基于西门子S7-300的联合站监控系统改造
基于西门子S7-300的联合站监控系统改造
摘要：本文详细介绍了联合站的数字化监控改造过程，并结合改造过程对西门子S7-300PLC的系统扩展进行了简单的分析。在改造中有效利用现有设备，力求简单、高效、实用。不但实现了计划实现的控制功能，还完成了2项扩展功能，在本文中也有介绍，希望同行们能进行交流探讨。
关键字：PLC ；监控系统 ； 数字化改造
Abstract: This paper introduces the combination station digital control transformation process, combined with the transformation process to analyze the Siemens S7-300PLC system. To effective use the existing equipment in the transformation, for simple, efficient and practical. Not only realize the plan and control function, also completed 2extensions, in this article are introduced, hope colleagues will be able to exchange and discuss.
Key word: PLC; monitoring system; digital transformation
1 前言
近年来，油田数字化管理建设悄然兴起，规模不断扩大、功能不断完善，在精细管理、可视化监控、安全生产及节能增效等方面都取得了较好的成效，逐渐成为油田生产管理系统的一个重要组成部分。
在我部，数字化管理建设也受到各级领导的重视，目前正在向数字化管理方向发展。
2 需要改造的原因
数字化管理应本着五统一（“技术统http:///
一、标准统http:///
一、设备统http:///
一、平台统http:///
一、管理统一”）的建设要求，在建设过程中应结合现有工艺流程，有效利用现有设备，降低成本、突出实用性。目前，我部XX联合站已经建设成为标准化场站，但在数字化管理建设方面还存在一些不足，现场操作员工多次反映监控系统存在诸如：锅炉数据没有采集、控制功能不完善，监控软件平台不实用等问题。因此，我们决定对该站的数字化监控系统进行改造。
3 站内监控系统建设现状
1、站内配置一台PLC控制柜，以西门子CPU-315-2DP为控制核心，配备SM331AI模块2个；无AO模块；无DI/DO模块；
2、已实现采集的现场数据：2台三相分离器的水箱液位、油箱液位、罐内压力、调节阀开度；流量计流量；3座5000m3储油罐连续液位；
3、现用翻斗流量计陈旧，与PLC通信采用模拟量通信方式，抗干扰能力弱、可靠性差；
4、配置上位机1台，采用组态王软件监控实时数据。
4 可行性分析
4.1 改造后需要实现的功能：
（1）流量计与PLC通信由原来的模拟量通信改为RS485通信（Modbus或ProfiBus通信协议）；
（2）锅炉运行状态监控；温度采集、监控，高底限报警；
（3）监控3台输油泵运行状态及泵前、泵后的压力；当泵的压力异常时，PLC控制自动停泵保护，且上位机可以远程人工停泵；
（4）3座5000m3储油罐罐内温度；（原为指针式温度计）
（5）扩展功能：在站控界面上设定锅炉的出口温度后，PLC采用PID控制算法，自动调节供气管线电动阀门开度，进而控制火力大小，使温度稳定在设定值附近；具有远程熄火功能，并且当炉内温度过高时（超过高高限），PLC自动切断供气管线电动阀，熄火保护，并返回锅炉熄火状态。
4.2 现有PLC扩展：
4.3 结论
当前PLC系统不满足改造需要，需要扩展信号模块：SM331（AI8）模块1个；SM332(AO8)模块1个；SM 321(DI16)模块1个；SM322(DO16)模块1个。
5 实施过程
5.1 设备选型：
（1）锅炉供气电动阀2台（要求：具有模拟量控制功能，根据PLC输
出的模拟量信号自动控制阀门开度；可根据PLC输出的控制信号紧急切断阀门；通过模拟量输出向PLC反馈阀门开度）；
（2）具有RS485通讯功能的流量计1台；
（3）压力变送器6台（输出4-20mA标准模拟量信号）；温度变送器5台（输出4-20mA标准模拟量信号）；
（4）PLC信号模块参看4.3章节；
（6）智能交换机1台，用于划分V_LAN，办公网和生产网隔离；
（7）DC5V/AC380V继电器2只，屏蔽铠装信号线、双绞线等辅料若干。
5.2 站控组态软件选型
（1）目前站内所使用的组态王软件具备以下不足：
系统不稳定，数据易丢失。系统一旦断电，设定参数会全部丢失，需重新设定。
数据运算精度低，只能处理8位数据，无法处理16位以上的数据，不能满系统要求。
（2）新组态软件选型：
我们决定将组态王更换为西门子WINCC组态软件，具体原因如下：
系统功能强大，运行稳定，数据处理能力远远好于组态王软件；
和西门子PLC完美兼容，真正做到“平台统一”；
5.3控制系统I/O点统计分析
5.4控制系统设计
（1）控制系统技术特点
系统采用PLC进行数据采集和逻辑控制，工控机作为上位工作站，同时兼有操作员站和工程师站功能，通过网络实现对整个联合站内的集中监视、管理
和协调控制。
主要技术特点如下：
各控制装置设在控制室，采用“PLC+上位工作站”集中控制方式，安全系数高；
系统具有手动/自动切换功能，可靠性高；
采用PLC进行数据采集和逻辑控制，灵活性、可扩展性高；
允许在线设定系统运行参数，如锅炉温度；
系统具有断电自保护功能，系统断电后，程序和所设参数不会丢失；
系统具有完善的高/低限报警功能和超限保护功能；
组态界面上模拟实时工况流程图，阀门关为红色、开为绿色；锅炉停运未红色、运行为绿色；泵停运为红色、运行为绿色。
（2）控制系统设计
6 改造后的效果
改造后的系统具有以下功能和优点：
锅炉的运行参数全部在上位机上监控，具备温度高低限报警功能，当温度超高时，可自动切断供气阀门，停机保护；意外情况发生时，可在上位机上远程停炉。提高了站内的安全性。
流量计算更加精确，不会再受到外界干扰，减小输差，提高经济效益；
站控界面更加人性化、功能更为完善、数据处理能力更加强大；
锅炉自动恒温运行，大大减低了员工的劳动强度和危险性，体现了数字化建设“以人为本”的理念。
7 结束语
此次改造虽然取得了一定的成功，但是由于工期紧张，整个工程还存在许多
的不足，如监控界面制作的不够美观等；通过改造工程中的不断探索、学习，我们发现该联合站监控系统还有很多可以扩展的地方，如可以监控泵的运行电流，当过载时自动停泵保护等功能需要我们进一步去开发。
参考文献
[1] 张宝芬等.自动检测及仪表控制系统. 化学工业出版社。2004
[2] 马国华. 监控组态软件及其应用. 清华大学出版社。2006
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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