EPKS系統(tǒng)與羅克韋爾ControlLogix 5570 PLC在海洋平臺的應(yīng)用

高立亮 劉冠宇 常文偉

摘? 要：文章簡單描述了海洋平臺自控系統(tǒng)建設(shè)和升級的背景，對EPKS系統(tǒng)和羅克韋爾ControlLogix 5570 PLC的優(yōu)勢進(jìn)行了簡單的介紹，并說明本系統(tǒng)在海洋平臺自控系統(tǒng)中具體的應(yīng)用。文中指出了中心平臺PKS系統(tǒng)與衛(wèi)星平臺PLC的通信解決方案，并詳細(xì)闡述了EPKS系統(tǒng)具體的操作方法和ControlLogix 5570 PLC控制器的編程步驟。最后介紹了該系統(tǒng)投用以后海洋平臺的現(xiàn)狀，并指出了該系統(tǒng)可能的應(yīng)用場所。

關(guān)鍵詞：PKS系統(tǒng);ControlLogix 5570;編程

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0104-04

Application of EPKS System and Rockwell ControlLogix 5570 PLC in Offshore Platform

GAO Liliang， LIU Guanyu， CHANG Wenwei

（Shandong Shengli Tonghai Group Dongying Tianlan Energy Saving Technology Co.， Ltd.， Dongying? 257200， China）

Abstract： This paper briefly describes the background of the construction and upgrading of the automatic control system of offshore platform， briefly introduces the advantages of EPKS system and Rockwell ControlLogix 5570 PLC， and explains the specific application of this system in the automatic control system of offshore platform. This paper points out the communication solution between the central platform PKS system and the satellite platform PLC， and expounds in detail the specific operation method of EPKS system and the programming steps of ControlLogix 5570 PLC controller. Finally， this paper introduces the current situation of the offshore platform after the system is put into use， and points out the possible application places of the system.

Keywords： PKS system; ControlLogix 5570; programming

0? 引? 言

埕島油田位于渤海南部的極淺海水域，是一個擁有3座中心平臺、90多座采油井組平臺的大型灘海油田。為實現(xiàn)油氣田生產(chǎn)過程可視化、生產(chǎn)運行狀態(tài)全面感知、生產(chǎn)實時監(jiān)控和高效運行指揮，全面提高油氣生產(chǎn)管理水平，促進(jìn)油田管理效率和經(jīng)濟(jì)效益提升，埕島油田進(jìn)行了全面的生產(chǎn)信息化建設(shè)。海洋平臺自控系統(tǒng)通過生產(chǎn)信息化建設(shè)進(jìn)行了大的升級改造，本系統(tǒng)主要包含兩部分：中心平臺EPKS系統(tǒng)和衛(wèi)星平臺自控系統(tǒng)。

霍尼韋爾EPKS系統(tǒng)是一套功能完善的過程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用最先進(jìn)的開放平臺和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為用戶提供了一個優(yōu)于多數(shù)集散控制系統(tǒng)的控制平臺。該系統(tǒng)包括嵌入式的決策支持和診斷技術(shù)，為決策者提供所需信息;還包括安全組件保證系統(tǒng)使安全環(huán)境獨立于主控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。

ControlLogix 5570 PLC是Rockwell公司的新一代控制平臺，系統(tǒng)封裝外形小，不僅可提供離散、驅(qū)動、運動、過程和安全控制，還具有通信功能和先進(jìn)的I/O，可以利用這個單獨系統(tǒng)完成順序、過程、驅(qū)動或運動控制的任意組合，采用諸如先進(jìn)的診斷與符號編程等工具提高生產(chǎn)率。

1? 系統(tǒng)概況

EPKS通過與ControlLogix 5570 PLC通訊不僅可以實現(xiàn)衛(wèi)星平臺油水井的生產(chǎn)資料實時監(jiān)控，并可以記錄歷史數(shù)據(jù)形成曲線，并且能對油井、電加熱器、緊急切斷閥等重要設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，具備數(shù)據(jù)異常報警、火災(zāi)報警、可燃?xì)怏w報警等功能，同時還可以打印報警記錄、數(shù)據(jù)報表、報告等。

衛(wèi)星平臺自控系統(tǒng)主要由安全控制系統(tǒng)（簡稱SIS系統(tǒng)）和過程控制系統(tǒng)（簡稱PCS系統(tǒng)）兩部分組成。其中安全控制系統(tǒng)又由緊急停車系統(tǒng)（ESD）和火氣系統(tǒng)（FGS）組成，主要完成工藝系統(tǒng)的遙控開關(guān)、緊急關(guān)斷、連鎖關(guān)斷、可燃?xì)怏w泄漏和室外火災(zāi)探測，保障生產(chǎn)和生活的安全，過程控制系統(tǒng)完成工藝過程參數(shù)的測量和控制，保障工藝系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)的運行。SIS系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)共用一套冗余的ControlLogix 5570 PLC，I/O模板和機(jī)架嚴(yán)格分開，CPU部分和SIS I/O模板具有SIL2或TUV AK4認(rèn)證。中心平臺建立一套EPKS系統(tǒng)，由于海洋區(qū)域光纜通訊實施難度較大我們選擇無線電臺的方式進(jìn)行通訊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2? 硬件配置

（1）衛(wèi)星平臺自控系統(tǒng)主要硬件配置如表1所示。

（2）中心平臺EPKS系統(tǒng)主要硬件配置如表2所示。

3? 衛(wèi)星平臺自控系統(tǒng)

系統(tǒng)開發(fā)使用羅克韋爾RSLogix 5000 V20.04版本軟件，對現(xiàn)場各類儀表信號進(jìn)行采集并進(jìn)行相應(yīng)的處理、對現(xiàn)場各類設(shè)備進(jìn)行邏輯控制，所有數(shù)據(jù)最終上傳并錄入實時數(shù)據(jù)庫中。ControlLogix 5570 系列PLC在編程及通訊方面功能強(qiáng)大，編程軟件易于操作，指令齊全易于查找。本系統(tǒng)主要需要對以下幾個方面進(jìn)行編程組態(tài)：

（1）電臺模塊是衛(wèi)星平臺自控系統(tǒng)與中心平臺EPKS系統(tǒng)通訊所用模塊，程序中需要對模塊調(diào)用，首次掃描需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置：

波特率：9 600

校驗位：無校驗

數(shù)據(jù)位：8

停止位：1

ID號：1

如圖2所示。

（2）對于溫度、壓力、液位等4～20 mA信號，我們需要對1756-IF16模塊的16個通道分別進(jìn)行輸入信號類型及對應(yīng)量程的設(shè)置，模塊設(shè)置完成后，通過編程實現(xiàn)對信號的采集并存入相應(yīng)的寄存器。

（3）生產(chǎn)運行狀態(tài)信號、可燃?xì)怏w報警信號等數(shù)字量信號通過1756-IB16I模塊進(jìn)行采集，此模塊不需要進(jìn)行過多的配置，按照模塊接線要求把狀態(tài)信號接入模塊，通過編程實現(xiàn)狀態(tài)信號的采集并存入程序?qū)崟r數(shù)據(jù)庫。

（4）現(xiàn)場泵、閥等設(shè)備通過1756-OB16D模塊輸出到控制柜內(nèi)繼電器來進(jìn)行遙控，控制部分主要在SIS系統(tǒng)。衛(wèi)星平臺的泵、閥通常與現(xiàn)場的工藝流程參數(shù)以及火氣系統(tǒng)形成聯(lián)鎖保護(hù)，當(dāng)干線壓力、干線溫度、井口回壓等參數(shù)超限時聯(lián)鎖停相應(yīng)的油井和切斷閥;當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或者可燃?xì)怏w泄漏時，聯(lián)鎖停所有油井和切斷閥，并點亮平臺相應(yīng)顏色的狀態(tài)指示燈。

（5）智能電表、UPS、火災(zāi)控制盤等RS485通訊儀表通過羅克韋爾合作伙伴ProSoft公司的MVI56E-MCMR模塊進(jìn)行采集。用ProSoft Configuration Builder軟件通過編程將儀表數(shù)據(jù)采集到模塊存儲器內(nèi)，模塊需要設(shè)置以下參數(shù)：

Enabled：YES

Type：Master

Protocol：RTU

Baud Rate：波特率（根據(jù)儀表確定）

Parity：校驗位（根據(jù)儀表確定）

Data Bits：數(shù)據(jù)位（根據(jù)儀表確定）

Stop Bits：停止位（根據(jù)儀表確定）

其他參數(shù)默認(rèn)即可，如圖4所示。

設(shè)置完以上參數(shù)可以根據(jù)儀表的通信協(xié)議進(jìn)行程序的編寫：

Enable：YES

Internal Address：模塊寄存器地址

Poll Interval：輪詢時間間隔

Reg Count：采集數(shù)據(jù)個數(shù)

Swap Code：數(shù)據(jù)交換

Node Address：儀表地址

ModBus Function：功能碼

MB Address in Device：儀表寄存器地址

通過以上步驟就可以將儀表數(shù)據(jù)采集到模塊內(nèi)，然后通過RSLogix 5000軟件編程對模塊進(jìn)行調(diào)用就可以把數(shù)據(jù)存儲至PLC相應(yīng)寄存器。如圖3所示。

4? EPKS系統(tǒng)組態(tài)

4.1? Channel的建立

（1）選擇左側(cè)Channel后右鍵選擇Add Items，ItemType選擇Allen-Bradley Channel并填寫Channel名稱。

（2）在Main選項里填寫描述并選擇Asset區(qū)域，其他選項默認(rèn)值即可。如圖4所示。

（3）Port選項Port Type選擇Serial，Checksum選擇TWOSCOMP，其他參數(shù)根據(jù)電臺串口服務(wù)器配置確定。

（4）Channel通道配置完成后點擊下裝按鈕。

4.2? Controller的建立

（1）選擇左側(cè)Controller后右鍵選擇Add Items，ItemType選擇Allen-Bradley Channel并填寫Channel名稱。

（2）在Main選項里填寫描述并選擇Asset區(qū)域，在Channel Name選項里選擇剛建立的Channel名稱，PLC Type選擇PLC-5，PLC Station ID根據(jù)現(xiàn)場PLC程序設(shè)置的電臺ID確定，其他選項默認(rèn)值即可。如圖5所示。

（3）Controller配置完成后點擊下裝按鈕。

4.3? Point的建立

（1）選擇左側(cè)Point后右鍵選擇Add Items，選擇Point類型并填寫Point名稱，Point類型根據(jù)現(xiàn)場點情況選擇。如圖6所示。

（2）根據(jù)選擇點的類型分別配置不同的參數(shù)，可根據(jù)軟件手冊進(jìn)行查詢選擇。

（3）Point配置完成后點擊下裝按鈕。

至此EPKS系統(tǒng)已經(jīng)和ControlLogix 5570 PLC建立了通訊，我們可以通過組態(tài)相應(yīng)的畫面來實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)，并且可以向PLC發(fā)送指令來遙控現(xiàn)場泵、閥的啟停。當(dāng)然EPKS系統(tǒng)還有很多細(xì)節(jié)的操作和設(shè)置，比如：打印機(jī)的添加、分級別報警、監(jiān)控區(qū)域的劃分等等。

5? 結(jié)? 論

上述系統(tǒng)完美融合了EPKS系統(tǒng)開和ControlLogix 5570 PLC的優(yōu)勢，將生產(chǎn)過程高度集中化，保證了設(shè)備的安全生產(chǎn)運行，建立起了一套自動化程度較高的海上生產(chǎn)監(jiān)控指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)投產(chǎn)以后生產(chǎn)過程監(jiān)控集中在了中心平臺，衛(wèi)星平臺完全實現(xiàn)了無人值守，此系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時地對異常數(shù)據(jù)及突發(fā)狀況發(fā)出警報，大幅度減輕了海上工作人員的工作負(fù)荷。另外，該系統(tǒng)不僅局限于在海洋平臺的應(yīng)用，而且可以完美移植到其他對生產(chǎn)過程集中度要求較高的場所，例如油田采油生產(chǎn)、油氣集輸、石油化工、輪胎、造紙等多個領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯紅梅.霍尼韋爾Experion PKS系統(tǒng)SCADA通信解決方案 [J].自動化應(yīng)用，2012（8）：63-65+70.

[2] 孫夢，楊明越，季興龍，等.ABPLC在埕北油田自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].儀器儀表用戶，2014，21（6）：98-100.

[3] 彭日寬.PLC技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用及發(fā)展分析 [J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（35）：1-4.

[4] 林仲.關(guān)于PLC在工業(yè)控制環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（24）：115.

[5] 徐嘉楠.過程控制與自動化儀表 [J].化工管理，2018（11）：182.

作者簡介：高立亮（1981—），男，漢族，山東東營人，技術(shù)經(jīng)理，工程師，本科，研究方向：工業(yè)自動化及信息技術(shù);劉冠宇（1992—），男，漢族，山東濱州人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：PLC控制系統(tǒng)在各種工藝場所的搭建與應(yīng)用;常文偉（1985—），女，漢族，山東臨沂人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：油田自動化產(chǎn)品開發(fā)研究及應(yīng)用。