基于PLC和組態(tài)軟件的自控系統(tǒng)研究

摘 要：作者針對(duì)目前王家崗聯(lián)合站現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，針對(duì)動(dòng)態(tài)來(lái)液量計(jì)量，實(shí)時(shí)液位檢測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)葐?wèn)題，采用PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與組態(tài)王軟件構(gòu)成遠(yuǎn)程自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)。文章首先概括介紹PLC的優(yōu)越性， 之后對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中技術(shù)應(yīng)用情況的闡述及推論，作者認(rèn)為，該系統(tǒng)所采用的技術(shù)解決了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題，滿足了油田EPT的要求。

關(guān)鍵詞：PLC；組態(tài)王；遠(yuǎn)程監(jiān)控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.221

1 前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展，建立以數(shù)據(jù)集成為核心的數(shù)字化采油廠，是中石化ERP（企業(yè)資源方案）規(guī)劃的要求，也是油田發(fā)展的必然趨勢(shì)。系統(tǒng)能夠?qū)⑸a(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)和流程管理方法應(yīng)用于油田站庫(kù)，將原油生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，協(xié)調(diào)并參與油田現(xiàn)場(chǎng)的各種生產(chǎn)系統(tǒng)的控制和管理過(guò)程，極大增強(qiáng)了生產(chǎn)控制能力，提高了生產(chǎn)效率，從而創(chuàng)造出較好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合站自動(dòng)化控制。自控系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)字化采油廠和ERP規(guī)劃的基礎(chǔ)和前提。

2 PLC 簡(jiǎn)介

PLC（ Programmable Logic Cont roller ，可編程控制器） 是以計(jì)算機(jī)（微處理器）為核心的一種工業(yè)控制裝置，應(yīng)用PLC可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，通過(guò)數(shù)字或模擬輸入輸出模塊來(lái)控制各種類型的輸入輸出量或生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)，具備直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的能力。PLC 與計(jì)算機(jī)一樣具有通信和聯(lián)網(wǎng)的功能，它可以實(shí)現(xiàn)PLC 與PLC 之間、PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及PLC與其他智能設(shè)備之間的信息交換，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制[1]。PLC 具有RS485 接口，在現(xiàn)場(chǎng)連接方便。用PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)控制器比單片機(jī)和計(jì)算機(jī)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，更能適應(yīng)惡劣的工控環(huán)境，而且組態(tài)方便，能較好的解決遠(yuǎn)程監(jiān)控通信問(wèn)題[2]。PLC的編程簡(jiǎn)單，使用方便，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用是非常廣泛的。

3 現(xiàn)場(chǎng)工程概況

根據(jù)現(xiàn)河采油廠王家崗聯(lián)合站的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定工作內(nèi)容如下：

（1）對(duì)油罐的液位、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)高限和低限報(bào)警，對(duì)油水界面進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)做接地，系統(tǒng)接地在室外做，接地電阻小于4歐姆。系統(tǒng)的儀表、控制電纜、信號(hào)電纜和通訊電纜采用明線敷設(shè)并穿焊接鋼管保護(hù)。敷設(shè)的電纜到一次元件或到接線箱時(shí)，需用金屬軟管連接，并做角鋼支撐固定。

（3）監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)油泵運(yùn)行參數(shù)，為達(dá)到節(jié)能增效的目的，增加變頻設(shè)備。

（4）現(xiàn)場(chǎng)自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行傳遞，管理者及時(shí)全面掌握整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況。

4 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)分為主控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)集中監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，共五部分。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖如圖1所示：

4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳感器測(cè)出需要監(jiān)測(cè)控制的各種物理量參數(shù)并將其變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)送至PLC，傳感器選擇要求在參數(shù)測(cè)量范圍內(nèi)具有較好的線性，并輸出適合采集的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及適合強(qiáng)電干擾的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的分布盡量合理，能盡量多的反映現(xiàn)場(chǎng)情況?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中傳感器輸出信號(hào)為4-20mA電流信號(hào)，信號(hào)傳輸采用KVVP22信號(hào)電纜。

4.2 主控系統(tǒng)

主控制系統(tǒng)在整個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中具有非常重要的作用，必須選用性能好，可靠性高的PLC產(chǎn)品，因此本系統(tǒng)選用德國(guó)西門子公司S7200系列產(chǎn)品。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)附加了隔離和抗干擾措施，應(yīng)用繼電器或光耦合器件作為PLC的輸入/ 輸出端口，因此輸入/ 輸出量多為開(kāi)關(guān)量，使其比模擬量具有更高的抗干擾能力，因而能在環(huán)境惡劣的油田現(xiàn)場(chǎng)可靠工作?？删幊炭刂破鞑捎昧四K化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有CPU（中央處理器）、電源、通訊模塊、存儲(chǔ)器、I/ O模塊等，這些模塊可以靈活地選擇，組成各種不同的控制系統(tǒng)；對(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的程序即可；對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)控制對(duì)象及I/ O硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果需要改變控制方案或修改控制對(duì)象，就只需對(duì)對(duì)應(yīng)的程序做小幅度的修正即可，無(wú)須對(duì)系統(tǒng)做較大的修改。在系統(tǒng)集成時(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程替代了硬件連線，很好的達(dá)到了小型化要求，節(jié)省空間，便于安裝。

4.3 數(shù)據(jù)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，通過(guò)串行接口或以太網(wǎng)口與上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)等處理后，實(shí)時(shí)顯示，使現(xiàn)場(chǎng)用戶可以很好的掌握生產(chǎn)情況。上位機(jī)選擇組態(tài)王軟件，用于可視化和控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。組態(tài)王軟件是一種開(kāi)放性的通用工業(yè)控制軟件，用戶可以根據(jù)自身需求，自由開(kāi)發(fā)工業(yè)控制工程。 組態(tài)王可以從工作站、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）和瀏覽器觀看系統(tǒng)數(shù)據(jù)和圖表等內(nèi)容，為油田管理和操作人員提供了可視化工具。開(kāi)發(fā)出的工業(yè)控制工程集成了原油集輸站庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行所必需的各種信息，通過(guò)油田局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)在聯(lián)合站內(nèi)部及各聯(lián)合站之間的共享。

軟件實(shí)現(xiàn)功能：

（1）系統(tǒng)管理。登錄用戶：選擇用戶名，輸入正確密碼即可登錄；退出登錄：選擇確定，退出登錄；用戶管理：添加用戶、刪除用戶；修改密碼：修改登錄用戶密碼。

（2）參數(shù)監(jiān)控。實(shí)時(shí)采集顯示大罐液位；實(shí)時(shí)采集顯示大罐油水界面；實(shí)時(shí)采集顯示大罐溫度；實(shí)時(shí)采集顯示壓力；實(shí)時(shí)采集電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。

（3）查詢數(shù)據(jù)參數(shù)。觀察液位、溫度、油水界面等監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化情況。

（4）打印報(bào)表。輸出日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、任意時(shí)間短的報(bào)表。

（5）曲線查詢。查詢?nèi)涨€、周曲線、月曲線、任意時(shí)間短的曲線。

（6）通訊監(jiān)控。監(jiān)測(cè)控制參數(shù)的通訊狀態(tài)，通訊中斷，立即提示操作員；操作人員可以隨時(shí)啟動(dòng)或停止某參數(shù)與計(jì)算機(jī)的通訊。

（7）遠(yuǎn)控管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)上傳接口，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采油廠建設(shè)，完成生產(chǎn)、管理系統(tǒng)全部聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)情況網(wǎng)上動(dòng)態(tài)監(jiān)控夯實(shí)基礎(chǔ)。

系統(tǒng)中的遠(yuǎn)控管理功能和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸功能由局域網(wǎng)完成，此處不再贅述。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能分析

（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)采用智能數(shù)字化儀表，系統(tǒng)采用了先進(jìn)的、高可靠性的PLC控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，充分保證系統(tǒng)的高實(shí)用性、高靈活性、高可靠性。滿足了油田產(chǎn)業(yè)信息化的要求，也滿足了油田自動(dòng)化信息系統(tǒng)技術(shù)方案要求。

（2）系統(tǒng)選用先進(jìn)的控制技術(shù)，安全性能好，技術(shù)穩(wěn)定可靠，工作站控制檢測(cè)軟件和上位機(jī)系統(tǒng)編程應(yīng)用軟件具有一定的先進(jìn)性，配備精確度高、可靠性好的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，從而確?？刂葡到y(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，自動(dòng)化水平高，生產(chǎn)成本低。系統(tǒng)與局域網(wǎng)連接，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采油廠建設(shè)，完成生產(chǎn)、管理系統(tǒng)全部聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)情況網(wǎng)上動(dòng)態(tài)監(jiān)控夯實(shí)基礎(chǔ)。

（3）系統(tǒng)能節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)異常情況下的自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)控制。

（4）整個(gè)工作站能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)重點(diǎn)參數(shù)的自動(dòng)化控制，能夠基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守。

（5）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)盤庫(kù)系統(tǒng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于PLC和組態(tài)王的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控，利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高設(shè)備利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工程自動(dòng)化、信息化，不僅可以大大提高能源利用率，和設(shè)備的自動(dòng)控制能力、減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、減輕值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益，滿足了油田ERP的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔡軍，曹慧英.基于PLC的溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007：23，26-28.

作者簡(jiǎn)介：李建榮（1970-），男，碩士，工程師。