張涵

（大慶油田信息技術(shù)公司，黑龍江 大慶 163000）

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，油田生產(chǎn)中使用的計(jì)量?jī)x表種類(lèi)、數(shù)量越來(lái)越多，這對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集準(zhǔn)確的要求也就越來(lái)越高，目前油田油、氣、水、電各類(lèi)計(jì)量?jī)x表一般采用的是4～20mA輸出信號(hào)（部分原油質(zhì)量流量計(jì)采用的為RS485信號(hào)），由于此類(lèi)信號(hào)存在傳輸誤差，而累計(jì)流量數(shù)值是由PLC系統(tǒng)累加運(yùn)算得到，所以累加值誤差也會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致系統(tǒng)顯示累計(jì)流量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。以某采油廠(chǎng)葡A聯(lián)合站污水崗去葡B注水站水流量計(jì)數(shù)據(jù)采集為例，現(xiàn)場(chǎng)采集累計(jì)流量為1944000m3，測(cè)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為1782000m3，誤差較大，需由崗位員工現(xiàn)場(chǎng)錄取數(shù)據(jù)，為解決該問(wèn)題，應(yīng)用RS485通訊與S7-300PLC功能開(kāi)發(fā)技術(shù)，構(gòu)建計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油、氣、水、電各類(lèi)計(jì)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

1 計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件主要由電流信號(hào)-RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、下位機(jī)PLC與上位機(jī)工控機(jī)三部分組成。

電流信號(hào)-RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用于現(xiàn)場(chǎng)儀表的信號(hào)轉(zhuǎn)換，將儀表輸出的4～20mA的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485通訊。

下位機(jī)硬件主要是分為CPU、以太網(wǎng)卡模塊、電源模塊、I/O功能模塊、CP341模塊等5部分，用于采集運(yùn)算、分析處理轉(zhuǎn)換后的RS485信號(hào)。

上位機(jī)硬件主要分為工控機(jī)與液晶顯示器2部分，用于遠(yuǎn)程顯示監(jiān)測(cè)計(jì)量?jī)x表的各類(lèi)數(shù)據(jù)。

1.2 計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件主要使用下位機(jī)STEP7編程軟件與上位機(jī)WinCC編程軟件進(jìn)行功能程序開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)變量點(diǎn)鏈接通訊。用于實(shí)現(xiàn)計(jì)量?jī)x表各項(xiàng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程集中、實(shí)時(shí)精確的采集監(jiān)控。

（1）下位機(jī)軟件程序開(kāi)發(fā)。

①硬件環(huán)境組態(tài)。應(yīng)用西門(mén)子S7-300功能開(kāi)發(fā)STEP7V5.5軟件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原有測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)際模塊數(shù)量與安裝位置進(jìn)行硬件組態(tài)，并在硬件組件中加入了用于采集傳輸RS485類(lèi)信號(hào)的CP343-1模塊。在模塊的屬性參數(shù)設(shè)置（protocol設(shè)置）中選在A(yíng)SCII通訊協(xié)議，并按照現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表本身的通訊波特率、數(shù)據(jù)位、停止位及奇偶校驗(yàn)方式等數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并在通訊方式界面內(nèi)選擇RS485通訊，搭建現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表與測(cè)控系統(tǒng)RS48通訊回路，并按照RS485硬件驅(qū)動(dòng)方式完成現(xiàn)場(chǎng)硬件接線(xiàn)，完成CP343通訊方式的硬件環(huán)境組態(tài)。

②軟件程序開(kāi)發(fā)。在測(cè)控系統(tǒng)原程序內(nèi)的OB1主程序中，增加調(diào)用計(jì)量?jī)x表發(fā)出的RS4858信號(hào)采集程序語(yǔ)句FB1051功能塊（如圖1、圖2），并根據(jù)模塊指令說(shuō)明與硬件組態(tài)中給CP343分配的I/O地址完成程序塊語(yǔ)句編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表RS485信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。

圖1 OB1內(nèi)調(diào)用FB1051功能塊

圖2 FB1051功能塊編程指令說(shuō)明

（2）采集計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)（如圖3）。為了實(shí)現(xiàn)程序編寫(xiě)的簡(jiǎn)捷化，應(yīng)用了基于VB開(kāi)發(fā)的ASC_MOD_STEP7_config軟件，這個(gè)軟件可以更加簡(jiǎn)捷地完成RS485類(lèi)信號(hào)的地址錄入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分布和多點(diǎn)數(shù)據(jù)命令同步生成，只需根據(jù)計(jì)量?jī)x表自身的固定數(shù)據(jù)地址設(shè)置、添加含水率、溫度、累計(jì)流量、瞬時(shí)流量等實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的起始地址，點(diǎn)擊生成命令自動(dòng)生成SCL文件。

圖3 應(yīng)用ASC_MOD_STEP7_config軟件設(shè)置計(jì)量?jī)x表通訊數(shù)據(jù)

將軟件生成的RS485通訊STL文件安裝加載至STEP7源文件中，即可實(shí)現(xiàn)該型號(hào)計(jì)量?jī)x表RS485數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運(yùn)算等功能，直接采集傳輸計(jì)量?jī)x表自身計(jì)量的累計(jì)數(shù)值（油、氣、水、電等底數(shù)），避免了測(cè)控系統(tǒng)累加瞬時(shí)值帶來(lái)的誤差（如圖4）。

圖4 計(jì)量?jī)x表通訊數(shù)據(jù)STL源文件加載

以一臺(tái)口徑DN100mm的電磁流量計(jì)為例，瞬時(shí)流量量程范圍為0～300m3/h,若采用4～20mA電流信號(hào)傳輸瞬時(shí)數(shù)據(jù)，1mA的信號(hào)誤差造成的瞬時(shí)流量誤差為18.75m3/h，日累計(jì)液量的誤差則達(dá)到了450m3，而采用了RS485通訊方式后，不再應(yīng)用瞬時(shí)流量累加的方式得出累計(jì)液量，而是直接采集計(jì)量?jī)x表內(nèi)的累計(jì)液量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量?jī)x表各項(xiàng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確監(jiān)測(cè)。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）可實(shí)現(xiàn)油、氣、水、電、溫度、壓力各類(lèi)計(jì)量?jī)x表溫度、壓力、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等各項(xiàng)計(jì)量數(shù)據(jù)及累加數(shù)據(jù)的直接采集，改變?cè)械乃矔r(shí)量累加計(jì)算得出累積量的采集原理，保證累計(jì)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確采集。

（2）當(dāng)測(cè)控系統(tǒng)I/O功能模塊發(fā)生故障時(shí)，在停運(yùn)的時(shí)間段內(nèi)不會(huì)發(fā)生累積數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，測(cè)控系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行后仍可采集計(jì)量?jī)x表的累計(jì)數(shù)值。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）基于RS485通訊的計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)計(jì)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確采集，避免瞬時(shí)數(shù)據(jù)累加誤差對(duì)累積值數(shù)據(jù)的影響，提高數(shù)據(jù)累積值采集的準(zhǔn)確性與可靠性。

（2）基于RS485通訊的計(jì)量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效解決了因測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)計(jì)算累積誤差造成的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)不符、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)計(jì)量數(shù)據(jù)誤差大的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確監(jiān)測(cè)，提高了計(jì)量數(shù)據(jù)的精確采集效率，降低了崗位員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障站庫(kù)計(jì)量交接平穩(wěn)正常運(yùn)行。