張涵
(大慶油田信息技術(shù)公司,黑龍江 大慶 163000)
隨著自動化技術(shù)的發(fā)展,油田生產(chǎn)中使用的計量儀表種類、數(shù)量越來越多,這對計量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集準(zhǔn)確的要求也就越來越高,目前油田油、氣、水、電各類計量儀表一般采用的是4~20mA輸出信號(部分原油質(zhì)量流量計采用的為RS485信號),由于此類信號存在傳輸誤差,而累計流量數(shù)值是由PLC系統(tǒng)累加運(yùn)算得到,所以累加值誤差也會逐漸增大,導(dǎo)致系統(tǒng)顯示累計流量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。以某采油廠葡A聯(lián)合站污水崗去葡B注水站水流量計數(shù)據(jù)采集為例,現(xiàn)場采集累計流量為1944000m3,測控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)為1782000m3,誤差較大,需由崗位員工現(xiàn)場錄取數(shù)據(jù),為解決該問題,應(yīng)用RS485通訊與S7-300PLC功能開發(fā)技術(shù),構(gòu)建計量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)油、氣、水、電各類計量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)監(jiān)測。
計量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測系統(tǒng)硬件主要由電流信號-RS485信號轉(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-RS485信號轉(zhuǎn)換模塊用于現(xiàn)場儀表的信號轉(zhuǎn)換,將儀表輸出的4~20mA的模擬量信號轉(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。
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)測計量儀表的各類數(shù)據(jù)。
計量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測系統(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)行功能程序開發(fā)、數(shù)據(jù)變量點鏈接通訊。用于實現(xiàn)計量儀表各項數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程集中、實時精確的采集監(jiān)控。
(1)下位機(jī)軟件程序開發(fā)。
①硬件環(huán)境組態(tài)。應(yīng)用西門子S7-300功能開發(fā)STEP7V5.5軟件,根據(jù)現(xiàn)場原有測控系統(tǒng)的實際模塊數(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類信號的CP343-1模塊。在模塊的屬性參數(shù)設(shè)置(protocol設(shè)置)中選在ASCII通訊協(xié)議,并按照現(xiàn)場計量儀表本身的通訊波特率、數(shù)據(jù)位、停止位及奇偶校驗方式等數(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)場計量儀表與測控系統(tǒng)RS48通訊回路,并按照RS485硬件驅(qū)動方式完成現(xiàn)場硬件接線,完成CP343通訊方式的硬件環(huán)境組態(tài)。
②軟件程序開發(fā)。在測控系統(tǒng)原程序內(nèi)的OB1主程序中,增加調(diào)用計量儀表發(fā)出的RS4858信號采集程序語句FB1051功能塊(如圖1、圖2),并根據(jù)模塊指令說明與硬件組態(tài)中給CP343分配的I/O地址完成程序塊語句編寫,實現(xiàn)現(xiàn)場計量儀表RS485信號的實時采集。
圖1 OB1內(nèi)調(diào)用FB1051功能塊
圖2 FB1051功能塊編程指令說明
(2)采集計量儀表數(shù)據(jù)(如圖3)。為了實現(xiàn)程序編寫的簡捷化,應(yīng)用了基于VB開發(fā)的ASC_MOD_STEP7_config軟件,這個軟件可以更加簡捷地完成RS485類信號的地址錄入、數(shù)據(jù)存儲分布和多點數(shù)據(jù)命令同步生成,只需根據(jù)計量儀表自身的固定數(shù)據(jù)地址設(shè)置、添加含水率、溫度、累計流量、瞬時流量等實時采集數(shù)據(jù)的起始地址,點擊生成命令自動生成SCL文件。
圖3 應(yīng)用ASC_MOD_STEP7_config軟件設(shè)置計量儀表通訊數(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,即可實現(xiàn)該型號計量儀表RS485數(shù)據(jù)的實時采集與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運(yùn)算等功能,直接采集傳輸計量儀表自身計量的累計數(shù)值(油、氣、水、電等底數(shù)),避免了測控系統(tǒng)累加瞬時值帶來的誤差(如圖4)。
圖4 計量儀表通訊數(shù)據(jù)STL源文件加載
以一臺口徑DN100mm的電磁流量計為例,瞬時流量量程范圍為0~300m3/h,若采用4~20mA電流信號傳輸瞬時數(shù)據(jù),1mA的信號誤差造成的瞬時流量誤差為18.75m3/h,日累計液量的誤差則達(dá)到了450m3,而采用了RS485通訊方式后,不再應(yīng)用瞬時流量累加的方式得出累計液量,而是直接采集計量儀表內(nèi)的累計液量數(shù)據(jù),實現(xiàn)了計量儀表各項數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確監(jiān)測。
(1)可實現(xiàn)油、氣、水、電、溫度、壓力各類計量儀表溫度、壓力、瞬時流量、累計流量等各項計量數(shù)據(jù)及累加數(shù)據(jù)的直接采集,改變原有的瞬時量累加計算得出累積量的采集原理,保證累計量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確采集。
(2)當(dāng)測控系統(tǒng)I/O功能模塊發(fā)生故障時,在停運(yùn)的時間段內(nèi)不會發(fā)生累積數(shù)據(jù)丟失問題,測控系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行后仍可采集計量儀表的累計數(shù)值。
(1)基于RS485通訊的計量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測系統(tǒng),可以實現(xiàn)各類計量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確采集,避免瞬時數(shù)據(jù)累加誤差對累積值數(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通訊的計量數(shù)據(jù)精確監(jiān)測系統(tǒng),有效解決了因測控系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)計算累積誤差造成的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)不符、遠(yuǎn)程監(jiān)測計量數(shù)據(jù)誤差大的問題,實現(xiàn)了計量儀表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程精確監(jiān)測,提高了計量數(shù)據(jù)的精確采集效率,降低了崗位員工的勞動強(qiáng)度,保障站庫計量交接平穩(wěn)正常運(yùn)行。