海上平台注水流量集显系统改造

王爱民

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

1 问题描述

某海上平台共有注水流量计 10台，流量计安装于竖直管线上，距离地面高度达 4m 以上，流量计远传信号电流(4～20mA)通过IP电缆一对一传送至中控DCS系统显示。在现场实际使用过程中遇到2个问题。

问题 1：中控点位授权不足，无法实现全部流量信号接入中控显示。中控无法及时精确掌握现场注水情况，故影响注水质量，进而影响平台产量、效益。

问题 2：流量计安装高度较高且分布比较分散，人员巡检时需要爬到二层流量计平台或高凳上查看流量数值，存在坠落风险，且耗时较长，效率不高。

2 改造方案

通过以上分析得知，此次改造需要满足流量信号全部接入中控显示和现场低高度集中显示2项要求。

该海上平台所有注水流量计均为菲舍波特电磁流量计，其瞬时量以 4～20mA 电流信号输出，无累积量输出信号。将注水流量计输出的电流信号接入PLC的AI模块，在PLC内进行程序运算，计算出流量计的瞬时量与累积量，通过海泰克触摸屏进行流量数值的现场显示，并进行当日当前累计注入量的显示，方便得知当日注入水量的多少。每台流量计的流量数据由S7-200 PLC通过485通信传至中控，在中控进行组态显示瞬时量与累积量。该平台使用的中控系统为 Emerson公司 DELTAV系统，有备用 485接口，满足改造要求。系统架构如图1所示。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

3 改造实施

3.1 PLC程序编写

注水流量计输出为4～20mA电流信号，通过AI模块EM235接入西门子PLC S7-200中，需要对该信号进行相应的量程转换得到瞬时流量。由流量计输出的电流信号与流量成线性关系可得知：

Q瞬时量＝Q量程(I-4)/16

式中：Q瞬时量为流量计瞬时流量，Q量程为流量计量程，I为流量计输出电流。

在 PLC内 4mA对应 PLC内机械数为 6400，20mA对应机械数为32000，所以：

Q瞬时量＝Q量程(PLC内机械数-6400)/25600

4～20mA信号电流转换到工程量的程序编写如图2所示。

在通道未接线或流量计输出略小于 4mA时上述减法运算会出现溢出，为防止溢出需对小于 4mA的信号进行过滤。由于 PLC读入的数据是整数，为保证精度需要转换成实数进行运算，即整数需要先转换成双整数，双整数再转换成实数。程序编写如图 3所示。

图2 4～20mA转换到工程量程序Fig.2 4 to 20mA conversion to engineering quantity program

图3 4mA过滤及数据转换程序Fig.3 4mA filtration and data conversion program

上述程序是针对1台流量计的编程过程，本次改造是将10台流量计接入PLC内，因此将上述程序做成子程序，每台流量计的计算调用子程序即可。

累积流量就是将每个时间段内的流量累加起来的流量，为保证累积量的精度必须保证用于累加的瞬时量的准确度，那就必须设定一个极短的时间间隔才能保证瞬时流量的准确度。这样就必须用定时中断才能实现，并且在 PLC程序内只能运行这一个中断程序，不允许再产生其他中断，以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性。程序编写时首先在主程序里进行中断的使能，并设定为每100ms进行1次中断，在中断程序内先求出每 100ms的流量值，在每100ms中断时进行1次流量的累加，程序编写如图4所示。

累计量的计算进行今日累计和昨日累计的运算，通过今日累计的查看可以更方便地进行注水量的调整，昨日累计的运算省去了现场人员每日注水量的手动计算，提高了工作效率。程序编写时首先读取 PLC内时间，在每天的 24点把累计量保存到上一天，并把当前累计量清零。

PLC内的流量数据通过 485远传至中控，需要对S7-200 PLC的PORT 0口进行初始化，PLC作为从站，中控作为主站读取从站的数据。调用MBUS_INIT指令，PLC地址为 1，波特率为 9600，无奇偶校验，读取VB602开始的300个字地址数据，并添加MBUS_SLAVE指令，该指令被用于为485主设备发出的请求服务，并且必须在每次扫描时执行，以便允许该指令检查和回答485请求。

图4 中断程序Fig.4 Interrupt program

3.2 触摸屏组态

本次改造利用电泵柜升级改造换下的海泰克触摸屏 PWS1711进行流量计瞬时量和累积量的显示，需要对触摸屏进行画面组态，利用 ADP组态软件进行画面的组态，并实现与PLC的通信。

由于本次使用的触摸屏 PWS1711型号较老，组态软件只能使用ADP3.2版本。如图5所示，在ADP软件中点击新应用，输入新建应用名称，在人机界面种类中选 PWS1711 MONO，在 PLC种类里选 S7-200，完成后在画面菜单内选择新建画面。

图5 新建应用Fig.5 New application

如图6所示，在空白画面中组态出需要显示的文字和数值。瞬时流量值的显示为直接读取 PLC内相应存储区的数值，选择动态数值元件，变量读取地址为 PLC内对应的地址。PWS1711触摸屏型号较老，只能读取PLC内的整数，无法直接读取小数部分，小数部分的显示是在组态中选择小数位数，例如选择一位小数就是 PLC内数值的最后一位作为小数部分显示出来。整数位数和小数位数是显示数值的格式。

图6 显示数据组态Fig.6 Display data configuration

为了便于量程的修改，设置了量程设置按钮和画面，量程按钮设置点击时打开量程设置画面，该画面中的量程设置选用输入显示元件，可以直接通过触摸屏将量程写入到 PLC内对应的地址。组态完成后进行编译，编译成功后进行组态下载，将编辑好的组态下载到触摸屏中。

本次改造使用的接线箱为以前施工余料，由于接线箱较小，PLC与触摸屏无法安装到一个接线箱内，只能分别安装到 2个接线箱内。显示接线箱安装高度为 1.4m 处，方便人员巡检查看。安装完成后，按照现场参数对显示数据进行调整，保持显示数据与流量计显示数据一致，达到了流量计现场低位集中显示的目的。

3.3 中控组态

注水流量集显系统PLC内的数据通过485通信传至中控，接入备用 485端口。首先将备用端口使能，高级属性中设置为 RTU通信模式，主站通信属性设置为 485半双工通信模式，波特率 9600，无奇偶校验，数据位8位，停止位1位。在P02口下新建一个串口设备，设备地址为1，见图7。

图7 端口设置Fig.7 Port setup

在新建的串口设备下新建2个Dataset，1个传输瞬时流量，1个传输累计流量。Dataset的 DeltaV属性中数据类型为 16位带符号数。Dataset的 PLC属性中PLC数据类型为holding register，瞬时流量的地址偏移为0，读取数据40个，累计流量的地址偏移为100，读取数据也是40个，见图8。

图8 数据设置Fig.8 Data setup

在对应控制器下新建1个Control Module，命名为 FLOW-CDISPLY。在新建的 Control Module内拖入 1个 Input parameter、1个 Out input parameter和1个DIV模块，选择外部参数链接到对应的数据上，由于传输的是 16位的带符号整数，要想显示 1位小数，首先在 PLC内放大 10倍，再把读到的数值进行除 10运算，显示 1位小数。所以调用 DIV模块，读到的数据放到 IN_1，IN_2内直接写入 10，对读到的数进行除 10运算。依次类推做好剩下的数据处理。做完后进行保存，分配到对应控制器，并进行下装，见图9。

图9 控制模块组态Fig.9 Control module configuration

在需要显示的画面上右击选择 Quick Edie进行画面修改，使用 Datalink链接到对应的数据上，并将需要显示的数据放置到合适的位置，依次做好其他的数据，进行保存，运行。与现场数值进行核对可知，两者的显示数值一致，达到了注水流量数据远传至中控的目的。

4 效果及结论

本次改造完成后，全部流量计数据传入中控显示，中控能够及时精确地掌握现场注水情况，为控制注水、注够水提供了有效保障。现场人员对流量计数据的巡检时间由原先的20min缩短到5min，效率提升明显，且有效降低了工作风险，证明注水流量集显系统搭建非常成功。

此次改造利用电泵柜升级改造替换下的 PLC及触摸屏进行注水流量集中显示，充分实现了旧物利用，只用了1根1P电缆和2个AI授权就实现了原先需要10根1P电缆和10个授权才能实现的功能，节省了中控点位授权和费用，同时也拓展了平台人员设备管理的思路，为其他设备的优化改造奠定了基础。