多系统集成技术在长庆油田采气五厂站控系统中的应用与研究

多系统集成技术在长庆油田采气五厂站控系统中的应用与研究

通过阐述长庆油田第五采气厂集气站自控系统的现状,描述了采气五厂站控系统通过利用BB PLC提供的MODBUS通讯协议实现多系统集成的方法,并对集成方法进行了对比、分析和研究。

标签：信息系统MODBUS 设备通讯协议

0 引言

PLC作为第五采气厂站控系统自动化的核心部分,其任务已不仅仅是完成控制和操作那么简单,在很大程度上还要整合其它各辅助系统和设备装置的运行信息和生产数据,并将这些数据提供给操作人员和管理者。PLC与其它各个系统和装置之间的数据联络方式可以分为两种,一种是通过硬接线的方式,即每一个数据信号都通过单独的电缆接入PLC的I/O卡件中;还有一种方式就是第三方系统与PLC以通信的方式进行数据交换,只需遵循某种协议即可,现在比较通用的协议就是MODBUS和OPC。

本文就以BB的PLC在第五采气厂站控系统开发中与几种典型的第三方系统设备的集成做一个概括性的介绍和说明,并结合应用实例,着重分析了一些技术要点及其解决方案。

1 站控系统应用现状

目前第五采气厂站控系统采集的数据主要包括单井远传数据、站控生产数据、压缩机所用的西门子PLC数据、站内可燃气体报警数据、发电机监控数据、UPS运行状态。以上设备的数据监控系统独立运行,未实现集中监控和管理。

1.1 单井数据远传系统单井数据远传系统主要包括单井数据采集传输系统与电磁阀远程控制系统。其中,单井仪表包括油压、套压、阀控压变、旋进漩涡流量计和远控阀。井口油套压、阀控压变采用的是数字和模拟两种压变;远程控制阀主要包括电磁阀和二、三代航天阀。单井和站内数据远传主要利用无线传输,采用远传电台实现站内站外数据联动。

1.2 集气站生产数据监控系统集气站生产数据采集主要使用的是BB的MICRO CONTROL WA VE,通过硬件连接的方法,将站内的液位、压力、温度等参数接入控制系统,实现数据的实时监视和控制。

1.3 可燃气体控制系统可燃气体检测器为特安的ESD3000,控制器为ES2000控制器,安装于值班室。信号进入控制器实现报警和监测。

1.4 发电机监控数据利用安装在在陕西顺天普通型燃气发电机组基础上的QS-8000控制器, 实现“机组自启动系统;ATS自切换系统;蓄电池自充电系统;冷

却水预加热系统;预润滑系统;燃气自动切换装置”等6个系统。

1.5 UPS监控系统集气站目前常用的UPS主要包括B1031(15-30kV A)和B4033(20-80 kV A),UPS自带控制和监控软件,监测运行状态和故障旁路自动切换等。

2 多系统集成的目的

第五采气厂生产过程的通信应用中,由于单井及集气体站规模较大,使用的产品和涉及的厂家较多,员工数量比较少,为便于集中管理,减少人为巡检造成事故,需要将各种设备的数据集中监控。

3 多系统集成采用的技术及方法

通过对各设备之间的数据通信方法的探讨和研究,确认目前使用的设备提供的MODBUS协议和串口RS-232/485通信接口方式能够满足多系统集成。确定集成主要以BB的MICRO CONTROL WA VE PLC为主设备,集成西门子的S7300压缩机数据及第三方设备。其中第三方设备主要还包括UPS、发电机、可燃气体等。。

3.1 BB PLC MODBUS协议BB PLC MODBUS FOR RTU通信使用主-从技术,仅主设备能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。

作为主设备的BB PLC可单独与从设备通信,也能以广播方式与所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一条消息作为回应;如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。MODBUS协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。在主从设备进行通信时,必须要注意数据类型与功能码的匹配。

在使用BB PLC与其它系统进行通信时需注意BB的PLC并不能完全支持经过工厂更改后的MODBUS功能码,BB PLC主要支持标准的MODBUS RTU协议和MODBUS TCP/IP协议,数据采集需要通过内部的CUSTOM通讯模块实现,如下表:

当MODE设置为4时,表示该PLC为主PLC,通过定义COMPORT端口数据,选择是串口1还是串口2连接第三方设备。具体如下图:

一旦通讯程序编写完成,在BB控制器之间测试Open Gould Modbus Master 程序与Open Gould Modbus Slave程序。当两端SIGNAL6:DATA SIZE 一样的时候,HOLDING REGISTER为整数、浮点数,数据可以正常读写。Input Register 只能作为整形数读取。

3.2 MODBUS通信的实现策略通过MODEBUS协议与BB的PLC进行通信

的一般都是一些独立的中小型的装置,数据通信量不是太大,从几十点到几百点不等。但作为BB PLC来讲,需要重点考虑的是如何合理分配数据通信接口及接口通讯程序的编写问题,下表显示BB PLC与第三方装置MODBUS通信的数据量和接口分配情况。

在上表中可以看出,与不同装置的的通信接口都被最终集中到BB PLC的COM2串口中,这种串口集中分配方式主要出于如下几点考虑:

第一,在分配通信端口时首先要考虑到MIRC CONTROL WA VE的通信口的数量,为保证一个8槽的PLC能够采集所有数据,避免成本的增加,要尽量少占用PLC的通讯串口,为保证通信数据的功能和使用,尽量减少PLC和第三方设备点对点通信量(Peer-to-Peer),即通信端口与需要通信的的数据要尽量在连接到同一个串口上;

第二,由于数据量不大,避免重复的开发通讯程序,要尽量使得一个通信端口能够集合所有的MODBUS传来的数据;

第三,现场通信应尽量选择RS-485的方式进行,这种方式结构简单、抗干扰能力强、传输距离远,苏东13站的MODBUS通信均采用了RS-485的硬件接口方式。

为保证合理的利用BB PLC的应加架构,通过采用在各设备之间增加串口服务器的方式,实现以不同系统的集成。

从上图可以看出,第三方设备主要利用标准的MODBUS RTU协议通信。由于BB控制器现拥有3个RS-232口与2个RS-485口,考虑到BB PLC的串口有限,选择将第三方设备全部集中连接到串口服务器,再通过串口服务器利用BB PLC的COM口,实现和第三方设备的通讯。

3.3 部分第三方数据接入方法

3.3.1 可燃气体检测控制器数据接入目前苏里格可燃气体检测器为特安的ESD3000,控制器为ES2000控制器,安装于值班室。信号需要通过控制器引入BB PLC。一般接入主要采用三种方式,一种是通过将模拟信号接入RTU,转换为标准的RS485信号,通过BB提供的COM口,引入数据。这种方法最常用的RTU为易控微网的SC。该RTU安装简单,调试方便,性能稳定,但整体成本偏高,施工费用增加。另一种方式利用ES2000自带的MODBUS 通讯功能,通过调用控制器的设备通讯地址,及对应数据寄存器地址,直接在BB PLC里定义对应变量,从而实现对应数据的调用。对应ES2000设备地址及通讯地址如下:

这种方法充分利用了已有设备自带的MODBUS功能,不需要通过另外增加数/模转换的RTU,大大降低了成本,减少了施工量。第三种方法直接采用硬连接,通过增加BB的AI模块,实现数据的引入,这种方法比较传统,费用及施工量都大大增加。对比三种方法的优缺点,苏里格站控系统基本采用了利用控制器自带MODBUS通讯接口的方式将数据引入了BB PLC。