站場第三方設備通訊應用

任麗豐

（大慶油田第五采油廠，黑龍江 大慶 163000）

1 常見第三方設備

（1）變頻調速裝置。變頻調速裝置，簡稱變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器可根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。目前已普遍應用于油田各類大中型站場。常見品牌有英威騰、ABB等。

（2）加熱爐燃燒器控制系統。加熱爐是油田油氣集輸重要環節，用于對介質進行加熱。站場內常見有二合一加熱爐、脫前爐、外輸爐、兩用爐、采暖爐等。燃燒器是將燃料和空氣以一定方式噴出混合穩定燃燒的裝置，通常與加熱爐配套使用。其控制系統由采集單元、控制單元、顯示單元三部分組成，可實現生產數據采集及設備遠程操控等功能。

（3）計量儀表。計量儀表是站場重要組成部分，計量的數據是衡量油田生產發展的重要指標。根據計量品類的區別，主要分為油氣水電四大部分。傳統的顯示方式是就地顯示，需要值班人員現場抄錄數據。

2 常用通訊手段

（1）RS485串口通訊。RS485是基于modbus通訊協議的一種串口通訊模式，通過采集高低電平變化傳輸數據，通常采用兩線制接線方式。多臺設備可通過總線式拓撲結構進行連接，在同一總線上最多可以掛接32個節點，有效傳輸距離可以達到1200米，具有傳輸實時性強、硬件連接簡單等優點，是目前站場最常用的通訊手段。

（2）MPI/PPI通訊。MPI (Multipoint interface)是SIMATIC（西門子）S7系列PLC多點通信的接口，是一種適用于少數站點間通信的網絡，多用于連接上位機和少量PLC之間近距離通信?？赏ㄟ^PROFIBUS電纜和接頭，將控制器S7-300或S7-400的CPU自帶的MPI編程口與S7-200CPU 自帶的PPI通信口相互連接。主要應用于以西門子系列PLC為主控的站場及崗位。

（3）TCP/IP傳輸協議。TCP/IP傳輸協議，也叫作網絡通訊協議。當設備具有網絡接口時，可利用網線通過交換機，將生產數據直接上傳至工控機。

（4）OPC通訊標準。OPC通訊標準是一種通用的軟件接口標準。當站場同時存在多種控制系統，相互沖突，無法直接進行數據連接時，可依據OPC通訊標準，采用OPC服務器作為中轉，實現生產數據采集與控制。

3 現場通訊應用

近年來油田自控系統不斷進行改造和完善，站場原有控制系統與第三方設備的通訊是改造的重點。

3.1 變頻器控制系統

現場安裝的變頻器控制系統，部分設備未能實現遠程控制，為實現集中監控，本著盡量減少現場施工的原則，選擇采用通訊方式。根據集中監控規范，變頻器控制系統需要傳輸的數據包括：頻率給定、頻率反饋、變頻器啟動、停止、運行狀態、故障反饋等?，F場改造中，變頻器控制系統通訊分別采用以下兩種方式。

（1）增加PLC控制器通訊?，F場變頻器控制柜內增加西門子S7-200系列PLC控制器1塊、EM235拓展模塊1塊，并完成硬件配置，用于采集變頻器生產數據。利用RS485和MPI方式與崗位原有PLC通訊，將生產數據上傳至中控室。

（2）與變頻器直接通訊?，F場變頻器本身具有數據通訊功能，通過調整參數設定，選擇遠程通訊控制方式，利用RS485串口與崗位原有PLC通訊，并將生產數據上傳至中控室。

3.2 加熱爐燃燒器控制系統

現場安裝的加熱爐燃燒器控制系統，均由廠家統一開發調試，部分燃燒器生產數據未接入站控系統，需要進行遠程通訊。根據集中監控規范，加熱爐燃燒器控制系統需要傳輸的數據包括：被加熱介質進出口溫度壓力、運行狀態、火焰監視、燃燒器工作狀態、燃燒溫度設定、故障報警等?，F場改造中，加熱爐燃燒器控制系統通訊分別采用以下兩種方式。

（1）與控制器RS485通訊。現場燃燒器控制系統PLC具備通訊功能及通訊接口，在原有下位機程序基礎上，添加RS485通訊程序塊，利用RS485串口與崗位原有PLC通訊，并將生產數據上傳至中控室。由于燃燒器廠家不同，開發使用的PLC類型不同，增大了改造難度。

（2）增加BCNet模塊通訊。現場燃燒器控制系統PLC只有一個通訊串口用于觸摸屏通訊，沒有多余通訊接口，廠家建議更換整套控制系統。為實現通訊功能，增加BCNet模塊，在保留原有通訊串口的前提下，增加了1個網絡通訊口，利用網線接入交換機，將信號用TCP/IP協議直接上傳至中控室上位機。

3.3 計量儀表

現場計量儀表由于用途、生產廠家、生產時間等不同，數據顯示共有三種模式：一是傳統就地顯示。實時性差，需要員工到現場抄錄數據，無法及時掌握生產動態，且增加了員工勞動強度，逐漸被淘汰；二是模擬量、高速脈沖量數據遠傳。能夠根據4～20mA信號、高速脈沖信號計算出瞬時值，數據準確性相對較高，目前，油田站場內廣泛應用。但是累計流量只能根據瞬時流量由PLC做運算，由于運算精度等問題，隨使用時間增長，存在較大誤差，運行一段時間需要重新校準；三是串口通訊遠傳。利用串口通訊技術，采集生產數據，可以采集包括瞬時、累計在內的各類信號，傳遞數據與現場完全一致，準確性極強，掃描周期達到mS級別；現場改造中，為了提高計量準確性，優先選用具有通訊功能的計量儀表。為減少現場施工，選用不同生產廠家儀表，通訊方式與地址均不相同，增大了改造難度。

（1）油流量計。現場油流量計為刮板流量計，原顯示模式為就地顯示。本次改造加裝脈沖發訊器，具有脈沖和通訊兩種輸出模式。應用時選擇通訊模式，采集的脈沖信號經發訊器計算后，結果通過RS485方式傳輸至就近崗位PLC控制系統。

（2）氣流量計?，F場氣流量計為旋進漩渦流量計，原顯示模式為模擬量遠傳瞬時流量，因儀表故障無法實現。本次改造更換為具備通訊功能的流量計，通過RS485通訊，采集標況瞬時、標況累計、溫度、壓力數據，更為準確的掌握生產狀況。

（3）水流量計?，F場水流量計為電磁流量計，原顯示模式為模擬量遠傳瞬時流量，因故障無法實現。本次改造更換為具備通訊功能的流量計，通過RS485通訊，采集瞬時、累計流量。

（4）電能表?，F場歷次改造中，安裝的電能表存在故障率高、計量不準確等問題。本次改造中，預計更換原有電能表，并為其余重點機泵及變壓器新增多功能電能表及配套電流互感器，用來計量電流、電壓、電能等數據，可以準確計量耗電量，同時判斷設備運行狀態。

4 存在問題

站場第三方設備控制系統均由廠家開發維護調試對于廠家過于依賴，存在維修效率不高、無法根據生產需要增加功能等問題，收到技術制約。本次改造中，仍有部分第三方設備無法實現遠程通訊。具體問題如下。

（1）缺少硬件接口。改造中發現，第三方設備廠家選用的PLC及溫控器等硬件，除正常運行外，不具備多余數據傳輸接口，無法進行在線調試及數據遠傳。為實現集中監控，只能整套更換控制系統，資金投入較大且改造周期長。建議：第三方設備及控制系統選商招標時，要求廠家必須使用具有多余硬件接口的設備。

（2）硬件兼容性差。改造中發現，第三方設備廠家選用的PLC及溫控器等硬件，分屬于不同廠家品牌，硬件兼容性較差。改造時需應用多種方式與站控系統通訊，增加改造難度，提高故障風險。建議：第三方設備及控制系統選商招標時，要求廠家盡量選用同一系列設備，數據可以統一外傳。

（3）程序無法上載。改造中發現，第三方設備廠家編制的觸摸屏及PLC程序中，設置有密碼，程序無法上載及更改，無法進行遠程通訊。需廠家技術人員現場操作，技術依賴性強，且增加改造成本。建議：第三方設備及控制系統選商招標時，要求廠家提供密碼及備份程序，或提供遠程監測控制燃燒器的數據通訊地址。

5 結語

在站場集中監控完善過程中，與第三方設備控制系統采用通訊的方式，能夠在盡量減少改造施工的前提下，滿足數據上傳、設備遠程控制等生產要求，同時提高計量精度和控制品質，是油田數字化建設大勢所趨。但是，在整裝引進第三方設備的時應注意選用，具有充足的數據傳輸接口、硬件兼容性強等特點。