羅克韋爾L3x控制器在油田供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉冠宇 高立亮 劉凱 張海洋

摘? 要：本文簡(jiǎn)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(shí)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(kuò)展模塊的產(chǎn)品主要屬性，并以RSLogix 5000軟件為平臺(tái)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求開發(fā)的各項(xiàng)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(yùn)算、Modbus通訊以及邏輯控制方面的功能應(yīng)用與特點(diǎn)。

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(hào)：TP273? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)于油田供熱來講，面對(duì)供暖面積增加、成本費(fèi)用壓減、安全環(huán)保壓力增大、供熱標(biāo)準(zhǔn)提高、勞動(dòng)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(shí)現(xiàn)尤為迫切。在這樣的背景下，需要對(duì)熱力站進(jìn)行計(jì)量調(diào)控改造，增加水計(jì)量、電計(jì)量、熱計(jì)量裝置，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，在精細(xì)管理上實(shí)現(xiàn)熱量計(jì)量調(diào)控。

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

1? 工藝流程介紹

熱力站管網(wǎng)分為一級(jí)網(wǎng)、二級(jí)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(diǎn)內(nèi)各個(gè)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(jì)、熱量表、流量計(jì)、智能電表等設(shè)備對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)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(bǔ)水泵等）、電動(dòng)閥（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)邏輯處理的核心基礎(chǔ)是PLC，通過配置不同擴(kuò)展模塊的內(nèi)部參數(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集、邏輯功能的控制。在本系統(tǒng)中，采集的信號(hào)主要包括RS485信號(hào)、4～20mA電流信號(hào)、0～10V電壓信號(hào)。各個(gè)站采集的點(diǎn)數(shù)：儀表485信號(hào)大約3個(gè)，4～20mA信號(hào)以及0～10V電壓信號(hào)大約30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，羅克韋爾公司推出的1769 CompactLogix L3x系列PLC控制器本身自帶兩個(gè)用于EtherNet/IP的通信端口，可以同時(shí)連接人機(jī)界面設(shè)備和程序調(diào)試設(shè)備，是一個(gè)非常理想的選擇。

3? 產(chǎn)品硬件配置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類儀表信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行相應(yīng)的處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類設(shè)備進(jìn)行邏輯控制，所有數(shù)據(jù)最終上傳并錄入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。

（1）對(duì)于溫度、壓力變頻器信號(hào)的采集，現(xiàn)場(chǎng)儀表采用4～20mA信號(hào)，我們需要對(duì)模擬量輸入模塊的各個(gè)通道進(jìn)行輸入信號(hào)類型設(shè)置，如圖1所示;模塊設(shè)置完成后，通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)4～20mA信號(hào)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(jì)等RS485通訊儀表：

首先對(duì)RS485通訊模塊進(jìn)行配置，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：

驅(qū)動(dòng)程序：Modbus RTU;

波特率：19200;

校驗(yàn)位：偶校驗(yàn);

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(duì)端口進(jìn)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(jìn)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(chǎng)有多個(gè)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(chǎng)的儀表從站設(shè)備必須遵循標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議且各項(xiàng)通訊參數(shù)要求一致。然后在程序中以輪詢的方式進(jìn)行逐個(gè)讀取。

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

（4）現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)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(hù)。

二次供水溫度控制的供水溫度與采集的二級(jí)供水溫度進(jìn)行比較，通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)一級(jí)網(wǎng)供水流量（電動(dòng)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(cè)量到的實(shí)際值，與期望值相比較，用這個(gè)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(jī)制，是在實(shí)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(chǎng)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(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)聯(lián)鎖保護(hù)在程序里逐條實(shí)現(xiàn)。對(duì)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換生成，最終上傳并錄入實(shí)時(shí)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(jìn)行展示，首先要考慮使用何種通訊方式來實(shí)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(shí)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(gè)交換機(jī)，并分配相同網(wǎng)段的IP地址即可實(shí)現(xiàn)，這里不做詳細(xì)介紹。

5? 結(jié)? 論

通過整個(gè)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(qiáng)大功能，使用起來十分方便。軟件編程界面一目了然、簡(jiǎn)單易上手，并且能夠進(jìn)行在線編輯程序，即在CPU運(yùn)行狀態(tài)下，不重啟進(jìn)行程序的修改和下裝。開發(fā)軟件集成了許多功能實(shí)例，許多以前需要編程才能實(shí)現(xiàn)的通訊等功能現(xiàn)在可以直接調(diào)用一個(gè)功能塊來輕松實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對(duì)于此次油田熱力站自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)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(shí)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(shí)間，縮短了工期。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫夢(mèng)，楊明越，季興龍，等.ABPLC在埕北油田自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].儀器儀表用戶，2014（6）：98-100.

[2] 薛繼偉，王桂華，陳冬芳.GIS在油田電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004，21（6）：198-199.

作者簡(jiǎn)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(chǎng)所的搭建與應(yīng)用。