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基于RTU的油田注水系统的改造设计
作者:付石 李高峰 孙志田 王海平 吉旭慧 发布时间:2007/6/6 16:05:00
摘 要
以石南联合处理站注水系统的RTU为例,从分析系统的缺点入手,提出了新的改造方案,并付诸实施后,解决了以前存在的问题,保证了系统安全高效地运行,提高了企业的经济效益。
1 系统概述
石南联合处理站是一座集原油处理、注水、污水处理、天然气处理于一体的综合处理站,该站2001年建成投产,整个站采用北京安控公司的小型SCADA系统,系统包括中心控制室上位机监控系统以及由天然气处理RTU、原油RTU、导热油炉RTU以及采出水RTU部分组成的现场控制层。每个工艺处理部分使用一个RTU,每个RTU都是一个独立的子系统,负责对本地I/O点进行数据采集和控制。中心控制室监控系统由两台计算机构成的局域网以及打印机等设备组成,其中一台计算机作为SCADA服务器,另外一台计算机作为备份SCADA服务器,实现服务器的冗余。天然气处理、原油、导热炉及采出水监控部分由Micro16控制器以及外围扩展模块构成,实现对天然气处理、原油及采出水的监控。下位机与上位机之间的通信通过5905Modbus-TCP/IP转换模块接入不敷出以太网。石南联合站系统详细结构图如图1。


2 存在问题
注水系统的RTU,以前是使用加拿大的SCADAPACK控制器,此控制器有20路DI、13路DO、8路AI、3路AO。温度输入没有使用温度模块,而是通过转换器把温度信号转换为4~20mA电流信号,再输入模拟量输入模块5501。整个机柜设计小,没有任何冗余量,柜内布线也比较杂乱,尤其是此RTU在设计的时候没有考虑到控制器主板和信号输入板不能共用一个+24V直流电源,造成了电源和SCADAPACK控制器多次烧毁,严重影响了生产正常运行。
3 改造方案
鉴于此ECHO RTU存在严重的问题,在后来的注水泵改造中又把离心泵换成了柱塞泵,以前的温度检测量大大减少。RTU里面的温度转换模块存在没有多大必要,所以对此RTU也进行了全部改造。
3.1硬件改造
拆除全部的电源模块、SCADAPACK、5501模块。拆除所有的RTU内部线。留下DIN导轨,以便安装新模块。
整机设计如下:
首先根据工艺的要求,本RTU需要采集和控制的I/O点数。共有4~20mA AI点20点,温度输入PTl003点,开关输入DI 3点,开关输出DO3点,模拟量输出AO2点。经过简单计算,需要模块数量如表1所示。


由此确定了需要组建的RTU的配置,需要选用1个主控制器5204,3个8通道模拟量输入模块5501,1个8通道数字量输入模块5507,1个8通道数字量输出模块5409个,1个4通道模拟量输出模块5302,1个4通道RTD输入模块5503,1个通讯模块5905。另外需要电源2个,1个13.8V电源用来给控制器和通讯模块供电,1个24V电源给输入输出模块供电,控制器和输入输出模块分开电源供电很重要,可以避免因外部设备短路造成主控制器烧坏。
选好硬件设备以后,把模块用数据线连接。用拨码开关将地址设置好。此地址在模块配置表里面需要用到。可以把5501设成0.5503设定为1,5403分别设定为0~3,5409也设定为0~3。
按照以上配置,利用以前的线槽严格配线,通电检测正常后,进行程序编制过程。图2是柜内硬件安装框图。


3.2 软件实现
使用厂家提供的梯形图编辑软件TelePACE和C语言编辑器编程。使用TelePACE配置模块和通讯端口。这两个编程工具都可以使用,由于梯形图直观,操作方便,便于调试,在计算不多的程序中,用户一般使用梯形图,这样可以节省编程时间,梯形图可以在线调试。在梯形图和C语言同时使用的时候,要防止寄存器冲突,这个时候在编译的时候不会发生程序编译错误,但是在程序运行的过程中会产生错误命令。一般来说最好使用一种编程工具。就可以完全防止此类错误的发生。


图3是使用梯形图配置模块,在梯形图编辑软件配置模块窗口中定义好模块地址,在以后的编程过程中会一直以这些地址来实现自己的控制过程。在此程序中,除了2个变频器控制和3台注水泵停止控制,其他的都是数据采集和数据处理。控制程序和数据处理完全是在PLC程序中完成,而不是由上位机完成。
程序编制完成后,通过日S232下载到控制器,上电运行正常。在上位机完成组态工作,配置驱动和数据库,动态连接。这个工作就完成了。
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