聚結器控制系統優化研究及應用

楊樹敏，高德友

（中國能源發展股份有限公司邊際油田開發項目組，天津 300452）

海洋石油某平臺工藝系統改造時新增加一臺聚結器，為了更好地發揮新增聚結器的作用，以滿足工藝流程和安全生產需要，需對其控制系統進行優化。

1 控制系統現狀介紹

對三甘醇控制系統原程序進行解讀，明確其控制邏輯主要包括：（1）模擬量轉換；（2）報警信息處理；（3）系統啟動；（4）系統停機；（5）系統關斷；（6）PID控制；（7）電機頻率控制；（8）Modbus通訊控制；（9）觸摸屏報警信息上傳等。分析其中的變量使用情況，共包含IO信息、PLC內部變量信息及Modbus通訊變量信息。

本系統的PLC為西門子S7-200，具體型號為CPU 226 CN(216-2ad23-0xb8)，CPU主控制器自身搭載24個DI通道和16個DO通道，系統擴展4個AI/AO模塊，每個模塊包含4個AI通道和1個AO通道，工作完成后，擴展模塊通道的余量為AI通道1個，AO通道1個。

2 系統優化思路

2.1 增加液位控制回路

根據工藝圖紙和實際情況，增加一套液位控制回路LIC-2680，用于液位過程控制，由新增液位變送器(LIT-2680)控制新增液位調節閥(LV-2680)，實現液位自動調節。

2.2 增加液位控制系統

根據現場提供的工藝圖紙和實際情況，新增一套液位控制系統，用于實現緊急關斷功能，由新增液位變送器(LT-2690)傳至現場就地控制盤，實施邏輯關停。

2.3 實現系統聯動

新增的控制回路和控制系統全部接入三甘醇控制系統就地控制盤PLC內，實現聯動。根據現場工藝圖紙和實際情況為地控制盤增加相應的觸摸屏顯示功能，新增加聚結器2流程畫面，同時將聚結器2相關數據添加進主流程畫面中。

3 優化PLC及觸摸屏程序

3.1 增加AI、AO通道變量

用于PID調節的AI信號為LIT-2680，占用PLC通道為AIW26，量程為0～800mm，工程轉換后存入地址為VD468；用于低低液位關斷的AI信號為LT-2690，占用PLC通道為AIW28，量程為0～800mm，工程轉換后存入地址為VD476；AO信號為LV-2680，占用PLC通道為AQW12，調節范圍為0～100%，工程轉換前計算地址為VD170。

3.2 增加LIT-2690的液位報警程序

沿用原PLC程序的報警實現方法，當實際變量超過報警限值并延時3秒，激活報警位，執行報警或關斷邏輯。當現場故障排除并進行手動按鈕復位后，報警位取消報警狀態。

圖1 新增AI工程量轉換程序

為各自的報警變量建立旁通變量，該變量可通過觸摸屏操作，進行旁通或恢復。

圖2 新增AI報警處理程序

將液位低低報警變量添加在PLC原故障關斷程序中，故障關斷本身的動作并未進行修改。

將液位低低報警、液位低報警變量添加到故障指示燈程序中，用于設備報警。

3.3 增加PID控制程序。

通過軟件自帶的PID向導添加PID2_INIT控制模塊，為其設定占用地址為VB1214-VB1333，給定值范圍為0～800，P為-30，I為1.5，D為0，采樣時間為0.5秒，采用常用的20%（即4～20ma）的制式進行信號處理。

圖3 原故障關斷程序

圖4 系統報警指示程序

圖5 PID模塊向導

圖6 程序中的PID2_INIT模塊

3.4 修改觸摸屏報警上傳程序

在PLC上傳觸摸屏報警程序中增加液位低和液位低低，并在觸摸屏中建立對應變量，實測報警有效。其中，PLC和觸摸屏中均預留了液位高和液位高高報警的地址，如果有需要可以進行激活并啟用相應報警。

圖7 PLC上傳觸摸屏報警程序

3.5 修改Modbus通訊程序。

在原Modbus通訊程序中增加新增的兩個AI變量和一個AO變量，以上三個變量在PLC中以DWORD格式進行運算，而Modbus通訊需要以WORD格式進行傳輸，因此對其進行拆解，具體變量地址可參見《BZ28-2SBOP平臺三甘醇PLC點表》。

需要注意的是，在變量傳輸過程中應注意高16位和低16位的對調問題，該步驟已經于S7-200中進行處理。

圖8 PLC中的Modbus分配變量地址

Modbus本身的通訊參數并未修改，可沿用以前的信息，即節點地址3，波特率9600，數據格式8，1，N。新增三個數據占用的Modbus地址為LIT-2680對應40030，40031，LT-2690對應40032，40033，LV-2680對應40034，40035。

3.6 修改觸摸屏程序

根據以上PLC中的改動情況，在觸摸屏中做出對應的修改，包括以下內容。

（1）新增聚結器2監控畫面，用于新工藝的監控。

畫面中包括工藝流程，AI、AO變量顯示、PID設定及手自動操作、報警顯示等功能。

圖9 新增聚結器2畫面

圖10 修改后的主畫面

（2）對主畫面進行修改，增加聚結器2流程的相關數據，以便直接在主畫面中監控其數據。

（3）修改PID及報警旁通畫面，為新添加的PID流程和LT-2690關斷邏輯進行設置和旁通等操作。

圖11 修改后的PID及旁通畫面

圖12 修改后的報警及旁通畫面

4 現場信號調試

在調試過程中，確認兩臺液位變送器信號正常，但是，液位變送器還沒有到貨，因此，用替代品（1臺量程為0～500mm的變送器）進行測試，功能正常，觸摸屏可正常顯示對于數據。

PID回路控制正常，可實現自動調節，可以進行控制參數的調整，可以進行手動模式切換，在手動模式下可以進行調節閥的手動開度設置。

液位低報警和液位低低報警功能正常，可正常執行報警及關斷功能，并在觸摸屏中留下操作記錄。

表1 信號測試記錄

表2 邏輯功能測試記錄

5 結語

經過對控制系統進行優化改造，新增的聚結器很好地融入現有工藝處理系統中。經調試，工作穩定、可靠，準確地依照優化思路，達到了預期的效果。這一優化也為以后的設備、流程改造提供了思路，以實現現場生產流程和設備的穩定、安全運行。