基于PLC下位機(jī)和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

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1、信息化建設(shè)背景

永安輸油站作為勝利油田重點(diǎn)的中間加溫加壓站，擔(dān)負(fù)著自上游原油庫(kù)到下游近二分之一的中轉(zhuǎn)任務(wù)。該站動(dòng)力系統(tǒng)為1984年建站投產(chǎn)設(shè)備，性能相對(duì)落后，幾乎沒(méi)有生產(chǎn)參數(shù)自動(dòng)采集。2022年該站熱力系統(tǒng)設(shè)備改建，自動(dòng)化程度相對(duì)較高。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息化站庫(kù)建設(shè)與管理要求，成為該站迫切解決的難題和重點(diǎn)。

信息化建設(shè)前的狀況

1）原油儲(chǔ)罐的液位、溫度、壓力等參數(shù)全靠崗位工人現(xiàn)場(chǎng)檢尺，看表，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，計(jì)量誤差較大。

2）通過(guò)人工巡回檢查外輸泵機(jī)組的各部位振動(dòng)值、溫度值、電機(jī)電流電壓等運(yùn)行參數(shù)，。

3）兩套熱媒爐系統(tǒng)點(diǎn)火控制部分在現(xiàn)場(chǎng)，控制參數(shù)僅基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字顯示，重點(diǎn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法采集上傳，不能及時(shí)交換生產(chǎn)流程中的重點(diǎn)信息。

4）站內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能與首末站生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)調(diào)控極為簡(jiǎn)單，無(wú)法實(shí)施輸油系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和系統(tǒng)運(yùn)行安全檢測(cè)。

2“數(shù)字化”建設(shè)的方法與內(nèi)容

2.1建設(shè)功能

1）熱媒爐系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟?？刂?、系統(tǒng)聯(lián)鎖、爐效實(shí)時(shí)分析等;

2）外輸泵機(jī)組電參數(shù)動(dòng)態(tài)采集、遠(yuǎn)程啟停輸油泵、泵狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)、泵效實(shí)時(shí)分析和監(jiān)視等;

3）重點(diǎn)生產(chǎn)參數(shù)（主要流程管道壓力溫度、儲(chǔ)罐液位溫度、熱交換區(qū)溫度壓力、地溫氣溫等）實(shí)時(shí)采集;

4）常規(guī)生產(chǎn)管理流程的自動(dòng)化操作，如熱力越站、水力越站等;

5）生產(chǎn)參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)發(fā)布，包括生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)、泵狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、UPS動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等;

2.2建設(shè)具體內(nèi)容

1）對(duì)重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行了自動(dòng)采集，包括壓力、溫度（包括爐膛溫度、煙道溫度、地溫、氣溫）、油罐、燃油罐、水罐液位和溫度等；

2）對(duì)永安輸油站流程常規(guī)切換的14只手動(dòng)閥加裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

3）對(duì)原油外輸流量計(jì)（兩臺(tái)）、燃油流量計(jì)（兩臺(tái)）進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)采集、累計(jì)量計(jì)算；

4）對(duì)3臺(tái)泵機(jī)組電機(jī)實(shí)時(shí)用電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，包括三相電流、電壓、頻率、功率因素、有功電量、無(wú)功電量等；

5）對(duì)熱媒爐系統(tǒng)原控制柜功能移到PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程起停、聯(lián)鎖保護(hù)；

6）對(duì)3臺(tái)輸油泵的前后軸承振動(dòng)、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷；

7）實(shí)現(xiàn)3臺(tái)輸油泵遠(yuǎn)程啟?？刂?；

8）對(duì)泵房區(qū)及全站設(shè)立視頻監(jiān)視，并4路可燃?xì)怏w報(bào)警接入系統(tǒng)；

9）系統(tǒng)后備電池及UPS建設(shè)，為系統(tǒng)提供4～8小時(shí)電源支持，并提供動(dòng)態(tài)監(jiān)視畫面;

10）對(duì)進(jìn)出站輸油壓力溫度流量等參數(shù)納入長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。

2.3系統(tǒng)建設(shè)硬件

1）PLC系統(tǒng)硬件如圖1所示

兩臺(tái)上位機(jī)主要滿足操作站和監(jiān)視站功能。操作站主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)操作/手動(dòng)操作。操作站直接讀取PLC數(shù)據(jù)。監(jiān)視站通過(guò)雙網(wǎng)卡，滿足讀取PLC只讀點(diǎn)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示，并與油田信息網(wǎng)接入，實(shí)時(shí)發(fā)布只讀點(diǎn)信息。

2）泵狀態(tài)檢測(cè)硬件構(gòu)成如圖2所示：

FAS站是S8100機(jī)泵群在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)傳感器的供電、信號(hào)采集和處理，并采用RS485通訊協(xié)議與通訊。FAS站采用防爆設(shè)計(jì)，可以安裝在危險(xiǎn)環(huán)境中。

輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Station8100相對(duì)獨(dú)立，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵軸承振動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)，立即給出報(bào)警，通過(guò)對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的頻譜分析，可以分析判斷出機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)的根源、故障的類型，從而保障機(jī)組安全運(yùn)行。該系統(tǒng)同時(shí)提供數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，管理人員可以本地瀏覽器（IE）查看現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，得到機(jī)泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。

2.4信息化建設(shè)中軟件功能

1）上位機(jī)和PLC系統(tǒng)軟件構(gòu)成

系統(tǒng)軟件包括PLC下位機(jī)控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件兩部分，下位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)采集、流程切換控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、連鎖保護(hù)等功能。上位機(jī)主要完成分類流程畫面、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)歷史查詢、報(bào)表自動(dòng)生成、運(yùn)行參數(shù)的應(yīng)用等。PLC運(yùn)行控制軟件為OMRON公司編程軟件CX-PROGRAMMER4.0，上位機(jī)組態(tài)軟件采用國(guó)產(chǎn)三維力控組態(tài)軟件。上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)（ETHNET）方式直接與PLC進(jìn)行通訊。

2）上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能

①通過(guò)組態(tài)，把各種現(xiàn)場(chǎng)需要操作的指令，比如開(kāi)關(guān)閥門、啟停泵、啟停熱媒爐、流程切換等傳送到下位機(jī)控制器里，然后由控制器控制現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)設(shè)備，進(jìn)行動(dòng)作，完成相應(yīng)任務(wù)。

②設(shè)置各種報(bào)警參數(shù)，比如說(shuō)是進(jìn)站壓力上下限、大罐液位上下限、泵電壓上限等需要報(bào)警的參數(shù)的限值，這樣當(dāng)這些參數(shù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，上位機(jī)就會(huì)報(bào)警，提示操作人員去進(jìn)行相關(guān)的檢查或操作。

③關(guān)鍵參數(shù)的歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線顯示，比如熱媒爐溫度曲線、進(jìn)出站壓力曲線、外輸泵壓力曲線。

④結(jié)合勝利油田“源頭數(shù)據(jù)”建設(shè)要求，通過(guò)上位機(jī)軟件，自動(dòng)生成班報(bào)、日?qǐng)?bào)等，并滿足手動(dòng)數(shù)據(jù)的錄入，如含水密度等參數(shù)。

3）上位機(jī)功能模塊如圖3所示

4）下位機(jī)（PLC）完成功能

通過(guò)各功能模塊與現(xiàn)場(chǎng)儀表線的聯(lián)接，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），狀態(tài)量（DI）的采集，輸出點(diǎn)（DO）控制，高速脈沖的計(jì)數(shù)（PI），以及通訊模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等底層數(shù)據(jù)的處理，并完成生產(chǎn)常規(guī)流程的控制和自動(dòng)運(yùn)行。

5）泵狀態(tài)檢測(cè)軟件系統(tǒng)：

S8100系統(tǒng)是專用檢測(cè)振動(dòng)軟件系列之一，以SQLServer2000為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，并滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能，以它主要提供包括棒圖、波形圖、頻譜圖、趨勢(shì)圖等）。以下為網(wǎng)絡(luò)瀏覽時(shí)的畫面。

6）泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，由我公司自主開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件，主要利用負(fù)壓波法和流量“實(shí)時(shí)”對(duì)比法進(jìn)行檢測(cè)。負(fù)壓波主要用于泄漏點(diǎn)的定位，流量采集用定量分析管道的泄漏情況。永安輸油站主要作用是“實(shí)時(shí)”采集進(jìn)出口壓力和流量計(jì)讀數(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送到三級(jí)調(diào)度進(jìn)行專職人員的監(jiān)視和分析。

3、經(jīng)驗(yàn)交流

1）同信號(hào)多采集解決方法

由于泄漏檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采集要求較高，對(duì)進(jìn)出壓力信號(hào)采集頻率在100HZ左右，同時(shí)對(duì)流量脈沖信號(hào)以每5秒累計(jì)計(jì)算出瞬時(shí)流量。如果利用PLC采集結(jié)果通過(guò)通訊方式與泄漏檢測(cè)系統(tǒng)連接，對(duì)壓力波的捕獲和流量動(dòng)態(tài)對(duì)比上很容易產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的時(shí)間差，使泄漏檢測(cè)系統(tǒng)增加誤報(bào)或漏報(bào)的概率。通過(guò)硬件接線的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，解決了同信號(hào)多采集的問(wèn)題。對(duì)進(jìn)出站壓力（儀表輸出4-20毫安）采用分信號(hào)辦法，即通過(guò)專用設(shè)備（帶隔離耦合）輸出兩路與輸入相同的信號(hào)，分別滿足PLC系統(tǒng)和泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的采集要求。對(duì)流量脈沖信號(hào)，由于輸出是12伏的電壓信號(hào)，直接對(duì)該信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)采集即可。缺點(diǎn)是增加了投資和設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)是完全滿足了不同系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

2）智能電量采集模塊的現(xiàn)場(chǎng)接線法

本次信息化建設(shè)屬于改造工程，一方面要滿足改造前的生產(chǎn)運(yùn)行方式，另一方面要將生產(chǎn)“數(shù)字化”信號(hào)全部納入信息系統(tǒng)。在智能電量采模塊的接線中，主要對(duì)低壓配電接線進(jìn)行改造，并同時(shí)滿足原模擬表的正常顯示和智能模塊的正常工作。在智能模塊技術(shù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行安裝后，模擬表正常顯示，智能表電流數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)近15安培的偏相。對(duì)于三相交流大型電機(jī)，這種偏相電流很容易造成相間電流的產(chǎn)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)工作十分不利。但原模擬表只有兩相電流的顯示，無(wú)論是線電流還是相電流，總與智能模塊的電流數(shù)字信號(hào)不相符合。通過(guò)對(duì)智能模塊的接線方式進(jìn)行了重新認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在，即電壓采集與原信號(hào)并聯(lián)，電流采集與原信號(hào)串聯(lián)，并與廠方技術(shù)人員進(jìn)行了核實(shí)與交流，查出了故障。接線前如圖4所示，錯(cuò)誤接線如圖5所示，正確接線如圖6所示。圖5與圖6的差別正是電流的串聯(lián)與并聯(lián)的關(guān)系，這正是導(dǎo)致電流不平衡的原因。

3）干擾信號(hào)的處理與儀表供電問(wèn)題的解決

在進(jìn)行熱媒系統(tǒng)改造時(shí)，原控制系統(tǒng)自成體系，但重點(diǎn)參數(shù)不能引入PLC系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。根據(jù)原數(shù)顯儀表的特點(diǎn)，將該儀表的輸出（4-20毫安有源輸出）直接引入PLC系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，波動(dòng)較大。結(jié)合隔離安全柵的工作特性，對(duì)每路輸出加裝安全柵，輸出信號(hào)穩(wěn)定并與原數(shù)顯信號(hào)動(dòng)態(tài)變化相差0.4%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足了重點(diǎn)參數(shù)的動(dòng)態(tài)發(fā)布。在PLC系統(tǒng)中，設(shè)置兩臺(tái)24伏（5A）直接電流，一臺(tái)專給PLC模板供電，另一臺(tái)對(duì)20多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表提供電源。如果直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)供電，容易造成24伏電源由于加電瞬間電流過(guò)大而自保護(hù)，并且也不便于儀表的維護(hù)與檢修。結(jié)合以前的改造經(jīng)驗(yàn)與要求，增加7只開(kāi)關(guān)，采用分批逐步供電的方式，以保證在系統(tǒng)掉電后現(xiàn)場(chǎng)儀表的正常供電。通過(guò)近一年半的運(yùn)行，系統(tǒng)工作正常。

4、工程總結(jié)

永安輸油站信息化管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)是應(yīng)用目前先進(jìn)、可靠的測(cè)控儀表及PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制、報(bào)警、連鎖，實(shí)現(xiàn)輸油系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、遠(yuǎn)程督導(dǎo)等功能，使生產(chǎn)、調(diào)度和安防實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，從而提高輸油站庫(kù)的生產(chǎn)管理水平。

1）通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)，使輸油系統(tǒng)傳遞、運(yùn)行控制成為有機(jī)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程重點(diǎn)閥門的開(kāi)/關(guān)/閥位的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)油罐液位溫度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)輸油泵的狀態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)管理、控制、信息一體化。

2）提高該站安全管理水平。PLC系統(tǒng)能在時(shí)間捕捉各種可能引起事故的早期信息并提前報(bào)警，在中央控制室發(fā)出預(yù)告，如油氣混合濃度超標(biāo)報(bào)警、外輸油溫過(guò)低、局部生產(chǎn)管網(wǎng)壓力過(guò)高等信息，對(duì)站內(nèi)出現(xiàn)的任何報(bào)警都馬上掌握，提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備，及時(shí)處理。并對(duì)重點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)和全站提供視頻監(jiān)視。

3）進(jìn)一步提高了該的信息化管理水平。中央控制室對(duì)站內(nèi)重要信息如安全、生產(chǎn)、油進(jìn)出庫(kù)情況全面掌握。站內(nèi)泵房崗、熱媒爐崗等原油傳送相互關(guān)聯(lián)的崗位提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，為生產(chǎn)管理者提供詳實(shí)可靠的原始、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)編制的優(yōu)化運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益分析等軟件，為決策者的決策提供參考和依據(jù)。

4）生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表自動(dòng)生成，保證了“源頭數(shù)據(jù)”的及時(shí)性和正確性。通過(guò)上位機(jī)應(yīng)用軟件，將生產(chǎn)過(guò)程中原來(lái)依靠人工巡檢、記錄、判斷的眾多參數(shù)匯總到PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)軟件自動(dòng)生成管理運(yùn)行大表，消除人為主觀影響，提高運(yùn)行記錄的可信度，并極大地提高設(shè)備運(yùn)行率和降低工作人