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浅析雷达液位计在油田供热系统中的应用

作者: 来源: 发布时间:2019-12-05 16:23:02

    摘 要:本文简单描述了油田供热系统的背景和热力站的工艺流程,介绍了雷达液位计的实际选型与在油田热力站自控系统中的应用,阐述了雷达液位计和各扩展模块的产品主要属性,并 以 RSLogix 5000 软件为平台,根据现场实际需求开发的各项功能,着重介绍了雷达液位计的数据采集和处理运算、Modbus 通讯以及逻辑控制方面的功能应用与特点。

    引 言
    油田供热既担负着为民服务的重要责任,也是油田能耗大户、排放大户。对于油田供热来讲,面对供暖面积增加、成本费用压减、安全环保压力增大、供热标准提高、劳动用工紧张等一系列困难和挑战,提质增效、节能减排将成为一种新常态,该任务的实现尤为迫切。在这样的背景下,需要对热力站进行计量调控改造,增加水计量、电计量、热计量装置,并对现场的自动化系统进行升级改造,在精细管理上实现热量计量调控。

    系统主要分为三个部分:现场数据采集系统、区域监控中心系统、中心级监控中心系统。其中现场数据采集系统PLC 控制柜完成对现场仪表数据的读取、水泵 / 变频信号的采集、电动阀门的控制和水泵 / 变频信号的逻辑控制。它的输入主要是现场仪表的 RS485 信号、仪表的模拟量信号、变频控制柜的数字量信号,它的输出主要是控制电动阀门的开关信号、变频器的设定信号、水泵的启停信号。

    1 工艺流程介绍
    热力站管网分为一级网、二级网。各管网安装相应的采集仪表与控制设备。为了准确采集热力站节点内各个管线的温度、压力,以及消耗的热量、失水量、消耗的电量等参数,站内安装了温度变送器、压力变送器、单法兰液位计、热量表、液位计、智能电表等设备对基础数据进行采集,除此之外,站内管线还安装了水泵(增压泵、循环泵、补水泵等)、电动阀(电动调节阀)等设备,实现对水循环的液位和温度的控制。

   2 方案确定
    PLC 控制柜是 PLC 模块和柜内线路的总集成,数据采集、仪表通讯并实现逻辑处理的核心基础是 PLC,通过配置不同扩展模块的内部参数来实现数据信号的采集、逻辑功能的控制。在本系统中,采集的信号主要包括 RS485 信 号、4 ~ 20mA 电流信号、0 ~ 10V 电压信号。各个站采集的点数:仪表 485 信号大约 3 个,4 ~ 20mA 信号以及0 ~ 10V 电压信号大约 30 个。数据发布采用网络发布形式。因此,一款小型的具有网络接口的 雷达液位计是较好的选择。

    通过比较,罗克韦尔公司推出的 1769 CompactLogix L3x 系列 雷达液位计本身自带两个用于 EtherNet/IP 的通信端口,可以同时连接人机界面设备和程序调试设备,是一个非常理想的选择。

    3 产品硬件配置
    根据现场仪表通讯方式不同,PLC 控制柜内 PLC 模块配置如表 1 所示。

 

1.jpg

    雷达液位计,即 CPU模块;
    对现场温度、压力、液位等采集选用 1769-IF8,AI8 通道模拟量采集模块;
    对现场水泵、开关阀等设备远程控制选用 1769-OB16,DO16 通道数字量输出模块;
    现场一级网热表、补水液位计、电量表等均采用 485 Modbus 通讯协议,需采用 2080-SERIALISOL 通讯模块。

    4 软件开发
    系统开发使用罗克韦尔 RSLogix 5000 V20.04 版本软件。对现场各类仪表信号进行采集并进行相应的处理,对现场各类设备进行逻辑控制,所有数据zui终上传并录入实时数据库中。(1)对于温度、压力变频器信号的采集,现场仪表采用 4 ~ 20mA 信号,我们需要对模拟量输入模块的各个通道进行输入信号类型设置,如图 1 所示;模块设置完成后,通过编程实现对 4 ~ 20mA 信号的采集和量程转换,存入相应寄存器。

 

2.jpg

    (2)热量表、电量表、液位计等 RS485 通讯仪表:
    首先对 RS485 通讯模块进行配置,选择 485 接口 / 端口组态对模块端口进行相应设置:
    驱动程序:Modbus RTU;
    波特率:19200;
    校验位:偶校验;
    Modbus 角色:主站;
    数据位:8;
    停止位:1。
    程序中首次扫描调用 MSG_MODBUS 对端口进行初始化,如图 2 所示。

 

3.jpg

    Localcfg1:模块通讯参数;
    Targetcfg1:仪表通讯参数;
    Localaddr1:采集到的数据存放地址。
    通过 RS485 通讯采集的数据有可能无法直接使用,如数据类型不合适,因此通常的方法是将采集到的数据进行数据类型转换,转换成我们需要的数据类型,即数据解析,这里需要注意的是如果现场有多个 RS485 从站设备,而我们只使用了一块 RS485 通讯模块,这就要求现场的仪表从站设备必须遵循标准的 Modbus 协议且各项通讯参数要求一致。然后在程序中以轮询的方式进行逐个读取。

   (3)通过 PLC 控制柜内的继电器,利用程序实现水泵启停控制。

   (4)现场的电动阀门、变频器等设备通常与采集的数据形成联锁保护。

    二次供水温度控制的供水温度与采集的二级供水温度进行比较,通过 PID 自动调节一级网供水液位(电动阀或增压泵变频器),使二次供水温度保持稳定,保证供热质量。

    PID 调节:即测量到的实际值,与期望值相比较,用这个偏差来纠正系统的响应,是执行调节控制的一种调节机制,是在实际工程中应用得zui为广泛的调节控制方法。

    经过以上工作,我们已经把现场的基础数据全部采集完成,并且把能够保证热力站自动稳定运行的各项联锁保护在程序里逐条实现。对这些基础数据进行处理和转换生成,zui终上传并录入实时数据库中,具体过程这里不做详细介绍。

    下面我们需要将 PLC 采集和控制的数据在 PLC 控制柜的触控面板以及区域监控中心的监控电脑上进行展示,首先要考虑使用何种通讯方式来实现。雷达液位计支持多种通讯协议,根据实际情况我们可以做多种选择。这里我们使用CompactLogix TCP 通讯方式,它是基于标准 TCP/IP 的一种通讯方式,将雷达液位计与 PLC 控制柜的触控面板、监控中心的监控电脑用网线连接到同一个交换机,并分配相同网段的 IP 地址即可实现,这里不做详细介绍。

    5 结 论
    通过整个过程我们可以看出PLC 控制器在通讯、逻辑处理等方面的强大功能,使用起来十分方便。软件编程界面一目了然、简单易上手,并且能够进行在线编辑程序,即在 CPU 运行状态下,不重启进行程序的修改和下装。开发软件集成了许多功能实例,许多以前需要编程才能实现的通讯等功能现在可以直接调用一个功能块来轻松实现。同时对于此次油田热力站自动化系统项目来说,以雷达液位计处理数据的效率以及数量,完全可以实现所需的功能,在程序开发上也节约了大量的编程时间,缩短了工期。

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