新型站控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

崔 強(qiáng),董軍彥,要利銳,白江濤,柴 華,王長(zhǎng)宏,鄧麗君

(中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠,陜西靖邊 718500)

新型站控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

崔 強(qiáng),董軍彥,要利銳,白江濤,柴 華,王長(zhǎng)宏,鄧麗君

(中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠,陜西靖邊 718500)

某天然氣凈化廠水源站原配套控制系統(tǒng)采用進(jìn)口設(shè)備,在使用過(guò)程中存在故障率高,運(yùn)行維護(hù)成本高和備件組織周期長(zhǎng)等問(wèn)題。為保證該廠供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行,該廠技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了基于PLC的控制程序及通信平臺(tái),精簡(jiǎn)了數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換次數(shù),且新系統(tǒng)成本低廉、通用性強(qiáng)、使用的硬件易采購(gòu)。新系統(tǒng)全面解決了困擾水源站正常運(yùn)行的各種問(wèn)題。

水源站;可編程控制器;Modbus;接口

0 引 言

天然氣凈化廠在生產(chǎn)過(guò)程中,需要可靠的水源供給,供水系統(tǒng)由1座供水站和分別位于廠區(qū)外不同距離處的7口水源井組成。該廠水源井監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)實(shí)現(xiàn)了水源井無(wú)人值守的網(wǎng)絡(luò)化管理。該系統(tǒng)在使用過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)不明原因的通信中斷、CPU核心模塊損壞、網(wǎng)絡(luò)接口電路損壞等問(wèn)題,影響供水系統(tǒng)正常運(yùn)行。目前該CPU市場(chǎng)價(jià)昂貴、組織周期長(zhǎng),且進(jìn)貨渠道較為單一。結(jié)合工廠實(shí)際生產(chǎn)情況,通過(guò)對(duì)各類產(chǎn)品的性價(jià)比、實(shí)用性、可行性進(jìn)行對(duì)比,決定選用目前較為通用的S7-200系列 PLC替換現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)。替換后的PLC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,且與原監(jiān)控系統(tǒng)功能保持一致。

1 PLC站控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程

新的站控系統(tǒng)具有多種功能:實(shí)現(xiàn)中央控制室遠(yuǎn)程啟停潛水泵;監(jiān)測(cè)潛水泵運(yùn)行狀態(tài);監(jiān)測(cè)該井流量、壓力、動(dòng)靜液位、電流、電壓等模擬量輸入信號(hào);系統(tǒng)還具備聯(lián)鎖保護(hù)功能。在實(shí)施過(guò)程中只需要對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造,不涉及現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)、儀表、動(dòng)力柜等的變動(dòng)。

采用PLC對(duì)水源井原有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行替換的過(guò)程中,使用Modbus協(xié)議與Delta V系統(tǒng)串口通信卡(SI卡)進(jìn)行通信。這里定義Delta V為上位機(jī),PLC為下位機(jī)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 S7-200系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)示意

PLC與上位機(jī)Delta V系統(tǒng)的通信建立是該系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。2套系統(tǒng)通過(guò)Modbus協(xié)議進(jìn)行通信。在通信建立的過(guò)程中需要將2套系統(tǒng)用到的通信參數(shù)及地址類型一一對(duì)應(yīng)設(shè)置才能成功。

1.1 下位機(jī)PLC的通信軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境為 Siemens Simatic Step7 V4.0編程軟件,用模塊式結(jié)構(gòu)程序編程,這樣既可增強(qiáng)程序的可讀性,方便調(diào)試和維護(hù),又能使數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一,方便Delta V組態(tài)時(shí)變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一。程序主要有通信子程序、潛水泵控制子程序、模擬量采集轉(zhuǎn)換子程序等。

a)檢查 Micro/WIN的指令樹(shù)中是否存在Modbus RTU從站指令庫(kù)(圖2所示),庫(kù)中應(yīng)當(dāng)包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個(gè)子程序。換,這就需要針對(duì)采集到的模擬量進(jìn)行由單字節(jié)整形—雙字節(jié)整形—浮點(diǎn)—雙字節(jié)整形—整形的轉(zhuǎn)換過(guò)程,以便與Delta V中的數(shù)據(jù)類型相對(duì)應(yīng)。

圖2 調(diào)用Modbus通信指令庫(kù)

其他模擬量如液位、流量、電壓、電流的采集轉(zhuǎn)換子程序只需對(duì)程序中的量程做相應(yīng)修改即可。

1.2 上位機(jī)Delta V系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在Delta V系統(tǒng)中找到系統(tǒng)與S7-200連接的相應(yīng) Port,對(duì)端口中的參數(shù)進(jìn)行配置。調(diào)整替換系統(tǒng)數(shù)字量、模擬量在Delta V中的組態(tài)地址參數(shù)。將 PLC與Delta V的通信參數(shù)、地址對(duì)應(yīng)后,即可進(jìn)行通信的調(diào)試。

在中控室操作員界面,操作員可對(duì)水源井潛水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停操作,監(jiān)測(cè)該井各類模擬量輸入信號(hào),實(shí)現(xiàn)與其他水源井同樣的功能。

2 應(yīng)用效果對(duì)比

該凈化廠水源井應(yīng)用PLC后,新系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):功能在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了重要的改進(jìn);系統(tǒng)程序自主開(kāi)發(fā)便于以后升級(jí)和維護(hù);系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化維護(hù)方便,減少中間環(huán)節(jié)并降低了故障率;數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換次數(shù)降低了一倍,系統(tǒng)響應(yīng)速度加快;新系統(tǒng)的造價(jià)不及原系統(tǒng)的10%,而且硬件采購(gòu)在國(guó)內(nèi)非常方便,且成本低廉、通用性強(qiáng)、采購(gòu)周期短、系統(tǒng)軟硬件有很多實(shí)例教程,便于技術(shù)人員的學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)PLC在水源井應(yīng)用后的持續(xù)測(cè)試與觀察,該系統(tǒng)與Delta V系統(tǒng)通信正常,能夠?qū)崿F(xiàn)正常遠(yuǎn)程啟停潛水泵、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類模擬量參數(shù)的功能。因此該系統(tǒng)完全能夠替代原有系統(tǒng),為工廠節(jié)能增效,并為今后其他類似問(wèn)題提供了新的解決途徑。此案例在類似企業(yè)很有借鑒意義。

b)對(duì) Modbus通信子程序編程時(shí)使用SM0.1—調(diào)用子程序MBUS_INIT進(jìn)行初始化,使用SM0.0—調(diào)用研究MBUS_SLAVE,并指定相應(yīng)參數(shù)。

c)編制潛水泵啟停的程序,如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程啟停潛水泵程序

d)編制模擬量采集轉(zhuǎn)換的子程序,以檢測(cè)流量信號(hào)為例,該井流量計(jì)量程為0～20 m3/h,在程序內(nèi)需做變量的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為與Delta V系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。

因S7-200 CPU采集數(shù)據(jù)區(qū)間在 6 400～32 000之間,需對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)

[1] SIEMENS.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[G]. SIEMENS,2007.

[2] 陳新忠.基于RS-485總線的單片機(jī)多機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2002,(03):8-10.

[3] 李建興.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[4] 陳在平.可編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[5] 宮淑貞.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2002.

[6] 吳先亮.基于多線程的串口通信軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].控制工程,2004,11(2):171-173.

[7] 姚 健,宋志兵,姚沅紀(jì).計(jì)算機(jī)與松下PLC之間通信接口軟件設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2002,18(2):47-78.

[8] 廖常初.可編程程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2001.

The Development and Application of a New Station Control System

Cui Qiang,Dong Junyan,Yao Lirui,Bai Jiangtao,Chai Hua,WangChanghong,Deng Lijun
(The First Gas Factory,PetroChina Changqing Oilfield Co.,Jingbian,718500,China)

A set of imported equipment has been adopted in the supporting control system in a water source station in Changqing natural gas purification plant.During the running process,however some problems occurred,such as the high rate of breakdown,high cost of operating maintenance and long period of organizing spare parts,etc.In order to ensure a regular running process of the water supplying system,the professional technicians in the gas planthas explored a controlling program and a communicating platform,both are based on PLC,reducing the conversion frequency of data protocol. The new system costs lower,can be widely common used,its supporting hardware can be easily purchased. Besides,it solved all kinds of problems plaguing the normal process of the water source station.

water source station;PLC;Modbus;interface

TP273

B

1007-7324(2010)06-0057-02

2010-09-27(修改稿)。

崔 強(qiáng)(1982—),男,陜西澄城人,2005年畢業(yè)于寧夏大學(xué)自動(dòng)化專業(yè),一直從事天然氣凈化及自控儀表技術(shù)管理工作,現(xiàn)任長(zhǎng)慶油田第二凈化廠輔助車(chē)間主任。