摘 要：某海上平臺共有注水流量計 10 臺，流量計安裝于豎直管線(xiàn)上，距離地面 4 m 以上，人員巡檢時(shí)需要爬上二層平臺，存在跌落風(fēng)險；同時(shí)由于中控授權不足，流量計數據無(wú)法全部傳至中控，使中控操作人員無(wú)法及時(shí)準確掌握現場(chǎng)注水情況。使用西門(mén)子 S7-200 PLC 及海泰克觸摸屏 PWS1711 實(shí)現了注水流量的瞬時(shí)及累積量的現場(chǎng)集中顯示，并通過(guò) 485 通信將流量數據遠傳至中控顯示，只用 2 個(gè) AI 授權實(shí)現了原先需要 10 個(gè) AI 授權才能實(shí)現的功能，緩解了中控授權緊張的問(wèn)題。改造實(shí)施后中控操作人員能夠及時(shí)準確掌握現場(chǎng)注水情況，為注好水、注夠水提供了有效保障，同時(shí)節省了現場(chǎng)人員的巡檢時(shí)間，提高了工作效率，降低了工作中的風(fēng)險。
1 問(wèn)題描述
某海上平臺共有注水流量計 10 臺，流量計安裝于豎直管線(xiàn)上，距離地面高度達 4 m 以上，流量計遠傳信號電流(4～20 mA)通過(guò) IP 電纜一對一傳送至中控 DCS 系統顯示。在現場(chǎng)實(shí)際使用過(guò)程中遇到 2 個(gè)問(wèn)題。
問(wèn)題 1：中控點(diǎn)位授權不足，無(wú)法實(shí)現全部流量信號接入中控顯示。中控無(wú)法及時(shí)精que掌握現場(chǎng)注水情況，故影響注水質(zhì)量，進(jìn)而影響平臺產(chǎn)量、效益。
問(wèn)題 2：流量計安裝高度較高且分布比較分散，人員巡檢時(shí)需要爬到二層流量計平臺或高凳上查看流量數值，存在墜落風(fēng)險，且耗時(shí)較長(cháng)，效率不高。
2 改造方案
通過(guò)以上分析得知，此次改造需要滿(mǎn)足流量信號全部接入中控顯示和現場(chǎng)低高度集中顯示 2 項要求。
該海上平臺所有注水流量計均為菲舍波特電磁流量計，其瞬時(shí)量以 4～20 mA 電流信號輸出，無(wú)累積量輸出信號。將注水流量計輸出的電流信號接入PLC 的 AI 模塊，在 PLC 內進(jìn)行程序運算，計算出流量計的瞬時(shí)量與累積量，通過(guò)海泰克觸摸屏進(jìn)行流量數值的現場(chǎng)顯示，并進(jìn)行當日當前累計注入量的顯示，方便得知當日注入水量的多少。每臺流量計的流量數據由 S7-200 PLC 通過(guò) 485 通信傳至中控，在中控進(jìn)行組態(tài)顯示瞬時(shí)量與累積量。該平臺使用的中控系統為 Emerson 公司 DELTAV 系統，有備用 485接口，滿(mǎn)足改造要求。系統架構如圖 1 所示。
3 改造實(shí)施
3.1 PLC程序編寫(xiě)
注水流量計輸出為 4～20 mA 電流信號，通過(guò) AI模塊 EM235 接入西門(mén)子 PLC S7-200 中，需要對該信號進(jìn)行相應的量程轉換得到瞬時(shí)流量。由流量計輸出的電流信號與流量成線(xiàn)性關(guān)系可得知：
Q 瞬時(shí)量＝Q 量程(I-4)/16
式中：Q 瞬時(shí)量為流量計瞬時(shí)流量，Q 量程為流量計量程，I 為流量計輸出電流。
在 PLC 內 4 mA 對應 PLC 內機械數為 6 400，20 mA 對應機械數為 32 000，所以：
Q 瞬時(shí)量＝Q 量程(PLC 內機械數-6 400)/25 600
4～20 mA 信號電流轉換到工程量的程序編寫(xiě)如圖 2 所示。
在通道未接線(xiàn)或流量計輸出略小于 4 mA 時(shí)上述減法運算會(huì )出現溢出，為防止溢出需對小于 4 mA的信號進(jìn)行過(guò)濾。由于 PLC 讀入的數據是整數，為保證精度需要轉換成實(shí)數進(jìn)行運算，即整數需要先轉換成雙整數，雙整數再轉換成實(shí)數。程序編寫(xiě)如圖 3
所示。
上述程序是針對 1 臺流量計的編程過(guò)程，本次改造是將 10 臺流量計接入 PLC 內，因此將上述程序做成子程序，每臺流量計的計算調用子程序即可。
累積流量就是將每個(gè)時(shí)間段內的流量累加起來(lái)的流量，為保證累積量的精度必須保證用于累加的瞬時(shí)量的準確度，那就必須設定一個(gè)極短的時(shí)間間隔才能保證瞬時(shí)流量的準確度。這樣就必須用定時(shí)中斷才能實(shí)現，并且在 PLC 程序內只能運行這一個(gè)中斷程序，不允許再產(chǎn)生其他中斷，以防止干擾定時(shí)中斷的時(shí)間間隔的準確性。程序編寫(xiě)時(shí)shou先在主程序里進(jìn)行中斷的使能，并設定為每 100 ms 進(jìn)行 1 次中斷，在中斷程序內先求出每 100 ms 的 流 量 值 ，在 每100 ms 中斷時(shí)進(jìn)行 1 次流量的累加，程序編寫(xiě)如圖 4所示。
累計量的計算進(jìn)行今日累計和昨日累計的運算，通過(guò)今日累計的查看可以更方便地進(jìn)行注水量的調整，昨日累計的運算省去了現場(chǎng)人員每日注水量的手 動(dòng)計算，提高了工作效率。程序編寫(xiě)時(shí)shou先讀取 PLC內時(shí)間，在每天的 24 點(diǎn)把累計量保存到上一天，并把當前累計量清零。
PLC 內的流量數據通過(guò) 485 遠傳至中控，需要對 S7-200 PLC 的 PORT 0 口進(jìn)行初始化，PLC 作為從 站 ，中 控 作 為 主 站 讀 取從站 的 數 據 。調 用MBUS_INIT 指令，PLC 地址為 1，波特率為 9 600， 無(wú)奇偶校驗，讀取 VB602 開(kāi)始的 300 個(gè)字地址數據，并添加 MBUS_SLAVE 指令，該指令被用于為 485 主設備發(fā)出的請求服務(wù)，并且必須在每次掃描時(shí)執行，以便允許該指令檢查和回答 485 請求。
3.2 觸摸屏組態(tài)
本次改造利用電泵柜升級改造換下的海泰克觸摸屏 PWS1711 進(jìn)行流量計瞬時(shí)量和累積量的顯示，需要對觸摸屏進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)，利用 ADP 組態(tài)軟件進(jìn) 行畫(huà)面的組態(tài)，并實(shí)現與 PLC 的通信。
由于本次使用的觸摸屏 PWS1711 型號較老，組態(tài)軟件只能使用 ADP3.2 版本。如圖 5 所示，在 ADP軟件中點(diǎn)擊新應用，輸入新建應用名稱(chēng)，在人機界面種類(lèi)中選 PWS1711 MONO，在 PLC 種類(lèi)里選 S7-200，完成后在畫(huà)面菜單內選擇新建畫(huà)面。
如圖 6 所示，在kongbai畫(huà)面中組態(tài)出需要顯示的文 字和數值。瞬時(shí)流量值的顯示為直接讀取 PLC 內相應存儲區的數值，選擇動(dòng)態(tài)數值元件，變量讀取地址 為 PLC 內對應的地址。PWS1711 觸摸屏型號較老，只能讀取 PLC 內的整數，無(wú)法直接讀取小數部分，小數部分的顯示是在組態(tài)中選擇小數位數，例如選擇一位小數就是 PLC 內數值的#后一位作為小數部分顯示出來(lái)。整數位數和小數位數是顯示數值的格式。
為了便于量程的修改，設置了量程設置按鈕和畫(huà)面，量程按鈕設置點(diǎn)擊時(shí)打開(kāi)量程設置畫(huà)面，該畫(huà)面中的量程設置選用輸入顯示元件，可以直接通過(guò)觸摸屏將量程寫(xiě)入到 PLC 內對應的地址。組態(tài)完成后進(jìn)行編譯，編譯成功后進(jìn)行組態(tài)下載，將編輯好的組態(tài)下載到觸摸屏中。
本次改造使用的接線(xiàn)箱為以前施工余料，由于接線(xiàn)箱較小，PLC 與觸摸屏無(wú)法安裝到一個(gè)接線(xiàn)箱內，只能分別安裝到 2 個(gè)接線(xiàn)箱內。顯示接線(xiàn)箱安裝高度為 1.4 m 處，方便人員巡檢查看。安裝完成后，按 照現場(chǎng)參數對顯示數據進(jìn)行調整，保持顯示數據與流量計顯示數據一致，達到了流量計現場(chǎng)低位集中顯示的目的。
3.3 中控組態(tài)
注水流量集顯系統 PLC 內的數據通過(guò) 485 通信傳至中控，接入備用 485 端口。shou先將備用端口使能，高級屬性中設置為 RTU 通信模式，主站通信屬性設置為 485 半雙工通信模式，波特率 9 600，無(wú)奇偶校驗，數據位 8 位，停止位 1 位。在 P02 口下新建一個(gè)串口設備，設備地址為 1，見(jiàn)圖 7。
在新建的串口設備下新建 2 個(gè) Dataset，1 個(gè)傳輸瞬時(shí)流量，1 個(gè)傳輸累計流量。Dataset 的 DeltaV 屬性中數據類(lèi)型為 16 位帶符號數。Dataset 的 PLC 屬性中 PLC 數據類(lèi)型為 holding register，瞬時(shí)流量的地址偏移為 0，讀取數據 40 個(gè)，累計流量的地址偏移為100，讀取數據也是 40 個(gè)，見(jiàn)圖 8。
在對應控制器下新建 1 個(gè) Control Module，命名為 FLOW-CDISPSC。在新建的 Control Module 內拖 入 1 個(gè) Input parameter、1 個(gè) Out input parameter 和 1 個(gè) DIV 模塊，選擇外部參數鏈接到對應的數據上，由于傳輸的是 16 位的帶符號整數，要想顯示 1 位小數，shou先在 PLC 內放大 10 倍，再把讀到的數值進(jìn)行除 10 運算，顯示 1 位小數。所以調用 DIV 模塊，讀到的數據放到 IN_1，IN_2 內直接寫(xiě)入 10，對讀到的數進(jìn)行除 10 運算。依次類(lèi)推做好剩下的數據處理。做完后進(jìn)行保存，分配到對應控制器，并進(jìn)行下裝，見(jiàn)圖 9。
在需要顯示的畫(huà)面上右擊選擇 Quick Edie 進(jìn)行畫(huà)面修改，使用 Datalink 鏈接到對應的數據上，并將需要顯示的數據放置到合適的位置，依次做好其他的數據，進(jìn)行保存，運行。與現場(chǎng)數值進(jìn)行核對可知，兩者的顯示數值一致，達到了注水流量數據遠傳至中控的目的。
4 效果及結論
本次改造完成后，全部流量計數據傳入中控顯示，中控能夠及時(shí)精que地掌握現場(chǎng)注水情況，為控制注水、注夠水提供了有效保障�，F場(chǎng)人員對流量計數 據的巡檢時(shí)間由原先的 20 min 縮短到 5 min，效率提升明顯，且有效降低了工作風(fēng)險，證明注水流量集顯系統搭建非常成功。
此次改造利用電泵柜升級改造替換下的 PLC 及觸摸屏進(jìn)行注水流量集中顯示，充分實(shí)現了舊物利用，只用了 1 根 1P 電纜和 2 個(gè) AI 授權就實(shí)現了原 先需要 10 根 1P 電纜和 10 個(gè)授權才能實(shí)現的功能，節省了中控點(diǎn)位授權和用，同時(shí)也拓展了平臺人員設備管理的思路，為其他設備的優(yōu)化改造奠定了基 礎。
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