SIMATIC S7-1200控制器在油田分隊(duì)計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘? 要：本文介紹了西門子SIMATIC S7-1200控制器在油田分隊(duì)計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了SIMATIC S7-1200控制器的通訊功能應(yīng)用與特點(diǎn)。并且詳細(xì)闡述了利用SIMATIC S7-1200控制器，在油田計(jì)量系統(tǒng)中，配置不同數(shù)據(jù)采集模塊來實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)信號(hào)的采集應(yīng)用方式。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)采集終端這樣的項(xiàng)目選用該控制器完全可以實(shí)現(xiàn)所需的功能，同時(shí)能夠節(jié)省很多成本，在程序設(shè)計(jì)上也能節(jié)約大量編程時(shí)間，縮短工期。最后本文提出了對(duì)該系統(tǒng)的一些思考與建議。

關(guān)鍵詞：SIMATIC S7-1200控制器;儀表通訊;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）20-0038-03

Abstract：This paper introduces the application of SIMATIC S7-1200 controller in oil field unit metering system，and expounds in detail the application and characteristics of communication function of SIMATIC S7-1200 controller. In addition，the application of SIMATIC S7-1200 controller to different data acquisition modules in oilfield metering system is described in detail. Through the actual operation on the spot，it is found that the project such as the measurement data acquisition terminal can fully realize the required functions and save a lot of cost，and also save a lot of programming time and shorten the construction period. Finally，I put forward some thoughts and suggestions on the system.

Keywords：SIMATIC S7-1200 controller;instrument communication;data acquisition

1? 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

近年來，隨著油田生產(chǎn)含水上升速度加快，噸油成本逐年提高，由于存在部分采油隊(duì)之間集油流程交叉、單井計(jì)量困難、油區(qū)治安復(fù)雜等原因，加上取樣化驗(yàn)人員的人為因素造成井口產(chǎn)量與集輸站庫(kù)原油輸差大，單井計(jì)量數(shù)據(jù)無法全面真實(shí)反映采油隊(duì)的原油產(chǎn)量，影響管理層及時(shí)進(jìn)行正確決策。同時(shí)由于無法界定采油隊(duì)產(chǎn)量，壓力無法下傳，影響考核管理，不利于調(diào)動(dòng)基層的生產(chǎn)積極性，同時(shí)無法實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)化管理。因此，迫切需要通過集輸系統(tǒng)區(qū)域優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)采油隊(duì)產(chǎn)量的準(zhǔn)確計(jì)量。

整個(gè)油田分隊(duì)計(jì)量系統(tǒng)分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)、綜合信息管理系統(tǒng)。SIMATIC S7-1200控制器主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集終端。

數(shù)據(jù)采集終端完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)的讀取和控制，并將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。它的輸入是從現(xiàn)場(chǎng)儀表引入的RS485信號(hào)、模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)和脈沖信號(hào)。

2? 工藝流程介紹

原油經(jīng)由各個(gè)采油井從地下采出，通過輸油管道至各個(gè)轉(zhuǎn)接站。轉(zhuǎn)接站接收各個(gè)井口來液，將隸屬一個(gè)采油隊(duì)的來液集中匯入三相或兩相分離器中，經(jīng)油氣水分離后外輸。為準(zhǔn)確計(jì)量各個(gè)采油隊(duì)產(chǎn)量，在轉(zhuǎn)接站內(nèi)安裝流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器、在線含水分析儀等設(shè)備對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3? 方案確定

數(shù)據(jù)采集終端采用PLC為核心基礎(chǔ)，通過配置不同數(shù)據(jù)采集模塊來實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)信號(hào)的采集。在本系統(tǒng)中，采集的信號(hào)主要包括RS485信號(hào)、脈沖量信號(hào)、4～20mA電流信號(hào)。各個(gè)站采集的點(diǎn)數(shù)：儀表485信號(hào)不超過10個(gè)，脈沖信號(hào)不超過3個(gè)、4～20mA信號(hào)不超過20個(gè)。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，西門子公司推出的S7 1200系列PLC控制器是一個(gè)非常理想的選擇。

4? 產(chǎn)品硬件配置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表通訊方式不同，數(shù)據(jù)采集終端配置如表1所示：

考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝了使用脈沖信號(hào)的容積式流量計(jì)，選用帶有6通道高速計(jì)數(shù)器的控制器CPU 1214C可以直接采集現(xiàn)場(chǎng)脈沖信號(hào)，省去高速計(jì)數(shù)模塊費(fèi)用;

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度壓力采集選用SM 1231 AI 4通道模擬量采集模塊;

現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量流量計(jì)、含水儀等均采用485 Modbus通訊協(xié)議，需采用CM 1241 RS485通訊模塊。

5? 軟件開發(fā)

系統(tǒng)開發(fā)使用西門子STEP 7 Basic V10.5版本軟件。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各類儀表信號(hào)采集，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（1）對(duì)于溫度、壓力的采集，現(xiàn)場(chǎng)儀表采用4～20mA信號(hào)，但模擬量采集模塊對(duì)電流信號(hào)的要求是0～20mA，如圖1所示。

需編程實(shí)現(xiàn)4～20mA的整定，具體編程這里不作詳細(xì)介紹。

（2）容積式流量計(jì)采用脈沖信號(hào)，對(duì)其信號(hào)采集的具體操作如圖2所示。

設(shè)備配置中對(duì)要使用的高速計(jì)數(shù)通道進(jìn)行相關(guān)配置。

這里需要注意的是硬件輸入欄中的時(shí)鐘輸入標(biāo)示了實(shí)際的硬件輸入地址。注意這里的第一個(gè)通道對(duì)應(yīng)I0.0，第二個(gè)通道對(duì)應(yīng)I0.2，依此類推，實(shí)際接線中不要接錯(cuò)。

（3）質(zhì)量流量計(jì)、含水儀等485通訊儀表的配置如下：

設(shè)備配置中選中485通訊模塊，選擇485接口/端口組態(tài)對(duì)模塊端口進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置：波特率9600;偶校驗(yàn);8個(gè)數(shù)據(jù)位;1個(gè)停止位。

程序中首次掃描調(diào)用MB_COMM_LOAD對(duì)端口進(jìn)行初始化，如圖3所示。

調(diào)用庫(kù)MB_MASTER，主站設(shè)置如圖4所示。

這里要注意如果現(xiàn)場(chǎng)有多個(gè)485設(shè)備，而我們只使用了一塊485通訊模塊，這就要求現(xiàn)場(chǎng)的儀表設(shè)備必須遵循標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議且通訊參數(shù)要求一致。然后在程序中以輪詢的方式來逐個(gè)讀取。當(dāng)然也可以通過編程的方式來實(shí)現(xiàn)與單個(gè)儀表的通訊，那時(shí)可以不考慮上面的問題。

經(jīng)過上面的工作，我們已經(jīng)把現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)全部采集完成。通過對(duì)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理生成最終需要錄入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，具體過程這里不做詳細(xì)介紹。

下面需要將SIMATIC S7-1200控制器與中心服務(wù)器建立連接，為數(shù)據(jù)的入庫(kù)做好準(zhǔn)備。首先要考慮使用何種通訊方式來實(shí)現(xiàn)。SIMATIC S7-1200控制器支持多種通訊協(xié)議，根據(jù)實(shí)際情況可以做多種選擇。這里我們使用開放式用戶通信中的TSEND_C方式。

在程序中調(diào)用TSEND_C，如圖5所示。

選中該塊按F1可查看相應(yīng)幫助。同時(shí)也可以右鍵單擊塊選擇屬性對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。這樣就可以將SIMATIC S7-1200控制器所采集處理的數(shù)據(jù)發(fā)送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器端可以通過自己編寫的數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)錄軟件將數(shù)據(jù)接收解析后轉(zhuǎn)錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

6? 應(yīng)用體會(huì)

通過整個(gè)過程我們可以看出SIMATIC S7-1200控制器在通訊方面的強(qiáng)大功能，使用起來十分方便。許多以前需要編程實(shí)現(xiàn)的通訊現(xiàn)在可以直接調(diào)用一個(gè)功能塊輕松實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在性價(jià)比方面，目前SIMATIC S7-1200控制器在業(yè)界是佼佼者，對(duì)于此次分隊(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)采集終端這樣的項(xiàng)目來說，選用該控制器完全可以實(shí)現(xiàn)所需的功能，同時(shí)可以節(jié)省很多的成本，在程序設(shè)計(jì)上也可以節(jié)約大量編程時(shí)間，縮短工期。

7? 結(jié)? 論

由于SIMATIC S7-1200控制器推出時(shí)間不長(zhǎng)，因此也存在一些問題，比如模塊可選型號(hào)不全、控制器系統(tǒng)版本不穩(wěn)定、不支持一些常用的通訊協(xié)議。軟件功能雖然強(qiáng)大，但對(duì)平臺(tái)要求較高、占用系統(tǒng)資源長(zhǎng)時(shí)間無法釋放、沒有撤銷功能等等。相信SIMATIC S7-1200控制器在以后的不斷改進(jìn)中會(huì)受到廣大用戶的肯定。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：高立亮（1981-），男，漢族，山東人，助理工程師，本科，研究方向：油氣及石化行業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。