摘要：文章從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造及軟件設(shè)計(jì)等對(duì)油田計(jì)量數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究。選取PLCWAT05對(duì)油田的油、氣、水三相分離器的壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)。上位機(jī)通過串行接口與PLC進(jìn)行通信，通過組態(tài)軟件編制組態(tài)界面以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)視、預(yù)警及對(duì)PLC運(yùn)行參數(shù)的整定。同時(shí)，闡述通過以太網(wǎng)和MODBUS通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸與交換方法。
關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器；數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控；組態(tài)軟件；MODBUS

0 引言
    目前，隨著自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)流程和工作方式進(jìn)行自動(dòng)化改造己成為一種熱門趨勢(shì)。油田作為國(guó)家的重要石油生產(chǎn)基地大范圍地進(jìn)行自動(dòng)化改造已成為必要的發(fā)展趨勢(shì)。本文從油田聯(lián)合站的數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化改造方案，結(jié)合筆者建設(shè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了一定程度的剖析。對(duì)上位機(jī)、PLC、各種儀表的互聯(lián)通信做了介紹，并以力控6．1組態(tài)軟件作為組態(tài)工具進(jìn)行了監(jiān)控界面的組態(tài)。
    油田計(jì)量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)即是將自動(dòng)化技術(shù)與油田生產(chǎn)過程相結(jié)合，以數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化來替代傳統(tǒng)的人員抄表、專人巡檢等老舊生產(chǎn)方式，從而構(gòu)造一個(gè)可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、安全、方便監(jiān)控的自動(dòng)化平臺(tái)，可精簡(jiǎn)冗余人員、降低生產(chǎn)成本，顯著提升油氣田的生產(chǎn)效益。對(duì)其他聯(lián)合站、注水站的自動(dòng)化改造具有指導(dǎo)意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1．1 總體結(jié)構(gòu)圖
    聯(lián)合站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將站內(nèi)各油、氣、水三相分離器上壓力、溫度、流量傳感器的采集值供PLC讀取，PLC又通過交換機(jī)一方面與工控機(jī)通信，將數(shù)據(jù)顯示在組態(tài)軟件組態(tài)的界面之上，供站內(nèi)值班人員監(jiān)視與控制；另一方面將數(shù)據(jù)傳輸給油田服務(wù)器，服務(wù)器再以報(bào)表的形式傳送給采油廠計(jì)算機(jī)，以此完成整個(gè)聯(lián)合站數(shù)據(jù)的采集、接收、監(jiān)視過程。油田計(jì)量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1。

    三相分離器儀器儀表的詳細(xì)架設(shè)如圖2所示。

1．2 硬件結(jié)構(gòu)
1．2．1 工控機(jī)
    工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英文簡(jiǎn)稱IPC。本系統(tǒng)采用研華工控機(jī)，其具有以下特點(diǎn)：
    (1)機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)的防塵、防磁、抗沖擊的能力；
    (2)機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽；
    (3)機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。
1．2．2 PLC
    PLC選用的是廣域科技公司的智能WAT05控制器，該P(yáng)LC采用模塊化的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用在該系統(tǒng)中的有CPU模塊、電源模塊、模擬量輸入模塊、RS485通信模塊。
1．2．3 儀器儀表
    選擇傳感器最基本的要求是：抗干擾能力強(qiáng)，在工作范圍內(nèi)線性度好，并輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)以保證和智能采集模塊能很好地配合使用。同時(shí)，其必須具有良好的保護(hù)措施，以適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)多油漬、多灰塵、多碰砸、多泥沙的情況。具體所使用的變送器類型及參數(shù)如表1。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2．1 以太網(wǎng)
    以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)，它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。經(jīng)歷100M以太網(wǎng)在上世紀(jì)末的飛速發(fā)展后，目前Gb以太網(wǎng)甚至10G以太網(wǎng)正在國(guó)際組織和領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)的推動(dòng)下不斷拓展應(yīng)用范圍。
    該系統(tǒng)中聯(lián)合站內(nèi)PLC通過交換機(jī)以雙絞線為傳輸介質(zhì)與服務(wù)器連接，服務(wù)器又和油田計(jì)算機(jī)相連，共同組成一個(gè)以太局域網(wǎng)，形成局部的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個(gè)勝利油田又以光纜為傳輸介質(zhì)組成大的環(huán)形拓?fù)涞囊蕴钟蚓W(wǎng)。
2．2 MODBUS通信協(xié)議
    工控機(jī)和PLC之間采用MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行串口通信，標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS口是使用的RS232兼容串行接口?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)，通信使用主-從技術(shù)，即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢)。其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備是主機(jī)和可編程儀表，典型的從設(shè)備是PLC。
    主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。MODBUS協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。

3 組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)
3．1 組態(tài)分析
    聯(lián)合站內(nèi)共有6個(gè)分離器，需對(duì)每個(gè)分離器上壓力變送器、流量變送器、溫度變送器上的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。在PLC內(nèi)的保持寄存器中，所有的壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)，放于HRU存儲(chǔ)區(qū)域；天然氣出口流量數(shù)據(jù)、低含水油流量數(shù)據(jù)、以及氣的累計(jì)數(shù)據(jù)放于HRF存儲(chǔ)區(qū)域；污水出口流量數(shù)據(jù)、污水累計(jì)數(shù)據(jù)、低含水油的累計(jì)數(shù)據(jù)放于HRD存儲(chǔ)區(qū)域。
3．2 組態(tài)過程
    (1)雙擊桌面力控快捷方式，進(jìn)入工作界面，點(diǎn)新建出新建工程導(dǎo)航；
    (2)點(diǎn)擊開發(fā)，進(jìn)入開發(fā)環(huán)境；
    (3)點(diǎn)擊導(dǎo)航欄中的IO設(shè)備組態(tài)，選擇標(biāo)準(zhǔn)MODBUS(RTU)，開始設(shè)定與PLC的連接；
    (4)在導(dǎo)航欄中點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，選擇區(qū)域0，模擬IO變量，開始定義所有的數(shù)據(jù)變量，如圖3所示，建立實(shí)時(shí)曲線如圖4所示；

    (5)與設(shè)備調(diào)試完成之后即可進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，建立組態(tài)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控界面如圖5所示。

4 結(jié)語
    自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正朝著計(jì)算機(jī)化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化三大趨勢(shì)發(fā)展?；?strong>PLC的油田計(jì)量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)解決了聯(lián)合站無人值守的數(shù)據(jù)采集和傳輸問題，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方案可行，充分利用已有的線路資源，廉價(jià)且有效，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著一定的作用。以此為基礎(chǔ)可進(jìn)一步完善油田自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人員，提高生產(chǎn)效率，向建立數(shù)字化油田方向而努力。