各種信息管理系統雖然已經趨進成熟，但是適用于礦區(qū)加油站的自動化收費以及監(jiān)控管理系統尚未廣泛普及。露天礦區(qū)內，大型機械比較多，耗油量巨大，每次加油時間較長，而且隨著礦物開采和掘進，要求加油站機動性強，可以隨時搬遷。是以，普通加油站的功能基本不能滿足礦區(qū)的工作要求，并且設備存在很多問題，設備陳舊落伍，主要依托人工操作，財務以及日常管理混亂。1.2 國內外發(fā)展近況當今世界,石油化工

4、產業(yè)的自動化程度不但是石化企業(yè)現代化的首要標志,更是劇烈角逐的市場機制下創(chuàng)收的強力的方式,國際自動化的發(fā)展程度不光一直在深化生產過程自動化、輔助設施自動化和經營管理自動化,并且正在往過程控制技術和信息管理技術互相結合的總體自動化方向而發(fā)展。在國外，自動化加油站技術研究起步較早，技術更成熟，自動化水準更高。近年來，我國在自動化設備配置、技術、功用以及規(guī)模等方面都有明顯提升，測量和控制裝置不斷更新換代，操作水平也從手工操作升級到自動化控制，從最低級的單回路控制體系逐步發(fā)展到高級的復雜系統控制回路體系，再到管控一體化?？稍谑突ぎa業(yè)，各企業(yè)的發(fā)展嚴重不均衡，不同規(guī)模的企業(yè)的自動化水平差距巨大。1.

5、3 研究內容及目標每一個礦區(qū)的加油站有很多，但管理系統基本相同，要考慮到用戶及現場條件的需求，系統把計算機和PLC作為核心設備，與其他終端設備和執(zhí)行機構進行配合，共同完成了礦區(qū)加油站日常工作需要的操作，以數字監(jiān)控系統取代了原來的模擬屏監(jiān)控，利用人機觸摸屏進行直接操作，利用報表技術取代了人工記錄、統計工作。針對礦區(qū)加油站的實際情況和具體要求，結合成熟的技術和先進的電器設備，設計了一套礦區(qū)加油站監(jiān)控管理系統。本文的主要研究內容有：（1）系統整體方案的設計；（2）控制系統硬件設備選型；（3）系統上位機、PLC 和觸摸屏軟件設計；（4）IC 卡和加油數據安全性考慮；首先我們需要進行上位機監(jiān)控管理系統軟

6、件的設計：包含選取適合的編程軟件，設計上位機系統的監(jiān)控管理軟件，能對進出油及時監(jiān)控、能對數據進行管理和存儲、能對IC 卡進行管理，并且完成控制終端設備的正常運作。然后進行下位機控制系統設計：其中包括選擇IC 卡型號，設計讀卡器，PLC選型及其 PLC數據采集和數字量信號、模擬量信號以及脈沖信號處理。終端執(zhí)行機構的選型和接線。設備之間的通信連接以及調試。最后，進行系統測試，上位機軟件和下位機終端設備進行整體調整，全面的測試系統的性能是否穩(wěn)定可靠。2 總體方案設計2.1 設計原則進行系統設計時必須以安全性、可靠性、實用性和可擴展性等要求為原則，使建成的系統具有先進的技術、完善的功能、靈活的配置等特

7、點2。（1）提高控制系統的精度。系統體系的計量精度是權衡自動化加油系統優(yōu)劣的重要尺度，在硬件系統上完善方案最大程度杜絕偷油漏洞，軟件程序上采用合理的控制算法來提高系統的測量和控制精度。（2）實用性。對企業(yè)來講，建立和施行新系統、保持技術上和管理上的先進的同時，要講究實效性，要遵守簡單實用.的原則，不能一昧追求技術的先進性而采用投資大成本高的技術方案，忽略經濟效益。（3）可靠性。礦區(qū)加油站自動化控制系統要求數據測量精確無誤、傳輸精確，系統運轉穩(wěn)定，出現故障后要有修理措施，能夠及時環(huán)節(jié)故障，快速恢復系統正常運轉，在抗干擾性方面要有可行的方法，保證系統穩(wěn)定運轉。（4）開放性。在硬件和軟件設備之間的連

8、接，系統功能的升級和設備的擴展更新上，擁有較強的適應性，容許后續(xù)生產規(guī)模擴張加油設備增添時的系統擴建的需要。（5）易操作性。便于操作人員理解、學習、掌握和使用，監(jiān)控界面中的圖形和文字同時顯示，操作簡單方便。工作人員經過短時間集中培訓或分散培訓后就能熟練準確的操作。（6）安全性。安全生產是企業(yè)最重要的事情，控制系統采用必要的安全生產機制，硬件設備必須達到防爆要求，保證員工的安全。2.2 控制方案可以分為以下幾種控制系統：DCS 系統，便是所說的分布式控制系統，又可稱為集散控制系統，是一種新型的計算機控制系統相對于集中式控制系統，它是在集中式控制系統基礎上發(fā)展演化而來的。DCS系統能夠簡單的概括為

9、“三點一線”式的結構?！耙痪€”指的是DCS系統的計算機的骨架網絡，“三點”指的是在其網絡上的三種類型不同的節(jié)點，“三點”一是面對被控過程的現場控制站，二是面對操作員工的操作員站，三是面對DCS系統的管理操作人員的工程師站。現場UO控制站完成對過程現場UO處理并實現直接數字控制;操作員站的作用是操作人員與現場設備驚醒人機交互，這樣現場設備的運行狀況操作人員便能及時掌握;工程師站的工作是對DCS進行離線配置和在線系統監(jiān)督、管理、控制和維護3。PLC+PC 機控制系統。最早時時PLC是為了代替?zhèn)鹘y的繼電器控制系統而開發(fā)出來的，以開關量為主要的系統最適合應用此系統。因為計算機技術和通訊技術的快速發(fā)展，

10、使得PLC 的功能變得極其強大，尤其是通訊功能的改進，為實現 PLC與上位機連接成網絡構成上、下位機控制系統提供了可能性3。在這個系統結構中，PLC 承擔工業(yè)現場的控制工作， PC機來承擔操作站和工程師站的工作。在安裝有 PLC編程軟件的PC機上可以離線或在線編輯 PLC 的控制程序，下載到 PLC，PLC 便可獨自實現現場的數據收集、邏輯控制、模擬控制等工作；在安裝有組態(tài)軟件的 PC 機上可以簡便的對生產過程進行實時監(jiān)控。PC 機的優(yōu)點是可以便捷的完成數據計算、圖形處理、數據管理這些功能，PLC的優(yōu)點是邏輯過程控制，把二者結合起來運用各自的優(yōu)勢，對于解決工業(yè)現場問題有很強的實際意義。圖2-1

11、控制系統總體圖Fig.2-1 The overall control system of FIG根據礦區(qū)加油站的實際情況和對控制量的分析，我們設計采用PLC+PC 機控制系統，之所以下位機以PLC為核心來設計，是因為PLC是對于開關量的控制十分出色，而且在數字處理和順序控制上優(yōu)勢顯著；比較適合多開關量、模擬量控制的場合。從幾十點的小型PLC，再到上千點的大型PLC，為系統組建提供了便利條件。計算、操作、數據管理使用上位機 PC 機十分方便。將二者結合后用于工控系統的工控模式成功案例不勝枚舉，而且其系統升級維護十分便利。在工業(yè)生產過程中，我們完全可以采用PLC+PC 機控制系統來代替其他工控系統

12、如DCS。并且，這類控制系統的開發(fā)時間短、投資成本較本低，在中小型控制系統中被普遍使用?？偟膩碚f，本系統主要采用PLC+PC 機的構成形式，外加其他終端設備及執(zhí)行機構，如圖所示。控制系統把計算機當作上位機的控制核心，PLC為下位機控制核心。上位機主要工作是以監(jiān)控界面的形式對現場操作過程實時監(jiān)控管理。下位機主要工作是收集數據、邏輯控制和模擬量控制等工作5。利用安裝有PLC編程軟件的計算機，對PLC進行離線（或在線）控制程序編制，一般為梯形圖形式，當程序載入PLC后，PLC就可以正常工作，按照預設程序運行。同時，上位機監(jiān)控軟件也可以控制PLC動作的執(zhí)行。上位機監(jiān)控管理軟件和下位機PLC系統互相聯合

13、可實現系統各種工作，在PC機上安裝實時監(jiān)控軟件系統，可有效的對加油站的工作流程進行實時監(jiān)控。監(jiān)控管理系統中，PLC的主要工作包括：現場的數字信號、模擬量信號的采集工作，將采集到的數據進行運算處理，然后上傳給上位機。在加油站收發(fā)油過程中，為上位機提供數據支持5。2.3 系統設備之間的通訊連接整套控制系統的主要組成部分有：監(jiān)控管理 PC 機、PLC控制柜、IC 卡讀卡器、觸摸屏控制器、現場執(zhí)行機構（閥、泵、流量計等設備）。整套設備各個部分最后需要連接成為一個整體，進行現場通訊測試。本系統的通訊連接按通訊類型共分為三種：RS232 通訊、RS485通訊、控制電纜連接。圖2-2控制管理系統連接圖Fig

14、.2-2 Control Management System Connection利用 RS232 進行通訊連接的有：IC 卡讀卡器與上位機、觸摸屏控制器與上位機。IC卡讀卡器與監(jiān)控管理 PC 機的連接接口已經設計為 RS232 接口，由于讀卡器為多個，所以我們選擇了一個多串口卡作為 PC 機設備連接的接口，可以同時安插多個串口設備。利用 RS485 通訊的是監(jiān)控管理 PC 機與下位機PLC。采用此通訊方式的主要原因是上、下位機之間有一段距離，為了確保通訊的穩(wěn)定正確，我們采用了通訊距離較長、抗干擾性能也好的 RS485。RS485通訊具有許多優(yōu)點：接口采用差分接收器.和平衡驅動器互相組合，抗共

15、模干擾能力將會增強，可更好地抵抗噪聲的干擾；通信距離較大；接口信號的電平低，不會輕易的破壞接口電路，而且該電平與 TTL 電平兼容，可方便TTL電路之間的連接6。2.4 系統流程分析發(fā)放 IC 卡：由發(fā)卡中心制作不同類型的 IC 卡并發(fā)放給司機等人，系統啟用后必須持卡加油。司機停車插好油槍：司機將卡車停在加油站合適位置，將加油槍插好。司機到控制室插入 IC 卡：司機進入控制室，加油工將IC卡插入讀卡器，上位機讀取卡內訊息并檢查 IC 卡合法性，若合法便可以加油。工作人員輸入加油設定值或直接預開啟加油。司機開始加油：司機到加油機旁檢查油槍是否正常，按下啟動鍵，系統開啟閥門和電動機，啟動加油。停止

16、加油：若加油過程中遇到緊急狀況，司機或工作人員可按下停止鍵。定量加油到預定值時系統會自動停止，非定量加油加油完成時工作人員按停止鍵結束加油。司機到控制室取卡簽字：加油結束后司機拔下加油槍，到控制室取回IC 卡并在加油票上簽字。本班結賬：班次加油工作完成時，加油員要校對本班賬目信息，進行換班。3 控制系統硬件電路選型及設計3.1 PLC硬件3.1.1 PLC硬件組成及特點PLC實質上是一種工業(yè)控制計算機，PLC的組成與計算機的組成十分相似。但是它擁有比普通的計算機強大的與工業(yè)流程接連的接口，以及更為適合于控制要求的控制語言。PLC的硬件組成有中央處理器、存儲器、輸入單元、輸出單元、通訊接口、擴展

17、接口電源等器件。當中CPU是PLC的核心組件，連接輸入和輸出設備與CPU設備的是輸入單元與輸出單元接口電路，編程器、計算機等外部設備之間連接由通訊接口完成7。圖 3-1 PLC系統組成Fig.3-1 PLC system components（1）中央處理單元同一般的微型計算機一樣，CPU是PLC的中心。PLC中所配置的CPU 由機型決定，機型不同CPU也不同，經常使用的有三種：單片微處理器、通用型微處理器和位片式微處理器。小型PLC基本使用8位的通用型微處理器或者單片微處理器；中型PLC使用16位通用型微處理器或單片微處理器；高速位片式微處理器基本為大型PLC所使用。 當前，小型PLC為單C

18、PU操作系統，而中、大型PLC則很多都為雙CPU操作系統，少數PLC中更擁有8個CPU。對于雙CPU系統，其中一個是字處理器，使用8位或16位的處理器；第二個是位處理器，使用由專門廠家設計制造的特定芯片。字處理器作為主處理器，其作用是執(zhí)行編程器的接口功能，監(jiān)控內部定時器和掃描程序時間，完成字節(jié)指令還有對總線和位處理器進行程序控制。位處理器作為從處，主要工作是處理位操作指令和機器語言與PLC編程語言之間的轉換。使用位處理器,可提升PLC的穩(wěn)定及運行速度，使PLC能更好地完成控制指標。（2）儲存器有兩種儲存器：第一種是隨機存儲器RAM，它可能完成讀寫操作，第二種是只讀存儲器ROM、PROM.、EP

19、ROM等，并不能進行寫操作。在可編程控制器中，存儲器主要作用是存儲用戶程序、工作數據及系統程序等內容。 PLC的控制對象決定用戶程序的編寫，用戶根據產品的工藝控制要求來寫出符合要求的控制程序。為了方便程序讀寫、檢查和修改，用戶程序一般保存在CMOS靜態(tài)存儲器中，使用鋰電池當作備用電源，保障斷電時不會失去重要信息。還需防止各種外界干擾對RAM中程序的擾動，當用戶程序運行一段時間，沒有問題不用再次修改時，就可將其固定在只讀存儲器EPROM中。工作數據是PLC運轉過程中時常發(fā)生變化、存取的部分數據。儲存在RAM中，滿足隨機存取的要求。在數據存儲器之中，放有存放輸入/輸出繼電器、定時器、輔助繼電器、計

20、數器等邏輯元件的存儲空間，這些器件的工作狀態(tài)是以用戶程序的初始狀態(tài)和運行狀態(tài)而決定的。根據要求，部分工作數據在斷電后使用備用電池維持正常的工作狀態(tài)，這部分在斷電時可以存儲工作數據的存儲區(qū)域稱為保持數據區(qū)。 系統程序是PLC的生產廠家開發(fā)出來的，與系統的硬件組成相關，進行診斷系統、命令翻譯、功能子程序調用管理、邏輯算法、通訊和各種參數整定等功能，提供系統的運行空間。系統的程序決定了到PLC的性能，而且在PLC運行過程中并不會修改程序，因此是生產廠家直接固定在只讀存儲器中，用戶不能進行訪問及修改。 因為系統整體程序和工作的數據與用戶沒有直接關系，因此在PLC使用手冊內所闡述的存儲器的形式和容量是指

21、用戶程序的存儲空間。當PLC所提供的用戶存儲器容量不夠用的時候，許多PLC還有存儲器擴展功能單元。（3）輸入輸出單元輸入/輸出單元一把又叫I/O單元或I/O模塊，是PLC與工作現場之間的接連元件。PLC經過輸入接口可以檢查被控對象的全部數據，用這些數據當作PLC控制被控制對象的依據； PLC又經過輸出接口把處理的結果發(fā)送給被控制目標，來達到控制目標。因為外部的輸入和輸出設備需求的電平信號是各不相同的，但是PLC內部CPU處理的信號只能是標準電平，因此I/O接口需要完成這種信號的轉換。I/O接口正常來說都擁有光電隔離作用和濾波能力，來提高PLC的抗干擾性能。除此之外，I/O接口上一般還擁有狀態(tài)指

22、示功能，工作狀態(tài)直觀便于查看，維護簡單。PLC供給了許多操作電平信號和驅動功能的I/O接口，有功能很多的I/O接口讓用戶選取。I/O接口的主要類型有：數字信號輸入、數字信號輸出、模擬信號輸入、模擬信號輸出等。經常使用的開關量輸入接口按應用的電源類型不同有三種型號：直流輸入型、交流輸入型和交/直流輸入型。（4）通訊接口PLC裝有很多種訊信接口，這些通訊接口通常都擁有通信處理器。PLC通過這些通訊接口可與監(jiān)視界面、打印設備、其它PLC、計PC機等設備完成通訊。PLC與打印機連接，可將過程控制信息、系統參數等數據進行打印輸出；與監(jiān)視界面相連，可將控制過程圖象顯示并監(jiān)控；與其它PLC設備相接，能夠組成

23、多機體系或連成網絡，達成更大規(guī)模的系統控制。與PC機相接，可構成多級分布系統控制，實現控制系統與經管共同完成任務。遠程I/O系統也必須安裝對應的通訊接口模塊。（5）智能接口模塊智能接口模塊可以說是獨立的計算機控制系統，它擁有獨自的CPU、程序儲存器、系統程序以及與PLC系統總線相連接的接口模塊。它作為PLC系統的模塊，通過總線與PLC相連，進行數據的交互，并在PLC的協助管理下獨立地完成工作。PLC的智能接口模塊種類多種多樣，有高速計數模塊、中斷控制模塊等。（6）編程器編程器是可編程序控制器系統的人機接口，用于用戶工作程序的編寫、調試功能和監(jiān)控功能等。還可以經過鍵盤去選取和顯示PLC的一些內部

24、狀態(tài)信號和系統工作參數。它通過通訊接口與CPU相連，完成人機交互功能。編程器上有給編寫程序使用的各類功能鍵和指示燈和編寫、監(jiān)控轉換按鈕。編程器的鍵盤使用梯形圖語言鍵符，還能夠使用軟件指定的功能鍵符，經過屏幕編寫方式進行程序編寫。 編程器有兩種類型一為簡易型另一種是智能型。簡易型只能進行連機編寫程序，智能型既可連機編程還能脫機編程。而且前者需要輸入梯形圖的語言鍵符較為繁瑣，后者直接輸入梯形圖即可。根據不同要求的PLC選用對應的編程器。（7）電源PLC使用220V的交流源或者24V的直流源， PLC的中央處理器、存儲器等電路由PLC內部的開關電源來供給，大小為5V、12V和24V直流電源，使PLC

25、能進行正常工作。PLC特點：（1） 可靠性高，抗干擾能力強 工業(yè)控制現場對控制設備的需求精度跟高，要擁有強大的抗干擾性能和很高的可靠性能，能在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定地進行工作，發(fā)生故障的概率小，故障修復所需時間較短。這也是 PLC控制強于微機控制很重要的優(yōu)點。例如三菱公司F2-2N系列PLC故障時間間隔長達三十萬小時以上，而 A系列的PLC可靠性能比F2系列更好。PLC 控制系統正常來說有兩種發(fā)生故障的因素：第一種是突發(fā)性故障，是由工作環(huán)境過于惡劣引起的，這種故障只要不使得硬件設備的損壞，當工作環(huán)境變?yōu)檎r，系統也會隨之恢復正常工作，但由于PLC受到環(huán)境干擾后，內部的信息被干擾，必須從初始狀態(tài)再次

26、開啟。另一種是永久性故障，是由于硬件損壞引起的。（2）編程簡單，使用方便 這是PLC 優(yōu)于微機的一大特點。目前大部分PLC使用繼電控制方式的梯形圖編程，控制線路不僅簡單明了，又符合現場工作人員的讀圖習慣和微機操作水平，便于學習和編寫，與常用的匯編語言對比，更容易讓人接受。進一步簡化編程，當今的 PLC還針對具體問題設計了步進梯形指令、功能指令等。 PLC是給現場操作人員而開發(fā)的，正常來說短時間內就能學會使用。而微電腦控制系統則需要工作人員擁有一定知識閱歷。當然，PLC的軟件編程，需要有相關的專業(yè)人員的幫助。（3）控制程序可變，具有很好的柔性 在生產線配置更新或工藝流程變更的狀況下，不需要更改P

27、LC系統的硬件設備，只要重新編寫程序就可以完成新的工藝需求。所以PLC才能取代繼電器成為新的控制方式，并且擁有其所不具有的至關重要的優(yōu)點。因此PLC除了作用于單機控制方式外，在柔性制造系統，甚至工廠的自動化系統中也被大量應用。（4）功能完善 現代PLC具有數字信號和模擬信號兩種輸入輸出、邏輯運算、定時、計數、順序控制、功率啟動、通訊、人機交互、自我檢測、記錄功能、顯示能力，設備水平提高顯著。（5）擴充方便，組合靈活 PLC擁有多種擴充模塊，可以極大程度應用于不同現場控制端需要的不同輸入輸出模式的硬件系統。（6）減少控制系統設計工作量 因為PLC使用軟件編程來達到正常工作的控制要求，有別于繼電器

28、控制使用接線來達成控制要求，于此同時PLC還能進行模擬調整，操作性和監(jiān)控現場能力進一步加強，這些都減少了許多的工作量。（7）體積小、重量輕 飯盒大小的PLC具有相當于冰箱大小的繼電器控制柜的控制功能，節(jié)能在百分之五十以上。 因為PLC是工業(yè)控制計算機，它的結構精密、堅硬、體積精巧，并且因為具有很強的抗干擾性能，可便捷的將其安裝在機械上，因此很容易達成電機一體化，是較為理想的控制設備。因為PLC擁有了上面的特點，它將微計算機和繼電器技術完美地相結合在一起，新型的PLC硬件系統，還把直接數字控制技術添加上，并具有監(jiān)控計算機的能力。因此它的利用囊括了大部分的生產企業(yè)，PLC能改變傳統機械設備成為機電

29、一體化的新生代設備，又能用于生產過程自動化控制，實現工業(yè)生產的簡便、快捷、高產與降低成本?？偠灾?，PLC技術體現了目前電氣控制的自動化水平，PLC技術與數控技術和工業(yè)機器人技術已成為機械工業(yè)自動化的三大支柱。3.1.2 PLC選型原則 PLC 的具體選型跟據是：工藝流程的工作方式及其應用需求。PLC 需要與系統的其它設備及軟件相互連接，易于完成功能擴展。因此選型的時候，我們需具體的分析工業(yè)控制流程，來保證能完整的達成控制目的。在確定了被控對象和控制要求及控制范圍之后，分析PLC控制的系統設備要工作的具體內容，根據以上幾點，首先對輸入輸出點數進行估計，對程序數目或存儲器容量估計。然后確定 PL

30、C 需要實現的系統功能，了解被控設備特性。最后還要考慮硬件的性價比和工程預算7。PLC選型指標如下：（1） I/O 點數估計對I/O點數進行估算時需考慮一些的被用量，一般來說根據輸入點數與輸出點數，以后的擴展，再添加百分之十到二十的可擴展接口，作為點數估算依據。I/O點數是PLC的首要指標。適當的選擇I/O點數不僅可以滿足系統控制要求又可以使系統總投資降低。（2） 存儲容量預估存儲器的容量是可編程序邏輯控制器自己擁有的硬件存儲單元的大小，存儲器中用戶應用程序使用的存儲單元的容量叫程序容量，所以存儲器容量大于程序容量。開發(fā)編程的時候，因為用戶應用程序尚未編寫，所以，程序容量在此時是不可計量的，只

31、有在程序調試完成之后才能計算。在選型時通常需要對程序容量有必要的估算，一般以估算存儲器的容量來代替。存儲器內部的容量估算沒有具體的方式，很多書本資料中給出很多不同的公式，總體上就是按數字量I/O點數的十到十五倍與上模擬I/O點數的一百倍之和，以此數作為內存的總字數，依據上頭總字數再按此數的25%考慮余量。（3） 控制功能選擇該選取包括運算功能、控制.功能、通信.功能、編程.功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。簡單PLC能進行邏輯運算、計時和計數等運算能力；普通 PLC不僅有上面的能力還包括數據比較、移位等運算能力；再復雜運算功能有代數運算、數據傳遞等能力；大型PLC 中還可以進行模擬量的PI

32、D運算以及其余高級運算能力。由于開放系統的開發(fā)，目前PLC全都擁有通信功能，有些PLC可以與下位機進行通訊，有些PLC擁有與上位機的通訊能力，還有些PLC能與工作現場和企業(yè)網站進行通訊的功能。選型時需要從實際工作的要求分析，適當選用合適的運算能力。大多數工作場合，僅僅只要邏輯運算和計時計數功能即可，有些工作需要數據傳遞和比對，需要模擬量檢測和控制時，才運用代數運算，數值轉換和PID運算等。需要顯示數值時才用譯碼和編碼等運算?？刂乒δ芸筛爬镻ID控制、前饋補償控制、比值控制運算等功能，應根據具體控制需求決定。PLC大都運用于順序邏輯控制，所以，模擬量的控制問題可以使用單回路或多回路控制器來解決

33、，偶爾也會使用專用的智能模塊單元進行所需的控制功能，提高PLC的運行速度和節(jié)省存儲器空間。例如使用PID控制單元、高速計數器單元、帶溫度補償的模擬單元、ASC 碼轉換單元等。PLC與工控機和人機交互界面之間傳遞指令和數據都需要通過通訊方式，大多數情況下使用RS232通訊方式就可以。但是加油站通訊距離略長，此時可使用RS485通訊方式，所以PLC需要能夠在通訊方式上靈活簡便的改變。離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在進行編程中，CPU 只為編程器進行處理，并不控制現場設備。編程結束后，將其切換到運行方式，CPU對現場設備進行實時控制，不可進行程序編輯。此方法可降低系統成本及運行費

34、用，但不能同時進行兩種工作。在線編程方式：控制工作和編程器有各自的CPU，主機CPU進行現場控制工作，并在接下來的一個掃描周期與編程器的數據交互，編程器將編寫的程序或數據發(fā)送到主機CPU，接下來的掃描周期，主機就會按照新的程序進行工作。這種方式成本比上一種高，但系統調試和操作簡便，在大中型PLC中常常被使用。PLC的診斷功能包含硬件和軟件兩部分。硬件診斷通過硬件的邏輯信號判定確定硬件的故障地點，軟件診斷分內診斷和外診斷。經過軟件對PLC內部的性能和功能程序進行診斷叫內診斷，經過軟件對PLC的CPU與外部I/O模塊信息交換功能進行診斷叫外診斷。PLC的診斷能力的大小，直接影響對工作人員技術水平的

35、要求，并影響維修所需時間。PLC采用掃描方式工作。從實效性要求來說，處理信息速度越快越好，若是掃描時間大于信號持續(xù)時間，該信號就不能被PLC掃描到，會丟失信號數據。系統處理速度與用戶程序的大小、CPU處理速度、軟件等相關。現在，PLC觸點響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.20.4Ls，所以能適應高要求的控制、相應要求快的系統要求。處理器掃描周期需要適應要求：小型PLC的掃描時間小于等于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間小于等于0.2ms/K。（4） 機型的選擇若按結構來分PLC可分為模塊型和整體型，按使用場合可分為現場安裝和控制室安裝；按CPU字節(jié)長度分為1位、4位、8位、16位

36、、32位等。整體型PLC的I/O點數是不能改變的，所以用戶選擇的種類很少，可用在微型控制系統上；模塊型PLC有很多I/O擴展模塊，因此用戶可根據需要進行適當的選擇和配置控制系統的模塊，功能擴展簡便快捷，可用于大中型控制系統。輸入輸出模塊的選取要與系統要求一致。例如對于輸入模塊，應考慮電平信號、信號傳送距離、信號隔離、信號供電形式等工作需求。對輸出模塊，應考慮選取的輸出模塊類型，一般來說繼電器輸出模塊的價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長，性價比一般；可控硅輸出模塊適用于經常開關設備和電感性低功率因數負荷場所，但價格昂貴，過載能力很差。輸出模塊具有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等方式，與

37、系統要求應一致?？筛鶕F場要求，適當的選取智能型模塊，來提高控制水平和降低設備成本?？紤]是否要擴展接口或遠程I/O接口等。PLC的電源，除引進設備時同時引進PLC應依據產品使用說明書要求選取外，通常PLC的供電電源應使用220VAC電源，與國家電網的電壓相同。在不能斷電的工作現場，應使用不間斷電源或穩(wěn)壓電源。若PLC設備擁有自帶電源時，應校對提供的電源是否能符合現場要求，若不符合則要設計外接電源。為防止外部高壓電源由于誤操作而進入PLC設備，針對輸入和輸出信號進行隔離是要有的，不緊急的情況下可使用二極管和熔絲進行保護。因為計算機集成芯片發(fā)展迅速，存儲器的市場價格已下降很多，是以，為了使工程項目

38、的正常運營，一般需要PLC的存儲容量，按至少選8K存儲器來選取。當要進行復雜控制時，該選取容量更大，性能更好的存儲器。選取PLC時，應適當考慮性價比?？紤]價格方面時，要一同考慮系統的可擴展性、可操作性、等成分，進行對比和統籌，最后選取更為適合的產品。輸入輸出模塊對價格有直接影響。每添加一塊I/O口模塊就要增加很多的開支。當I/O點數增加到一定地步后，對應的存儲器容量等參數也要根據它來增加，因此，點數的增加對CPU選取、存儲器容量選取、控制功能范圍界定等方面都有很大影響。在預算和選用時需謹慎考慮，使整個控制系統有較合理的性價比8。3.1.3 具體選型現在市場中使用最多的PLC品牌有歐姆龍、三菱和

39、西門子等。歐姆龍PLC包括小型機，中型機，大型機三種。CPM1A為微型機其組成結構精密、成本較低，在CPU之中配備了十到四十各點的輸入輸出端口，是組建型一體化的PLC硬件。添加了能進行平穩(wěn)輸入輸出功能的輸入濾波功能、迅速響應輸入功能、外部中斷輸入功能、高速計數器等能力，模擬定時器能力使用快速閃存，不需要電池的內存支持得以實現，維護簡便快捷。但擴展單元有限且通訊模塊并不穩(wěn)定。三菱PLC是三菱電機在生產的主力產品。三菱PLC在市面上常見的有以下型號： FX1N、X1S、X2N、FX3U、FX2NC 、R-A 和R-Q等，三菱的優(yōu)勢在于離散控制和運動控制，三菱PLC的指令非常多，有專門用于定位的指令

40、，控制步進易于控制簡單靈活，進行復雜的動作控制也是三菱系列PLC的長處，但是三菱系列PLC的模擬量擴展模塊價格十分貴。在這方面SIAMTIC擴展模塊擁有很大的優(yōu)點，買回來直接可以使用，與系統的兼容性好，可以在惡劣情況下進行工作，模塊還可以進行擴充和開發(fā)升級。SIAMTIC的硬件抗震性能非常好，由集中式和分布式I/O接口控制。SIAMTIC功能全面，系統性能穩(wěn)定，品質好，市場好評率高。SIAMTIC擁有結構化的編程形式，支持多種通訊協議。另外SIAMTIC系列適用于多種觸摸屏和組態(tài)軟件方便現場設備的集成與通訊，對于擴展模塊其研發(fā)了很多種，減輕了工作人員的負擔。圖3-2 S7-200PLC實物圖F

41、ig.3-2 S7-200PLC physical map考慮到加油站的綜合因素，對 PLC系統運算效率要求不是很高，由于安裝方便和可擴展原則，應該選用一小體型PLC。S7-200適用于制造機械設備或作為獨立的解決方法，是微型自動化系統的組成部分，PLC的組態(tài)軟件可用STEP 7 Micro/WIN，S7-200應用于性能要求不高的自動化工作。它是低成本的微型系統。3.1.4 S7-200介紹S7-200 是小型的可編程序控制器，可應用于很多行業(yè)，用來檢測、監(jiān)控各種現場的過程控制及工作狀態(tài)。S7-200系列能力非常強大，不管是在獨立運行下，還是連接成網絡，都能實現復雜功能控制。因此S7-200

42、系列PLC擁有很高的性價比。CPU 221具有6輸入/4輸出總數為10個數字量I/O點。不能進行I/O擴展。程序和數據存儲空間有6K字節(jié)。單獨的30kHz高速計數器4個，單獨的20kHz高速脈沖輸出2路。RS485通訊接口1個，服從PPI通訊協議、MPI通訊協議還擁有自由方式通訊能力。十分適合小點數控制系統使用的微型控制器。CPU 222具有8輸入/6輸出總數為14個數字量I/O點?？蛇M行模塊擴展，可插兩個擴展模塊。6K字節(jié)程序和數據存儲空間。單獨的30kHz高速計數器4個，單獨的20kHz高速脈沖輸出2路。RS485通訊接口1個，服從PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。也是十分

43、符合小點數控制要求的微型控制器。CPU 224具有14輸入/10輸出總數為24個數字量I/O點?？梢赃M行7個模塊的擴展，最大可擴展至168路數字量I/O接口或35路模擬量I/O接口。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。擁有單獨的30kHz高速計數器6個，單獨的20kHz高速脈沖輸出2路，還擁有PID控制器。1個RS485通訊接口，服從PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可進行總體拆裝。是一款具有很強控制性能的控制器。CPU 224XP具有14輸入/10輸出總數為24個數字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，擴展模塊共有7個，最大可以擴展至168路數字量I/O接口

44、或38路模擬量I/O接口。20K字節(jié)程序和數據存儲空間。具有6個100KHz的獨立高速計數器，2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊接口，服從PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。本機還添加了多種能力，如內置模擬量I/O接口,自我整定PID功能，線性斜坡脈沖命令，診斷LED命令，數據存儲等功能。是擁有模擬量I/O和強大控制能力的一種新型CPU。本系統中PLC選擇西門子公司S7-200系列的CPU226，S7-200是西門子公司的小型編程程序控制器，可以單機控制，也能夠進行輸入和輸出功能模塊的擴充，結構精巧，可靠性能較高，運行速度夠快，有很多不同的指令，擁有多種集成功能以

45、及實時特性。S7-200系列CPU通信接口是RS485，不需要外接擴展通信模塊，只要接入與其相匹配的電纜即可進行通信，三種通信方式分別為點對點接口的PPI通訊協議、自由通訊接口和多點接口的MPI通訊協議。本機擁有24輸入/16輸出總數為40個數字量I/O點?？梢赃M行7個模塊的擴展，最大擴展至248路數字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。單獨的30kHz高速計數器6個，單獨的20kHz高速脈沖輸出有2路，具有PID控制器。2個RS485通訊接口，服從三種通訊協議PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O接口可很容易進行總體拆裝?？稍谳^高要求的控制系

46、統中使用，具有更多的輸入/輸出接口，更好的擴展模塊，更快的運行速度以及更強的內部集成特殊功能?？赏赀m應于一些復雜中小型控制系統。模擬量輸入模塊（EM231）模擬量輸入模塊即是將模擬信號轉換成為PLC所能接收的數字信號的模塊。生產過程中的模擬信號具有很多種，其擁有不同的信號類型和參數。因此，通常先用現場信號變送器將模擬信號變換成標準的電流電壓信號（電流信號為420mA直流信號、電壓信號為15V的直流信號）然后將其送入模擬量輸入模塊把模擬量轉換成數字量，使得PLC的CPU能對其進行信號處理。 圖3-3 EM231模擬量輸入模塊端子接線圖Fig.3-3 EM231 analog input modu

47、le terminal diagrams模擬量輸入模塊（EM231）具有4個模擬量輸入接口，每個使用存儲區(qū)域2個字節(jié)。該模塊模擬量的輸入信號是只讀信號。電壓輸入分為單極型和雙極性：前者為010V、05V；后者為-5+5V、-2.5+2.5V,電流輸入范圍020mA。模擬量到數字量所需轉換時間為250us，此模塊的電源為直流24V，可由CPU模塊的傳感器電源DC24V/400mA直接提供，也可由用戶供給外接電源。EM231模擬量輸入模塊上有12個接線端子，每3個為一組，可作為一路模擬量輸入通道，電壓信號只用兩個端子即可完成,而電流信號需用3個端子才能完成。其中RC與C+端子短接，對于未用的輸入通

48、道需要短接。模塊下部左端M、L+兩應接入DC24V電源。3.2 IC卡以及讀寫設備選型3.2.1 IC卡分類及簡介IC 卡可以成為個人身份辨認的一種手段，隨著科學技術的發(fā)展，它的利用己經深入到列國的經濟發(fā)展、社會生產、軍事等各個領域，將來更有著更為巨大的發(fā)展?jié)摿?。它是由擁有保存、計算、加密等功能的集成電路芯片壓制制作成的，可以進行保密、存儲、傳遞、修改數據。將 IC 卡和其他設備連接成一個系統就能提供各種各樣的服務功能。根據 IC 卡的硬件組成和卡片數據的讀寫方法來分類，IC 卡可以分為接觸式 IC 卡、非接觸式 IC 卡和雙界面卡 3 種。在使用過程中需要將讀寫設備的觸頭和卡的觸頭互相接觸觸

49、之后便可進行數據讀寫的叫做接觸型 IC 卡。它通過電極觸點把卡的集成電路與外部接口電路直接接觸連接來完成數據交互。非接觸型IC卡增加了射頻發(fā)射電路，將卡中集成電路設備與外部接口設備進行通訊，卡片不需要直接接觸接口設備的觸頭就可以對數據進行讀寫修改。雙界面卡結合了以上兩種讀寫技術于自身，可靈活用在各種場合。（1）非接觸式IC卡非接觸式IC卡又叫做射頻卡，由芯片和感應天線結合而成，封閉在一個PVC卡片之中，芯片和天線均無任何部分外露。是全球最近幾年開發(fā)出來的一項新技術，它成功的把射頻辨認技術和IC卡技術聯合起來，使得無源和免接觸這兩個問題不再是難題，是電子器件范疇內的重大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍內

50、貼近讀卡器表面，通過無線電波的來傳遞數據完成讀寫操作。射頻讀寫器向IC卡發(fā)送固定頻率的電磁波，卡片內設有一個LC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率一致，這樣在電磁波觸發(fā)下，LC諧振電路產生共振，電容內部產生電荷；在這個電荷的另一端，連接一個電子泵，此電子泵為單向導通，把電容內的電荷輸送到另一個電容內進行存儲，當電容內的電荷存到2V時，此電容可成為電源為其它電路進行供電操作，將卡內數據發(fā)射出去或接收讀寫器的工作數據。非接觸性IC卡與讀卡器之間通過無線電波來完成讀寫操作。二者之間的通訊頻率為13.56MHZ。非接觸性IC卡本身是無源卡，當讀寫器對卡進行讀寫操作時，讀寫器發(fā)出的信號由兩部分疊加組

51、成:一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與本身的L/C產生一個瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是指令和數據信號，指揮芯片完成數據的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀寫器,完成一次讀寫操作。讀寫器則一般由單片機，專用智能模塊和天線組成，并配有與PC的通訊接口，打印口，I/O口等，以便應用于不同的領域。（2）接觸式IC卡接觸式IC卡是通過讀寫設備的觸點與芯片的觸點接觸后進行數據讀寫?？ㄆ瑑确庋b的集成電路芯片，可以紀錄并刷新所存儲內容。在使用時，通過有形的電極觸電將卡的集成電路與外部接口設備直接接觸連接，進行數據交換。接觸式IC卡是獲取工作電壓的原理：接觸式IC卡通過其表面的金屬電極觸點將卡的集成

52、電路與外部接口電路直接接觸連接，由外部接口電路提供卡內集成電路工作的電源。接觸式IC卡與讀寫器交換數據的原理：接觸式IC卡通過其表面的金屬電極觸點將卡的集成電路與外部接口電路直接接觸連接，通過串行方式與讀寫器交換數據。存儲容量大：其內部有RAM、ROM、EEPROM、等存儲器，存儲容量可以到兆字節(jié)，可存儲文字、聲音、圖形、圖象、等各種信息。體積小，重量輕，抗干擾能力強，便于攜帶，易于使用。安全性高：IC卡從硬件和軟件等幾個方面實施其安全策略，可以控制卡內不同區(qū)域的存取特性。加密IC卡本身具有安全密碼，如果試圖非法對之進行數據存取則卡片自毀，不可再進行讀寫。對網絡要求不高：IC卡的安全可靠性使其

53、在應用環(huán)境中對計算機網絡的實時性、敏感性要求降低，十分符合當前國情，有利于在網絡質量不高的環(huán)境中使用。（3）雙界面卡雙界面卡是由PVC層合芯片線圈而成，基于單芯片的，集接觸式與非接觸式接口為一體的智能卡，它有兩個操作界面，對芯片的訪問，可以通過接觸方式的觸點，也可以通過相隔一定距離，以射頻方式來訪問芯片?？ㄆ现挥幸粋€芯片，兩個接口，通過接觸界面和非接觸界面都可以執(zhí)行相同的操作。兩個界面分別遵循兩個不同的標準，接觸界面符合ISO/IEC 7816；非接觸符合ISO/IEC 14443。雙界面卡/CPU卡(TimeCOS/DI)是基于單芯片的、集接觸式與非接觸式接口為一體的智能卡，這兩種接口共享

54、同一個微處理器、操作系統和 EEPROM?？ㄆㄒ粋€微處理器芯片和一個與微處理器相連的天線線圈，由讀寫器產生的電磁場提供能量，通過射頻方式實現能量供應和數據傳輸。卡片支持多應用：一張卡片可以集成多個不同應用多行業(yè)、多應用同時發(fā)卡。應用靈活、方便，根據不同應用條件和要求，可任選采用接觸或非接觸交易方式，降低運營成本； 適用于交易量大，交易時間短，交易過程無需等候的試用環(huán)境中；機具全封閉，適用于惡劣工作環(huán)境和自助消費場所，抗破壞和抗干擾能力強；適用于對安全性要求高的系統,可作為金融電子錢包應用；卡片防沖突機制，允許多張卡片同時進入交易區(qū)；與傳統接觸式設備完全兼容，可在其上直接使用。3.2.2 I

55、C卡選型圖3-4 SLE4428型IC卡Fig.3-4 SLE4428 IC card由于現場加油時間較長并且要求卡一直在讀卡器內，因此不能選擇非接觸式卡，否則可以隨意拿走或無意碰掉后中斷加油，所以我們選擇了應用普遍、性價比較高的接觸式 IC卡。目前，市場上有很多種類的 IC 卡，比較有代表性的有 ATMEL 公司的 AT 系列和SIEMENS 公司的 SLE 系列。美國 ATMEL 公司生產的 24C01、24C02 等，和德國西門子公司生產的 SLE4414、4428、4442 等產品。根據用戶的需求及市場供給情況，我們選用了德國西門子設計生產的邏輯加密卡 SLE4428，性價比很高，非常

56、符合我們的要求。SLE4428 是一款邏輯加密存儲卡，具有 2K 位的存儲容量和完全獨立的可編程加密代碼存儲器，存儲器容量較大，可以夠滿足要求。內部具有電壓提升電路，這樣就保證了芯片能夠以單 5V 電壓供電。SLE4428 串行接口滿足 ISO7816 同步傳送協議，采用多存儲器結構、2 線連接協議，每字節(jié)編程擦寫時間為 2.5ms。這是一款性價比優(yōu)良的 IC 卡，主要性能有：256 字節(jié)的 EEPROM；32 位保護存儲器；2 字節(jié)用戶密碼，密碼錯誤計數 3 次；串行口滿足 ISO7816 傳輸協議；至少 10 萬次擦寫；至少 10 年的數據保存時間，工作電壓為 5V9。3.2.3 IC卡讀

57、卡器選型S3接觸式智能IC卡讀寫模塊，支持讀寫接觸式智能卡符合ISO7816標準。可選USB接口或串口RS232聯機。符合CCID標準，可以即插即用，便于使用和安裝。10為了提高安全系數，也可選擇在讀寫設備中配置一個符合ISO7816-3,GSM 11.11標準的SAM卡?？砂葱枨蠖ㄖ?。 另外S3讀寫模塊，可以嵌入到大型的設備中，比如POS終端、門禁設備以及自動販賣機等等。 接觸式智能IC卡讀寫設備廣泛應用于個人身份安全認證、訪問控制、公交電子票務、水電表系統、醫(yī)療收費系統、停車場、物流以及供應鏈管理等領域。符合GSM11.11標準的SAM卡座可調整安全級別；設備小巧輕便，方便操作；紅綠雙色指

58、示燈及蜂鳴器可起到提醒作用，避免盲目操作出現故障；可單獨提供接觸式讀寫模塊，便于嵌入到大型設備中，比如POS終端、門禁設備以及自動販賣機等等。圖3-5 S3接觸式智能IC卡讀寫模塊Fig.3-5 S3 contactless smart IC card reader module3.3 電液閥選型作為加油站的輸油控制閥，可選的有氣動閥、電動閥、電磁閥、電液閥等等。閥門電動執(zhí)行機構主要應用于動力廠或核動力廠，因為在高壓水系統需要一個平滑、穩(wěn)定和緩慢的過程。電動執(zhí)行機構的主要優(yōu)點就是高度的穩(wěn)定和用戶可應用的恒定的推力。電動閥結構較復雜，更容易發(fā)生故障，且由于它的復雜性，對現場維護人員的技術要求就相對要高一些；電機運行要產生熱，如果調節(jié)太頻繁，容易造成電機過熱，產生熱保護，同時也會加大對減速齒輪的磨損；另外就是運行較慢，從調節(jié)器