DCS在外輸泵數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

于耀宗

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤南作業(yè)公司，天津 300456)

某海洋石油采油平臺[1]的5臺原油外輸泵擔(dān)負(fù)著整個區(qū)域油田群的原油外輸[2]任務(wù)，因此外輸泵的監(jiān)控管理至關(guān)重要。平臺外輸泵運(yùn)行各參數(shù)包括： 泵體驅(qū)動端及非驅(qū)動端軸承溫度值、振動值，電機(jī)驅(qū)動端及非驅(qū)動端軸承溫度值、振動值，電機(jī)三項繞組溫度值等；單臺外輸泵涉及11個參數(shù)，即5臺外輸泵總計有55個參數(shù)只能在現(xiàn)場控制盤上讀取，并且現(xiàn)場控制盤無法顯示各參數(shù)的歷史趨勢曲線，因此既不便于對外輸泵運(yùn)行參數(shù)的實時監(jiān)控，也不便于通過查閱各參數(shù)歷史數(shù)據(jù)對外輸泵進(jìn)行維護(hù)、維修。該采油平臺外輸泵所使用的S7-200PLC[3]控制系統(tǒng)與Delta V[4]控制系統(tǒng)都支持Modbus通信協(xié)議[5]，因此運(yùn)用技術(shù)手段成功將外輸泵運(yùn)行參數(shù)傳輸至分散控制系統(tǒng)(DCS)，實現(xiàn)了對外輸泵運(yùn)行數(shù)據(jù)的實時采集、參數(shù)歷史趨勢[6]查詢功能。

1 外輸泵參數(shù)采集的技術(shù)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(jīng)與控制盤觸摸屏相連，port0端口處于閑置狀態(tài)，且port0端口支持Modbus通信協(xié)議；DCS配備的串行通信卡也支持Modbus協(xié)議，因此設(shè)計基于Modbus協(xié)議的通信方式實現(xiàn)DCS對外輸泵運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集功能。

1.2 軟件條件

在外輸泵PLC程序中增加“調(diào)用Modbus通信功能”指令，使PLC“port0端口”實現(xiàn)Modbus通信功能；通過DCS組態(tài)，定義相關(guān)參數(shù)地址，實現(xiàn)外輸泵運(yùn)行參數(shù)傳輸?shù)紻CS人機(jī)界面[8]，從而節(jié)省了大量DCS的硬點和軟點點數(shù)以及敷設(shè)大量電纜的工作量。

2 采集數(shù)據(jù)的實施過程

2.1 PLC編程

在PLC程序中新加1條調(diào)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(shù)組態(tài)

DCS使用Serial Card串口卡[10]與所連接的串口設(shè)備交換數(shù)據(jù)，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(shè)備，也可采用RS-422/RS-485[11]接線方式最多連接16臺串口設(shè)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(xiàn)場外輸泵PLC的port0端口進(jìn)行Modbus數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位、停止位、串口設(shè)備地址等參數(shù)組態(tài)[12]。對串行通信卡通信端口數(shù)據(jù)寄存器地址組態(tài)，使其與每臺外輸泵PLC所監(jiān)控的溫度、振動值等11個參數(shù)的地址建立一一對應(yīng)關(guān)系。

3 組態(tài)及調(diào)試

在Delta V瀏覽器中新建與參數(shù)相對應(yīng)的“Module”，對參數(shù)量程、報警值以及歷史趨勢等進(jìn)行組態(tài)，把“Module”分配到相應(yīng)控制器并完成下裝，然后將外輸泵所監(jiān)控的溫度、振動值等參數(shù)組態(tài)到DCS操作站人機(jī)界面中。完成DCS串行通信卡通信端口與現(xiàn)場外輸泵PLC的port0端口電纜鋪設(shè)與接線，利用DCS自帶在線診斷功能進(jìn)行兩者間的通信狀態(tài)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(rèn)現(xiàn)場外輸泵控制屏所顯示的泵運(yùn)行數(shù)據(jù)與PLC傳輸至DCS人機(jī)界面數(shù)據(jù)相一致即可。

圖1 S7-200 PLC程序新增指令界面示意

4 應(yīng)用效果

將外輸泵運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至DCS，方便了中控室值班人員第一時間監(jiān)控外輸泵的運(yùn)行參數(shù)，同時通過設(shè)置參數(shù)報警值，當(dāng)外輸泵運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常時，發(fā)出報警，便于第一時間得到信息，可為倒運(yùn)泵留有足夠時間，對預(yù)防外輸泵出現(xiàn)意外停機(jī)，避免造成更大損失意義重大。當(dāng)外輸泵出現(xiàn)故障停機(jī)后，通過查詢、對比各參數(shù)歷史曲線便于及時準(zhǔn)確找出故障原因，提高檢修工作效率。該項目應(yīng)用3 a來，減少了外輸泵意外停機(jī)6次，避免了原油產(chǎn)量損失4×103m3以上。

5 推廣意義

首先，該類通信方式風(fēng)險較小，對于組態(tài)部分，只涉及過程控制部分程序的組態(tài)、下裝，不涉及緊急關(guān)斷[13]系統(tǒng)，因此不存在下裝程序引發(fā)的關(guān)斷風(fēng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)紻CS，節(jié)省了大量的DCS硬點和軟點點數(shù)、卡件費用以及敷設(shè)大量電纜的工作。

6 結(jié)束語

利用Modbus通信協(xié)議實現(xiàn)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(yùn)行狀態(tài)。該項目有較強(qiáng)的理論依據(jù)以及硬件條件基礎(chǔ)，不僅具有較高的應(yīng)用價值，而且推廣意義廣闊，為今后DCS和其他設(shè)備的PLC通信提供了實際的參考經(jīng)驗。