基于PLC和組態軟件的自控系統研究

摘 要：作者針對目前王家崗聯合站現場情況的分析，針對動態來液量計量，實時液位檢測，數據存儲與傳輸等問題，采用PLC對數據進行處理，并與組態王軟件構成遠程自動計量系統。文章首先概括介紹PLC的優越性， 之后對系統的總體結構及工作原理進行了簡要介紹。通過對系統中技術應用情況的闡述及推論，作者認為，該系統所采用的技術解決了現場的實際問題，滿足了油田EPT的要求。

關鍵詞：PLC；組態王；遠程監控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.221

1 前言

隨著計算機技術，網絡技術等的發展，建立以數據集成為核心的數字化采油廠，是中石化ERP（企業資源方案）規劃的要求，也是油田發展的必然趨勢。系統能夠將生產過程設計和流程管理方法應用于油田站庫，將原油生產當中的實時數據和專業知識相結合，協調并參與油田現場的各種生產系統的控制和管理過程，極大增強了生產控制能力，提高了生產效率，從而創造出較好的經濟效益，實現了聯合站自動化控制。自控系統是整個數字化采油廠和ERP規劃的基礎和前提。

2 PLC 簡介

PLC（ Programmable Logic Cont roller ，可編程控制器） 是以計算機（微處理器）為核心的一種工業控制裝置，應用PLC可以實現邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，通過數字或模擬輸入輸出模塊來控制各種類型的輸入輸出量或生產過程的參數，具備直接驅動現場設備的能力。PLC 與計算機一樣具有通信和聯網的功能，它可以實現PLC 與PLC 之間、PLC 與上位計算機以及PLC與其他智能設備之間的信息交換，形成一個統一的整體，實現分散集中控制[1]。PLC 具有RS485 接口，在現場連接方便。用PLC 作為現場控制器比單片機和計算機可靠性高，抗干擾能力強，更能適應惡劣的工控環境，而且組態方便，能較好的解決遠程監控通信問題[2]。PLC的編程簡單，使用方便，在工業現場的應用是非常廣泛的。

3 現場工程概況

根據現河采油廠王家崗聯合站的現場調研，確定工作內容如下：

（1）對油罐的液位、溫度、壓力等參數進行實時監控，并實現高限和低限報警，對油水界面進行實時檢測。

（2）在現場做接地，系統接地在室外做，接地電阻小于4歐姆。系統的儀表、控制電纜、信號電纜和通訊電纜采用明線敷設并穿焊接鋼管保護。敷設的電纜到一次元件或到接線箱時，需用金屬軟管連接，并做角鋼支撐固定。

（3）監控現場油泵運行參數，為達到節能增效的目的，增加變頻設備。

（4）現場自控系統數據通過局域網進行傳遞，管理者及時全面掌握整個現場運行狀況。

4 系統構成

系統分為主控制系統，數據采集系統，數據傳輸系統，數據集中監控系統，遠程管理系統，共五部分。系統現場實物圖如圖1所示：

4.1 數據采集系統

傳感器測出需要監測控制的各種物理量參數并將其變為標準的電信號送至PLC，傳感器選擇要求在參數測量范圍內具有較好的線性，并輸出適合采集的標準信號及適合強電干擾的現場環境?，F場測點的分布盡量合理，能盡量多的反映現場情況?，F場數據傳輸系統中傳感器輸出信號為4-20mA電流信號，信號傳輸采用KVVP22信號電纜。

4.2 主控系統

主控制系統在整個數據采集控制系統中具有非常重要的作用，必須選用性能好，可靠性高的PLC產品，因此本系統選用德國西門子公司S7200系列產品。為了提高系統的抗干擾能力，系統附加了隔離和抗干擾措施，應用繼電器或光耦合器件作為PLC的輸入/ 輸出端口，因此輸入/ 輸出量多為開關量，使其比模擬量具有更高的抗干擾能力，因而能在環境惡劣的油田現場可靠工作?？删幊炭刂破鞑捎昧四K化結構，系統具有CPU（中央處理器）、電源、通訊模塊、存儲器、I/ O模塊等，這些模塊可以靈活地選擇，組成各種不同的控制系統；對不同的控制系統，只需選取不同的模塊設計對應的程序即可；對于不同的控制系統，當控制對象及I/ O硬件結構選定后，如果需要改變控制方案或修改控制對象，就只需對對應的程序做小幅度的修正即可，無須對系統做較大的修改。在系統集成時采用了大規模集成電路和微處理器，用軟件編程替代了硬件連線，很好的達到了小型化要求，節省空間，便于安裝。

4.3 數據集中監測系統

PLC控制系統將現場獲取的數據進行采集處理，通過串行接口或以太網口與上位機（計算機）進行通訊，數據通過上位機進行計算、存儲等處理后，實時顯示，使現場用戶可以很好的掌握生產情況。上位機選擇組態王軟件，用于可視化和控制工業生產過程。組態王軟件是一種開放性的通用工業控制軟件，用戶可以根據自身需求，自由開發工業控制工程。 組態王可以從工作站、個人數字助理（PDA）和瀏覽器觀看系統數據和圖表等內容，為油田管理和操作人員提供了可視化工具。開發出的工業控制工程集成了原油集輸站庫生產運行所必需的各種信息，通過油田局域網實現生產數據在聯合站內部及各聯合站之間的共享。

軟件實現功能：

（1）系統管理。登錄用戶：選擇用戶名，輸入正確密碼即可登錄；退出登錄：選擇確定，退出登錄；用戶管理：添加用戶、刪除用戶；修改密碼：修改登錄用戶密碼。

（2）參數監控。實時采集顯示大罐液位；實時采集顯示大罐油水界面；實時采集顯示大罐溫度；實時采集顯示壓力；實時采集電機運行參數。

（3）查詢數據參數。觀察液位、溫度、油水界面等監測參數的變化情況。

（4）打印報表。輸出日報表、周報表、月報表、任意時間短的報表。

（5）曲線查詢。查詢日曲線、周曲線、月曲線、任意時間短的曲線。

（6）通訊監控。監測控制參數的通訊狀態，通訊中斷，立即提示操作員；操作人員可以隨時啟動或停止某參數與計算機的通訊。

（7）遠控管理監測系統。系統預留數據上傳接口，為將來實現數字化采油廠建設，完成生產、管理系統全部聯網，實現油田生產情況網上動態監控夯實基礎。

系統中的遠控管理功能和現場數據傳輸功能由局域網完成，此處不再贅述。

5 系統實現的功能分析

（1）自動控制系統在現場采用智能數字化儀表，系統采用了先進的、高可靠性的PLC控制系統和網絡通訊技術，充分保證系統的高實用性、高靈活性、高可靠性。滿足了油田產業信息化的要求，也滿足了油田自動化信息系統技術方案要求。

（2）系統選用先進的控制技術，安全性能好，技術穩定可靠，工作站控制檢測軟件和上位機系統編程應用軟件具有一定的先進性，配備精確度高、可靠性好的現場檢測設備，從而確?？刂葡到y能夠穩定運行，自動化水平高，生產成本低。系統與局域網連接，為將來實現數字化采油廠建設，完成生產、管理系統全部聯網，實現油田生產情況網上動態監控夯實基礎。

（3）系統能節能降耗、降低生產成本，能夠實現現場異常情況下的自動保護和自動控制。

（4）整個工作站能夠實現對現場數據的自動采集，并對數據進行智能監控，能夠實現重點參數的自動化控制，能夠基本實現現場無人值守。

（5）實現自動盤庫系統。

6 結束語

基于PLC和組態王的自動控制系統，實現了現場設備的遠程自動監控，利用網絡資源，提高設備利用率，同時實現檢測工程自動化、信息化，不僅可以大大提高能源利用率，和設備的自動控制能力、減輕工作人員的勞動強度、減輕值班人員勞動強度，獲得較大的經濟效益，滿足了油田ERP的要求。

參考文獻：

[1]郭宗仁.可編程序控制器應用系統設計及通信網絡技術[M].人民郵電出版社，2004：126-134.

[2]蔡軍，曹慧英.基于PLC的溫控系統設計與研究[J].微計算機信息，2007：23，26-28.

作者簡介：李建榮（1970-），男，碩士，工程師。