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1 引言
勝利油田坨四原油聯(lián)合站建于1965年，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，生產(chǎn)設(shè)備及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置比較落后，無(wú)法滿足當(dāng)前生產(chǎn)信息化管理的需要，因此迫切需要進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與信息管理方面的技術(shù)改進(jìn)。本文在整個(gè)系統(tǒng)信息化改造過(guò)程中，利用美國(guó)OPTO 22公司SNAP Ultimate I/O系統(tǒng)對(duì)泵機(jī)組的電量采集監(jiān)測(cè)部分進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)泵機(jī)組所有電量參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸以及畫(huà)面顯示、高低限報(bào)警等功能，有效提高了聯(lián)合站的信息化管理水平。
坨四站控制系統(tǒng)的泵機(jī)組主要包括原油外輸崗泵房機(jī)組和污水外輸崗機(jī)組兩部分。原油外輸崗共八臺(tái)泵：脫水泵三臺(tái)，其中一臺(tái)的電機(jī)需要不間斷運(yùn)行，一臺(tái)備用；原油外輸泵三臺(tái)，其中一臺(tái)需要不間斷運(yùn)行，另兩臺(tái)備用；藥劑泵兩臺(tái)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。污水外輸崗機(jī)組共四臺(tái)泵：其中兩臺(tái)運(yùn)行，另外兩臺(tái)備用。改造之前，操作人員只能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電表的電壓及電流值進(jìn)行人工讀數(shù)，所以存在一定誤差。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)配置方案
本電量采集部分屬于整個(gè)原油聯(lián)合站DCS系統(tǒng)的一部分，包括三層Ethernet結(jié)構(gòu)。上層操作員站由兩臺(tái)工控機(jī)組成；中間層是SNAP Ultimate I/O的控制器SNAP-UP1-ADS和串行通訊模塊SNAP-SCM-485-422；底層是電量采集模塊EDA9033E。
上層的兩臺(tái)工控機(jī)使用光纖連接工程師站，作為監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面，完成畫(huà)面及流程顯示、控制調(diào)節(jié)、趨勢(shì)顯示、報(bào)警管理及顯示、報(bào)表打印、操作記錄、運(yùn)行狀態(tài)顯示、在
中間層的OPTO 22控制系統(tǒng)是一個(gè)功能強(qiáng)大的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用戶可根據(jù)需要靈活組成從幾點(diǎn)到幾十萬(wàn)點(diǎn)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用上下位機(jī)方式，在現(xiàn)場(chǎng)采用多級(jí)CPU監(jiān)控處理各I/O模塊，對(duì)輸入輸出信號(hào)能提供4000V的隔離，系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性。OPTO 22系統(tǒng)由工控機(jī)、控制器、智能板、I/O模塊組成，控制器之間及控制器與智能板之間提供串行、并行及以太網(wǎng)通信連接。OPTO 22控制系統(tǒng)隨機(jī)附帶的軟件包括IoContro、IoDisplay、IoConnect等配套軟件。坨四聯(lián)合站選用的系統(tǒng)是OPTO 22 SNAP Ultimate I/O系統(tǒng)，系統(tǒng)使用的控制器是SNAP-UP1-ADS，具有16MRAM，8M閃存，可以支持OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)的各種輸入輸出模塊，在控制器中可存儲(chǔ)從運(yùn)行工控機(jī)下載的控制策略。各控制器與操作員站之間以Ethernet方式通訊，組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（C-NET），每一個(gè)控制器將分配一個(gè)地址，以實(shí)現(xiàn)控制策略的下載和與上位機(jī)的通訊，可以通過(guò)IoControl對(duì)其進(jìn)行配置。
下層的EDA9033E智能電量采集模塊是一塊智能型三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊，采用的三表法組合能夠準(zhǔn)確測(cè)量三相三線制或三相四線制交流電路中的三相電流、三相電壓（真有效值）、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、正反向有功電度、正反向無(wú)功電度等電參數(shù)，該模塊能夠支持ADAM兼容通訊協(xié)議、十六進(jìn)制LC-02協(xié)議、MODBUS-ASCII、MODBUS-RTU4種通訊規(guī)約。本系統(tǒng)根據(jù)泵的額定電參數(shù)，將模塊量程范圍選擇為：250V*100A、250V*150A和250V*300A三種，模塊的現(xiàn)場(chǎng)接線方式如圖1所示。
圖1 3相3CT直接接電壓回路
2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
DCS系統(tǒng)的I/O處理設(shè)備通常采用各種的不同通信網(wǎng)路與通信協(xié)議無(wú)法共容于同一個(gè)通信網(wǎng)路。采用OPTO 22基于IT為標(biāo)準(zhǔn)的“以太網(wǎng)I/O(Ethernet I/O)”處理單元，可以直接連接現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量與模擬量信號(hào)，也可以連接具有RS-232/422/485的通訊設(shè)備，本系統(tǒng)使用的OPTO 22 SNAP Ultimate I/O系統(tǒng)如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：第一層是上位機(jī)與控制器的通訊，即操作員站通過(guò)網(wǎng)線與OPTO 22的控制器SNAP-UP1-ADS通訊。第二層是控制器通過(guò)串行通訊模塊SNAP-SCM-485-422與EDA9033E通過(guò)RS-485總線通訊。第三層是EDA9033E電量模塊采集現(xiàn)場(chǎng)各泵的電參數(shù)，將原油外輸泵分成兩組，即每一泵組不超過(guò)五臺(tái)，可以滿足系統(tǒng)每5s采樣一次（EDA9033E模塊每1s刷新一次）的技術(shù)要求。
圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件部分的設(shè)計(jì)主要是上位機(jī)與EDA9033E模塊的通訊程序設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)采集的程學(xué)設(shè)計(jì)。
3.1 轉(zhuǎn)換器配置
EDA9033E模塊在出廠前地址都設(shè)為01H，而在本系統(tǒng)中，一條485總線最多連接5個(gè)電量模塊，因此要重新配置其地址，依次為01H、02H、03H、04H、05H，另外兩組類同；另外，將EDA9033E安裝入網(wǎng)絡(luò)前，須將模塊的波特率與網(wǎng)絡(luò)的波特率設(shè)為一致，地址無(wú)沖突（與網(wǎng)絡(luò)已有模塊的地址不重疊）。配置一個(gè)模塊應(yīng)有：EDA485轉(zhuǎn)換器，帶RS-232通訊口的計(jì)算機(jī)和EDA90系列測(cè)試軟件。以上配置可通過(guò)EDA90系列測(cè)試軟件配置，也可根據(jù)指令集進(jìn)行配置。
3.2 電量采集控制策略
OPTO 22 SNAP Ultimate I/O系統(tǒng)的軟件平臺(tái)為IoProject5.1，可以完成控制邏輯、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等多方面的功能，這里介紹起主要的兩部分：
IoControl：流程圖開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)控制策略，下裝程序至控制器。
IoDisplay：多媒體、人機(jī)界面開(kāi)發(fā)工具，圖形化顯示控制器內(nèi)的信息狀態(tài)，傳送操作者指令到控制器，同時(shí)執(zhí)行報(bào)警，歷史趨勢(shì)，訪問(wèn)數(shù)據(jù)。
首先建立控制器與模塊的通訊，然后再根據(jù)泵的出口壓力判斷泵是否運(yùn)行，如果運(yùn)行則采集數(shù)據(jù)?？刂撇呗缘木帉?xiě)使用的IoControl提供的腳本語(yǔ)言O(shè)ptoScript，它基于C和Pascal，簡(jiǎn)潔易學(xué)，再結(jié)合EDA9033E提供的指令集，其主要程序如下：
初始化及打開(kāi)通信端口
sCommand = "#01A"+Chr(13);
r1 = OpenOutgoingCommunication(yytsb);//與EDA9033E建立連接
ClearCommunicationReceiveBuffer(yytsb);//清空緩沖區(qū)
……
接收數(shù)據(jù)
Return_Status = TransmitString(sCommand,yytsb);//從模塊讀入ASCII碼值
DelayMsec(500); //延時(shí)500ms
iLength = GetNumCharsWaiting(yytsb); //計(jì)算讀入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
……
數(shù)據(jù)處理
sRecieve="";
if (iLength == 65) then //判斷讀入數(shù)據(jù)是否正確
r2 = ReceiveNChars(sRecieve,65,yytsb); //提取數(shù)據(jù)
…… //后續(xù)處理
圖3 程序的流程圖
采集的數(shù)據(jù)通過(guò)IoDisplay的Configurator寫(xiě)入歷史數(shù)據(jù)記錄文件，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理可以上傳的工程師站進(jìn)行備份和處理，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。
4 結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)改造完成以后，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)等參數(shù)能夠進(jìn)行報(bào)表打印、數(shù)據(jù)上傳和聲光信號(hào)的高低限報(bào)警以及現(xiàn)場(chǎng)顯示、遠(yuǎn)程訪問(wèn)等功能，較好的滿足了聯(lián)合站工藝流程和信息化管理的要求。該套解決方案在油田控制、電力系統(tǒng)、化工等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，可降低操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高用電的安全系數(shù)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)