甘霖 劉琛(長慶油田第一采油廠， 陜西 延安 716000)

淺談PLC及力控組態(tài)在油氣集輸系統(tǒng)上的應(yīng)用

甘霖 劉琛(長慶油田第一采油廠， 陜西 延安 716000)

本文以西門子PLC S7-300為例，對(duì)PLC及力控組態(tài)在油氣集輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行深入分析，為以后更好的發(fā)揮PLC及力控組態(tài)系統(tǒng)的功能提供參考。

西門子PLC S7-300；力控組態(tài)；油氣集輸系統(tǒng)

可編程邏輯控制器(PLC)是一種利用可編程存儲(chǔ)器，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、技術(shù)以及控制操作的器件。其工作過程主要分為數(shù)據(jù)采樣、用戶程序執(zhí)行以及指令輸出三個(gè)階段，目前，該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用較為廣泛。本文針對(duì)我國現(xiàn)階段油氣集輸系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)際需求，研究基于西門子PLC S7-300的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求，并且在安全性、實(shí)用性以及可靠性上較傳統(tǒng)的手動(dòng)操作方式有很大的提升。

1 西門子PLC S7-300的概述

西門子PLC S7-300是西門子公司生產(chǎn)的可編程邏輯控制器系列產(chǎn)品之一。S7-300主要采用模塊化結(jié)構(gòu)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)分布式配置，并且在電磁兼容性和抗震動(dòng)和抗沖擊性方面具有一定優(yōu)勢(shì)，是一種性價(jià)比較高的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。以下對(duì)西門子PLC S7-300的特點(diǎn)進(jìn)行簡要分析：

西門子PLC S7-300進(jìn)行邏輯運(yùn)算的速度快、循環(huán)周期短；自身具有350多條指令指令集功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜環(huán)境；西門子PLC S7-300設(shè)計(jì)緊湊，可以將多個(gè)模塊安裝在同一個(gè)導(dǎo)軌上，處理電源模塊、中央處理器模塊以及接口模塊外，一個(gè)導(dǎo)軌上可以安裝8個(gè)信號(hào)模塊或者功能模塊，在空間緊湊的情況下也能很好地發(fā)揮功效；西門子PLC S7-300采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)更加靈活多變，可以根據(jù)應(yīng)用對(duì)象選擇相應(yīng)的型號(hào)以及模塊數(shù)量與之匹配；西門子PLC S7-300擁有功能模塊和I/O模塊可供選擇；在露天以及惡劣環(huán)境下也有相應(yīng)的適配模塊。

2 西門子PLC S7-300及力控組態(tài)的應(yīng)用

力控組態(tài)軟件主要是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行優(yōu)化配置，達(dá)到使計(jì)算機(jī)或者軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，滿足用戶需求的目的。在現(xiàn)代科技日新月異的大背景下，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)通信、SCADA、開放式數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的支持已經(jīng)成了力控組態(tài)軟件的主要內(nèi)容。以下就對(duì)PLC及力控組態(tài)在油氣集輸系統(tǒng)上的應(yīng)用進(jìn)行深入分析：

(1)力控組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境 力控組態(tài)軟件具有靈活、便捷的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板，有效地降低組態(tài)開發(fā)的工作量。而且力控組態(tài)軟件還具有歷史數(shù)據(jù)庫、快速訪問接口，訪問吞吐量可以達(dá)到20000次/秒。力控組態(tài)軟件的設(shè)備控制層支持大型的PLC冗余方式，如果冗余設(shè)備損壞或者通訊出現(xiàn)故障，軟件會(huì)根據(jù)設(shè)備故障標(biāo)識(shí)或者網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行切換。力控組態(tài)軟件支持與控制站的多鏈路網(wǎng)絡(luò)通訊，當(dāng)其中一條網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，力控組態(tài)軟件會(huì)進(jìn)行自動(dòng)切換，從而確保網(wǎng)絡(luò)通訊的暢通、穩(wěn)定。力控組態(tài)的通訊驅(qū)動(dòng)接口提供串口對(duì)象，用戶無不需掌握高級(jí)編程就可以自有編譯想要的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，I/O驅(qū)動(dòng)程序?yàn)殚_放式體積解耦股，內(nèi)部所有接口對(duì)代碼源完全公開，用戶可以自行開發(fā)新的驅(qū)動(dòng)程序，可以提供SDK開發(fā)包。

此外，PLC及力控組態(tài)軟件還可以對(duì)油氣集輸系統(tǒng)的啟動(dòng)順序進(jìn)行邏輯控制，極大的降低人工操作的復(fù)雜性和失誤率；網(wǎng)絡(luò)層可以為用戶提供不同權(quán)限的功能拓展。油庫泵房的自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用局域網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中心配備以太網(wǎng)服務(wù)器，主頻100MHz，采用TCP/IP協(xié)議，通過soft/XML的方式向控制中心數(shù)據(jù)庫定時(shí)的發(fā)送油氣集輸機(jī)組的實(shí)時(shí)信息。在網(wǎng)絡(luò)層中還設(shè)置有用于監(jiān)控組態(tài)軟件的中心監(jiān)測站，通過開放是數(shù)據(jù)庫ODBC的方式連接，ODBC 緩解了獨(dú)立軟件供應(yīng)商和企業(yè)開發(fā)人員了解多個(gè)應(yīng)用程序編程接口的需要。ODBC現(xiàn)在提供了一個(gè)通用的數(shù)據(jù)訪問接口。應(yīng)用程序開發(fā)人員可以使用 ODBC，允許應(yīng)用程序同時(shí)訪問、 查看和修改數(shù)據(jù)從多個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫。用于訪問關(guān)系和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的異構(gòu)環(huán)境中的數(shù)據(jù)。

(2)系統(tǒng)監(jiān)控軟件 基于西門子PLC S7-300及力控組態(tài)的油氣集輸系統(tǒng)的監(jiān)控軟件主要是通過LNS DDE SERVER與人機(jī)交互界面(Human Machine Interaction，HMI)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)連接。人機(jī)交互界面是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互以及信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。人機(jī)交互界面具有良好的可視性和操作性，其功能包括油氣集輸設(shè)備的控制方式選擇、泵房參數(shù)調(diào)節(jié)以及工作狀態(tài)的安全報(bào)警等。軟件設(shè)計(jì)過程中可以與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或者是第三方應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，并且支持DDE、ODBC以及OPC，借助B/S的方式與油庫泵房局域網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)交換?；谖鏖T子PLC S7-300及力控組態(tài)軟件的油氣集輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

(3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在油氣集輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 PLC及力控組態(tài)軟件通過以太網(wǎng)可以輕松實(shí)現(xiàn)DCS數(shù)據(jù)的采集。本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫需要通過與西門子PLC S7-300相匹配的通訊接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集。針對(duì)油氣集輸系統(tǒng)信息采集點(diǎn)眾多的特點(diǎn)，可以選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)。西門子PLC S7-300包含有六個(gè)控制室、四個(gè)現(xiàn)場控制室以及一個(gè)操作員工作站，能夠很好的實(shí)現(xiàn)油氣集輸系統(tǒng)全崗位的監(jiān)控。整個(gè)油氣集輸控制系統(tǒng)使用兩個(gè)冗余的控制器，其中流量計(jì)崗位和計(jì)量崗位各配備一套。各崗位控制器的I/O信號(hào)模塊安裝在本地控制柜當(dāng)中，他們和控制器之間通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)進(jìn)行通信連接。此外，由于西門子PLC S7-300系統(tǒng)具有直接發(fā)布功能，現(xiàn)場操作人員通過力控組態(tài)軟件配置I/O驅(qū)動(dòng)中softnets7直接從以太網(wǎng)上讀取I/ O數(shù)據(jù)信息，力控組態(tài)軟件相當(dāng)于一個(gè)操作站，針對(duì)其他轉(zhuǎn)換可以使用pSpace的腳本加以實(shí)現(xiàn)，而且可以很好地采集西門子PLC S7-300系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)信息，并且實(shí)時(shí)地向控制中心的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。西門子PLC S7-300及力控組態(tài)軟件在油氣集輸系統(tǒng)上的應(yīng)用，集成了大量的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)和管理，這樣一來就可以輕松實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的共享。在生產(chǎn)調(diào)度中通過遠(yuǎn)程監(jiān)測，可以全面了解各個(gè)崗位的生產(chǎn)情況，并且對(duì)各種突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)處理。PLC及力控組態(tài)將長時(shí)間的開發(fā)和應(yīng)用，目前在石油化工、辦公自動(dòng)化等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，尤其適合專業(yè)汗液自動(dòng)化軟件系統(tǒng)的快速構(gòu)建。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，力控組態(tài)軟件借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在石油、熱網(wǎng)、能源等行業(yè)的地位越來越重要。

圖1 基于西門子PLC S7-300及力控組態(tài)的油氣集輸系統(tǒng)的軟件框圖

3 結(jié)語

綜上所述，隨著信息技術(shù)的大力發(fā)展，可編程邏輯控制器的應(yīng)用越來越廣泛，它在電力、化工、鐵路、石油等領(lǐng)域的應(yīng)用起到了重要的作用。計(jì)量工作是油田生產(chǎn)管理工作中不可或缺的一部分，它主要是針對(duì)油田產(chǎn)量和流量進(jìn)行測定。新形勢(shì)下，以西門子PLC S7-300及力控組態(tài)為基礎(chǔ)的油氣集輸系統(tǒng)有很大的發(fā)展，該系統(tǒng)的不僅提高了油氣集輸系統(tǒng)自動(dòng)化水平，還實(shí)現(xiàn)了泵房設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、信息采集等功能，確保了油氣集輸管理質(zhì)量。

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