劉冠宇 高立亮 劉凱 張海洋

摘? 要：本文簡單描述了油田供熱系統(tǒng)的背景和熱力站的工藝流程，介紹了羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器的實際選型與在油田熱力站自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡述了羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器和各擴展模塊的產(chǎn)品主要屬性，并以RSLogix 5000軟件為平臺，根據(jù)現(xiàn)場實際需求開發(fā)的各項功能，著重介紹了羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器的數(shù)據(jù)采集和處理運算、Modbus通訊以及邏輯控制方面的功能應(yīng)用與特點。

關(guān)鍵詞：羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器;儀表通訊;數(shù)據(jù)采集;邏輯處理

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）20-0044-03

Abstract：This paper briefly describes the background of oil field heating system and the technological process of thermal power station，introduces the actual selection of Rockwell 1769 CompactLogix L3x controller and its application in the automatic control system of oil field thermal power station，expounds the main attributes of Rockwell 1769 CompactLogix L3x controller and the products of each extended module，and takes RSLogix 5000 software as a platform，according to the actual needs of the field development of various functions，focusing on the Rockwell 1769 CompactLogix L3x controller data acquisition and processing operations，Modbus communication and logic control aspects of functional applications and characteristics.

Keywords：rockwell 1769 Compactlogix L3x controller;instrument communication;data acquisition;logic processing

0? 引? 言

油田供熱既擔(dān)負(fù)著為民服務(wù)的重要責(zé)任，也是油田能耗大戶、排放大戶。對于油田供熱來講，面對供暖面積增加、成本費用壓減、安全環(huán)保壓力增大、供熱標(biāo)準(zhǔn)提高、勞動用工緊張等一系列困難和挑戰(zhàn)，提質(zhì)增效、節(jié)能減排將成為一種新常態(tài)，該任務(wù)的實現(xiàn)尤為迫切。在這樣的背景下，需要對熱力站進行計量調(diào)控改造，增加水計量、電計量、熱計量裝置，并對現(xiàn)場的自動化系統(tǒng)進行升級改造，在精細(xì)管理上實現(xiàn)熱量計量調(diào)控。

系統(tǒng)主要分為三個部分：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、區(qū)域監(jiān)控中心系統(tǒng)、中心級監(jiān)控中心系統(tǒng)。其中現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PLC控制柜完成對現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)的讀取、水泵/變頻信號的采集、電動閥門的控制和水泵/變頻信號的邏輯控制。它的輸入主要是現(xiàn)場儀表的RS485信號、儀表的模擬量信號、變頻控制柜的數(shù)字量信號，它的輸出主要是控制電動閥門的開關(guān)信號、變頻器的設(shè)定信號、水泵的啟停信號。

1? 工藝流程介紹

熱力站管網(wǎng)分為一級網(wǎng)、二級網(wǎng)。各管網(wǎng)安裝相應(yīng)的采集儀表與控制設(shè)備。為了準(zhǔn)確采集熱力站節(jié)點內(nèi)各個管線的溫度、壓力，以及消耗的熱量、失水量、消耗的電量等參數(shù)，站內(nèi)安裝了溫度變送器、壓力變送器、單法蘭液位計、熱量表、流量計、智能電表等設(shè)備對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行采集，除此之外，站內(nèi)管線還安裝了水泵（增壓泵、循環(huán)泵、補水泵等）、電動閥（電動調(diào)節(jié)閥）等設(shè)備，實現(xiàn)對水循環(huán)的流量和溫度的控制。

2? 方案確定

PLC控制柜是PLC模塊和柜內(nèi)線路的總集成，數(shù)據(jù)采集、儀表通訊并實現(xiàn)邏輯處理的核心基礎(chǔ)是PLC，通過配置不同擴展模塊的內(nèi)部參數(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的采集、邏輯功能的控制。在本系統(tǒng)中，采集的信號主要包括RS485信號、4～20mA電流信號、0～10V電壓信號。各個站采集的點數(shù)：儀表485信號大約3個，4～20mA信號以及0～10V電壓信號大約30個。數(shù)據(jù)發(fā)布采用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布形式。因此，一款小型的具有網(wǎng)絡(luò)接口的PLC控制器是較好的選擇。

通過比較，羅克韋爾公司推出的1769 CompactLogix L3x系列PLC控制器本身自帶兩個用于EtherNet/IP的通信端口，可以同時連接人機界面設(shè)備和程序調(diào)試設(shè)備，是一個非常理想的選擇。

3? 產(chǎn)品硬件配置

根據(jù)現(xiàn)場儀表通訊方式不同，PLC控制柜內(nèi)PLC模塊配置如表1所示。

4? 軟件開發(fā)

系統(tǒng)開發(fā)使用羅克韋爾RSLogix 5000 V20.04版本軟件。對現(xiàn)場各類儀表信號進行采集并進行相應(yīng)的處理，對現(xiàn)場各類設(shè)備進行邏輯控制，所有數(shù)據(jù)最終上傳并錄入實時數(shù)據(jù)庫中。

（1）對于溫度、壓力變頻器信號的采集，現(xiàn)場儀表采用4～20mA信號，我們需要對模擬量輸入模塊的各個通道進行輸入信號類型設(shè)置，如圖1所示;模塊設(shè)置完成后，通過編程實現(xiàn)對4～20mA信號的采集和量程轉(zhuǎn)換，存入相應(yīng)寄存器。

（2）熱量表、電量表、流量計等RS485通訊儀表：

首先對RS485通訊模塊進行配置，選擇485接口/端口組態(tài)對模塊端口進行相應(yīng)設(shè)置：

驅(qū)動程序：Modbus RTU;

波特率：19200;

校驗位：偶校驗;

Modbus角色：主站;

數(shù)據(jù)位：8;

停止位：1。

程序中首次掃描調(diào)用MSG_MODBUS對端口進行初始化，如圖2所示。

Localcfg1：模塊通訊參數(shù);

Targetcfg1：儀表通訊參數(shù);

Localaddr1：采集到的數(shù)據(jù)存放地址。

通過RS485通訊采集的數(shù)據(jù)有可能無法直接使用，如數(shù)據(jù)類型不合適，因此通常的方法是將采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成我們需要的數(shù)據(jù)類型，即數(shù)據(jù)解析，這里需要注意的是如果現(xiàn)場有多個RS485從站設(shè)備，而我們只使用了一塊RS485通訊模塊，這就要求現(xiàn)場的儀表從站設(shè)備必須遵循標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議且各項通訊參數(shù)要求一致。然后在程序中以輪詢的方式進行逐個讀取。

（3）通過PLC控制柜內(nèi)的繼電器，利用程序?qū)崿F(xiàn)水泵啟?？刂?。

（4）現(xiàn)場的電動閥門、變頻器等設(shè)備通常與采集的數(shù)據(jù)形成聯(lián)鎖保護。

二次供水溫度控制的供水溫度與采集的二級供水溫度進行比較，通過PID自動調(diào)節(jié)一級網(wǎng)供水流量（電動閥或增壓泵變頻器），使二次供水溫度保持穩(wěn)定，保證供熱質(zhì)量。

PID調(diào)節(jié)：即測量到的實際值，與期望值相比較，用這個偏差來糾正系統(tǒng)的響應(yīng)，是執(zhí)行調(diào)節(jié)控制的一種調(diào)節(jié)機制，是在實際工程中應(yīng)用得最為廣泛的調(diào)節(jié)控制方法。

經(jīng)過以上工作，我們已經(jīng)把現(xiàn)場的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)全部采集完成，并且把能夠保證熱力站自動穩(wěn)定運行的各項聯(lián)鎖保護在程序里逐條實現(xiàn)。對這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行處理和轉(zhuǎn)換生成，最終上傳并錄入實時數(shù)據(jù)庫中，具體過程這里不做詳細(xì)介紹。

下面我們需要將PLC采集和控制的數(shù)據(jù)在PLC控制柜的觸控面板以及區(qū)域監(jiān)控中心的監(jiān)控電腦上進行展示，首先要考慮使用何種通訊方式來實現(xiàn)。羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器支持多種通訊協(xié)議，根據(jù)實際情況我們可以做多種選擇。這里我們使用CompactLogix TCP通訊方式，它是基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP的一種通訊方式，將羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器與PLC控制柜的觸控面板、監(jiān)控中心的監(jiān)控電腦用網(wǎng)線連接到同一個交換機，并分配相同網(wǎng)段的IP地址即可實現(xiàn)，這里不做詳細(xì)介紹。

5? 結(jié)? 論

通過整個過程我們可以看出羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器在通訊、邏輯處理等方面的強大功能，使用起來十分方便。軟件編程界面一目了然、簡單易上手，并且能夠進行在線編輯程序，即在CPU運行狀態(tài)下，不重啟進行程序的修改和下裝。開發(fā)軟件集成了許多功能實例，許多以前需要編程才能實現(xiàn)的通訊等功能現(xiàn)在可以直接調(diào)用一個功能塊來輕松實現(xiàn)。同時對于此次油田熱力站自動化系統(tǒng)項目來說，以羅克韋爾1769 CompactLogix L3x控制器處理數(shù)據(jù)的效率以及數(shù)量，完全可以實現(xiàn)所需的功能，在程序開發(fā)上也節(jié)約了大量的編程時間，縮短了工期。

參考文獻：

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作者簡介：劉冠宇（1992-），男，漢族，山東濱州人，技術(shù)開發(fā)部助理工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：PLC控制系統(tǒng)在各種工藝場所的搭建與應(yīng)用。