基于西門子S7-300的聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)改造

摘要：本文詳細(xì)介紹了聯(lián)合站的數(shù)字化監(jiān)控改造過程，并結(jié)合改造過程對西門子S7-300PLC的系統(tǒng)擴(kuò)展進(jìn)行了簡單的分析。在改造中有效利用現(xiàn)有設(shè)備，力求簡單、高效、實(shí)用。不但實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的控制功能，還完成了2項(xiàng)擴(kuò)展功能，在本文中也有介紹，希望同行們能進(jìn)行交流探討。

關(guān)鍵字：PLC ；監(jiān)控系統(tǒng) ； 數(shù)字化改造

Abstract: This paper introduces the combination station digital control transformation process, combined with the transformation process to analyze the Siemens S7-300PLC system. To effective use the existing equipment in the transformation, for simple, efficient and practical. Not only realize the plan and control function, also completed 2extensions, in this article are introduced, hope colleagues will be able to exchange and discuss.

Key word: PLC; monitoring system; digital transformation

1 前言

近年來，油田數(shù)字化管理建設(shè)悄然興起，規(guī)模不斷擴(kuò)大、功能不斷完善，在精細(xì)管理、可視化監(jiān)控、安全生產(chǎn)及節(jié)能增效等方面都取得了較好的成效，逐漸成為油田生產(chǎn)管理系統(tǒng)的一個重要組成部分。

在我部，數(shù)字化管理建設(shè)也受到各級領(lǐng)導(dǎo)的重視，目前正在向數(shù)字化管理方向發(fā)展。

2 需要改造的原因

數(shù)字化管理應(yīng)本著五統(tǒng)一（“技術(shù)統(tǒng)http:///
一、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)http:///
一、設(shè)備統(tǒng)http:///
一、平臺統(tǒng)http:///
一、管理統(tǒng)一”）的建設(shè)要求，在建設(shè)過程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有工藝流程，有效利用現(xiàn)有設(shè)備，降低成本、突出實(shí)用性。目前，我部XX聯(lián)合站已經(jīng)建設(shè)成為標(biāo)準(zhǔn)化場站，但在數(shù)字化管理建設(shè)方面還存在一些不足，現(xiàn)場操作員工多次反映監(jiān)控系統(tǒng)存在諸如：鍋爐數(shù)據(jù)沒有采集、控制功能不完善，監(jiān)控軟件平臺不實(shí)用等問題。因此，我們決定對該站的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

1、站內(nèi)配置一臺PLC控制柜，以西門子CPU-315-2DP為控制核心，配備SM331AI模塊2個；無AO模塊；無DI/DO模塊；

2、已實(shí)現(xiàn)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)：2臺三相分離器的水箱液位、油箱液位、罐內(nèi)壓力、調(diào)節(jié)閥開度；流量計(jì)流量；3座5000m3儲油罐連續(xù)液位；

3、現(xiàn)用翻斗流量計(jì)陳舊，與PLC通信采用模擬量通信方式，抗干擾能力弱、可靠性差；

4、配置上位機(jī)1臺，采用組態(tài)王軟件監(jiān)控實(shí)時數(shù)據(jù)。

4 可行性分析

4.1 改造后需要實(shí)現(xiàn)的功能：

（1）流量計(jì)與PLC通信由原來的模擬量通信改為RS485通信（Modbus或ProfiBus通信協(xié)議）；

（2）鍋爐運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；溫度采集、監(jiān)控，高底限報警；

（3）監(jiān)控3臺輸油泵運(yùn)行狀態(tài)及泵前、泵后的壓力；當(dāng)泵的壓力異常時，PLC控制自動停泵保護(hù)，且上位機(jī)可以遠(yuǎn)程人工停泵；

（4）3座5000m3儲油罐罐內(nèi)溫度；（原為指針式溫度計(jì)）

（5）擴(kuò)展功能：在站控界面上設(shè)定鍋爐的出口溫度后，PLC采用PID控制算法，自動調(diào)節(jié)供氣管線電動閥門開度，進(jìn)而控制火力大小，使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近；具有遠(yuǎn)程熄火功能，并且當(dāng)爐內(nèi)溫度過高時（超過高高限），PLC自動切斷供氣管線電動閥，熄火保護(hù)，并返回鍋爐熄火狀態(tài)。

4.2 現(xiàn)有PLC擴(kuò)展：

4.3 結(jié)論

當(dāng)前PLC系統(tǒng)不滿足改造需要，需要擴(kuò)展信號模塊：SM331（AI8）模塊1個；SM332(AO8)模塊1個；SM 321(DI16)模塊1個；SM322(DO16)模塊1個。

5 實(shí)施過程

5.1 設(shè)備選型：

（1）鍋爐供氣電動閥2臺（要求：具有模擬量控制功能，根據(jù)PLC輸

出的模擬量信號自動控制閥門開度；可根據(jù)PLC輸出的控制信號緊急切斷閥門；通過模擬量輸出向PLC反饋閥門開度）；

（2）具有RS485通訊功能的流量計(jì)1臺；

（3）壓力變送器6臺（輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號）；溫度變送器5臺（輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號）；

（4）PLC信號模塊參看4.3章節(jié)；

（6）智能交換機(jī)1臺，用于劃分V_LAN，辦公網(wǎng)和生產(chǎn)網(wǎng)隔離；

（7）DC5V/AC380V繼電器2只，屏蔽鎧裝信號線、雙絞線等輔料若干。

5.2 站控組態(tài)軟件選型

（1）目前站內(nèi)所使用的組態(tài)王軟件具備以下不足：

系統(tǒng)不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)易丟失。系統(tǒng)一旦斷電，設(shè)定參數(shù)會全部丟失，需重新設(shè)定。

數(shù)據(jù)運(yùn)算精度低，只能處理8位數(shù)據(jù)，無法處理16位以上的數(shù)據(jù)，不能滿系統(tǒng)要求。

（2）新組態(tài)軟件選型：

我們決定將組態(tài)王更換為西門子WINCC組態(tài)軟件，具體原因如下：

系統(tǒng)功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于組態(tài)王軟件；

和西門子PLC完美兼容，真正做到“平臺統(tǒng)一”；

5.3控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析

5.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）控制系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和邏輯控制，工控機(jī)作為上位工作站，同時兼有操作員站和工程師站功能，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對整個聯(lián)合站內(nèi)的集中監(jiān)視、管理

和協(xié)調(diào)控制。

主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

各控制裝置設(shè)在控制室，采用“PLC+上位工作站”集中控制方式，安全系數(shù)高；

系統(tǒng)具有手動/自動切換功能，可靠性高；

采用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和邏輯控制，靈活性、可擴(kuò)展性高；

允許在線設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，如鍋爐溫度；

系統(tǒng)具有斷電自保護(hù)功能，系統(tǒng)斷電后，程序和所設(shè)參數(shù)不會丟失；

系統(tǒng)具有完善的高/低限報警功能和超限保護(hù)功能；

組態(tài)界面上模擬實(shí)時工況流程圖，閥門關(guān)為紅色、開為綠色；鍋爐停運(yùn)未紅色、運(yùn)行為綠色；泵停運(yùn)為紅色、運(yùn)行為綠色。

（2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6 改造后的效果

改造后的系統(tǒng)具有以下功能和優(yōu)點(diǎn)：

鍋爐的運(yùn)行參數(shù)全部在上位機(jī)上監(jiān)控，具備溫度高低限報警功能，當(dāng)溫度超高時，可自動切斷供氣閥門，停機(jī)保護(hù)；意外情況發(fā)生時，可在上位機(jī)上遠(yuǎn)程停爐。提高了站內(nèi)的安全性。

流量計(jì)算更加精確，不會再受到外界干擾，減小輸差，提高經(jīng)濟(jì)效益；

站控界面更加人性化、功能更為完善、數(shù)據(jù)處理能力更加強(qiáng)大；

鍋爐自動恒溫運(yùn)行，大大減低了員工的勞動強(qiáng)度和危險性，體現(xiàn)了數(shù)字化建設(shè)“以人為本”的理念。

7 結(jié)束語

此次改造雖然取得了一定的成功，但是由于工期緊張，整個工程還存在許多

的不足，如監(jiān)控界面制作的不夠美觀等；通過改造工程中的不斷探索、學(xué)習(xí)，我們發(fā)現(xiàn)該聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)還有很多可以擴(kuò)展的地方，如可以監(jiān)控泵的運(yùn)行電流，當(dāng)過載時自動停泵保護(hù)等功能需要我們進(jìn)一步去開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張寶芬等.自動檢測及儀表控制系統(tǒng). 化學(xué)工業(yè)出版社。2004

[2] 馬國華. 監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社。2006

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。