DCS在外輸泵數據采集中的應用

于耀宗

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤南作業公司，天津 300456)

某海洋石油采油平臺[1]的5臺原油外輸泵擔負著整個區域油田群的原油外輸[2]任務，因此外輸泵的監控管理至關重要。平臺外輸泵運行各參數包括： 泵體驅動端及非驅動端軸承溫度值、振動值，電機驅動端及非驅動端軸承溫度值、振動值，電機三項繞組溫度值等；單臺外輸泵涉及11個參數，即5臺外輸泵總計有55個參數只能在現場控制盤上讀取，并且現場控制盤無法顯示各參數的歷史趨勢曲線，因此既不便于對外輸泵運行參數的實時監控，也不便于通過查閱各參數歷史數據對外輸泵進行維護、維修。該采油平臺外輸泵所使用的S7-200PLC[3]控制系統與Delta V[4]控制系統都支持Modbus通信協議[5]，因此運用技術手段成功將外輸泵運行參數傳輸至分散控制系統(DCS)，實現了對外輸泵運行數據的實時采集、參數歷史趨勢[6]查詢功能。

1 外輸泵參數采集的技術要求

1.1 硬件條件

外輸泵所使用的PLC有2個通信端口[7]port1和port0，port1端口已經與控制盤觸摸屏相連，port0端口處于閑置狀態，且port0端口支持Modbus通信協議；DCS配備的串行通信卡也支持Modbus協議，因此設計基于Modbus協議的通信方式實現DCS對外輸泵運行數據的采集功能。

1.2 軟件條件

在外輸泵PLC程序中增加“調用Modbus通信功能”指令，使PLC“port0端口”實現Modbus通信功能；通過DCS組態，定義相關參數地址，實現外輸泵運行參數傳輸到DCS人機界面[8]，從而節省了大量DCS的硬點和軟點點數以及敷設大量電纜的工作量。

2 采集數據的實施過程

2.1 PLC編程

在PLC程序中新加1條調用“Modbus通信功能指令程序”，添加MBUS_INIT和MBUS_SLAVE 2個子程序[9]。PLC程序新增指令界面如圖1所示。

2.2 DCS通信端口參數組態

DCS使用Serial Card串口卡[10]與所連接的串口設備交換數據，每個串口卡有2個通信端口，每個端口以RS-232接線方式掛1臺串口設備，也可采用RS-422/RS-485[11]接線方式最多連接16臺串口設備。在Delta V瀏覽器下添加1塊新的串行通信卡，通過該卡與現場外輸泵PLC的port0端口進行Modbus數據通信，可按如下路徑配置：“PhysicalNetwork—Control Network—I/O—New Card”。

在Delta V瀏覽器中對串行通信卡通信端口的波特率、校驗位、數據位、停止位、串口設備地址等參數組態[12]。對串行通信卡通信端口數據寄存器地址組態，使其與每臺外輸泵PLC所監控的溫度、振動值等11個參數的地址建立一一對應關系。

3 組態及調試

在Delta V瀏覽器中新建與參數相對應的“Module”，對參數量程、報警值以及歷史趨勢等進行組態，把“Module”分配到相應控制器并完成下裝，然后將外輸泵所監控的溫度、振動值等參數組態到DCS操作站人機界面中。完成DCS串行通信卡通信端口與現場外輸泵PLC的port0端口電纜鋪設與接線，利用DCS自帶在線診斷功能進行兩者間的通信狀態檢查，保證DCS串行通信卡通信端口與PLC的port0端口通信暢通，最后確認現場外輸泵控制屏所顯示的泵運行數據與PLC傳輸至DCS人機界面數據相一致即可。

圖1 S7-200 PLC程序新增指令界面示意

4 應用效果

將外輸泵運行數據傳輸至DCS，方便了中控室值班人員第一時間監控外輸泵的運行參數，同時通過設置參數報警值，當外輸泵運轉出現異常時，發出報警，便于第一時間得到信息，可為倒運泵留有足夠時間，對預防外輸泵出現意外停機，避免造成更大損失意義重大。當外輸泵出現故障停機后，通過查詢、對比各參數歷史曲線便于及時準確找出故障原因，提高檢修工作效率。該項目應用3 a來，減少了外輸泵意外停機6次，避免了原油產量損失4×103m3以上。

5 推廣意義

首先，該類通信方式風險較小，對于組態部分，只涉及過程控制部分程序的組態、下裝，不涉及緊急關斷[13]系統，因此不存在下裝程序引發的關斷風險；其次，該方法成本較低，采用基于Modbus通信的方式將外輸泵數據傳輸到DCS，節省了大量的DCS硬點和軟點點數、卡件費用以及敷設大量電纜的工作。

6 結束語

利用Modbus通信協議實現Delta V DCS與S7-200PLC之間的通信，操作員可以在DCS的操作畫面上快速、直觀地觀察外輸泵的運行狀態。該項目有較強的理論依據以及硬件條件基礎，不僅具有較高的應用價值，而且推廣意義廣闊，為今后DCS和其他設備的PLC通信提供了實際的參考經驗。