西门子PLC模块6ES7512-1DK01-0AB0技术参数

　企业信息化是企业现代化的重要标志，是企业发展的动力源泉，更是**企业经济效益与竞争力的捷径和主要保证。企业信息化是长期艰巨而又紧迫的任务。胜利油田基层单位分布广，功能差别较大，同时单位的信息化基础相对较薄弱，水平较低。如何结合“数字油田”的建设要求与生产实际情况，探讨所辖基层单位的信息化建设的形式、方法和内容，是信息工程技术人员主要责任和义务。
1 信息化建设背景
　　永安输油站作为胜利油田重点的中间加温加压站，担负着自上游原油库到下游近二分之一的中转任务。该站动力系统为1984年建站投产设备，性能相对落后，几乎没有生产参数自动采集。2001年该站热力系统设备改建，自动化程度相对较高。如何在现有基础上实现信息化站库建设与管理要求，成为该站迫切解决的难题和重点。
信息化建设前的状况
1） 原油储罐的液位、温度、压力等参数全靠岗位工人现场检尺，看表，工人劳动强度大，计量误差较大。
2） 通过人工巡回检查外输泵机组的各部位振动值、温度值、电机电流电压等运行参数，。
3） 两套热媒炉系统点火控制部分在现场，控制参数仅基于现场数字显示，重点生产数据无法采集上传，不能及时交换生产流程中的重点信息。
4） 站内生产数据不能与首末站生产相关联，生产调控极为简单，无法实施输油系统的优化运行和系统运行安全检测。
2 “数字化”建设的方法与内容
2.1 建设功能
1） 热媒炉系统远程启停控制、系统联锁、炉效实时分析等;
2） 外输泵机组电参数动态采集、远程启停输油泵、泵状态实时检测、泵效实时分析和监视等;
3） 重点生产参数（主要流程管道压力温度、储罐液位温度、热交换区温度压力、地温气温等）实时采集;
4） 常规生产管理流程的自动化操作，如热力越站、水力越站等;
5） 生产参数的网络动态发布，包括生产参数监视系统、泵状态检测系统、UPS动态监视系统等;
2.2 建设具体内容
1） 对重点参数进行了自动采集，包括压力、温度（包括炉膛温度、烟道温度、地温、气温）、油罐、燃油罐、水罐液位和温度等；
2） 对永安输油站流程常规切换的14只手动阀加装电动执行机构；
3） 对原油外输**计（两台）、燃油**计（两台）进行自动计数采集、累计量计算；
4） 对3台泵机组电机实时用电参数进行实时采集，包括三相电流、电压、频率、功率因素、有功电量、无功电量等；
5） 对热媒炉系统原控制柜功能移到PLC系统，实现了远程起停、联锁保护；
6） 对3台输油泵的前后轴承振动、温度进行实时监测，实现在线状态监测和故障诊断；
7） 实现3台输油泵远程启停控制；
8） 对泵房区及全站设立视频监视，并4路可燃气体报警接入系统；
9） 系统后备电池及UPS建设，为系统提供4～8小时电源支持，并提供动态监视画面;
10）对进出站输油压力温度**等参数纳入长输管道泄漏检测系统。
2.3系统建设硬件
1） PLC系统硬件如图1所示

　　两台上位机主要满足操作站和监视站功能。操作站主要进行现场生产运行的自动操作/手动操作。操作站直接读取PLC数据。监视站通过双网卡，满足读取PLC只读点的数据动态显示，并与油田信息网接入，实时发布只读点信息。

2）泵状态检测硬件构成如图2所示：

　　FAS站是S8100机泵群在线状态监测系统的重要组成部分，负责完成现场传感器的供电、信号采集和处理，并采用RS485通讯协议与通讯。FAS站采用防爆设计，可以安装在危险环境中[2]。
　　输油泵状态监测系统Station8100相对独立，实时监测泵轴承振动、温度数据，一旦出现数据超标，立即给出报警，通过对振动数据的频谱分析，可以分析判断出机组振动超标的根源、故障的类型，从而保障机组安全运行。该系统同时提供数据的动态网络发布，管理人员可以本地浏览器（IE）查看现场机泵的实时运行状态数据，得到机泵的实时运行信息[4]。
2.4 信息化建设中软件功能
1）上位机和PLC系统软件构成
　　系统软件包括PLC下位机控制软件和上位机组态软件两部分，下位机主要完成数据采集、流程切换控制、状态监测、故障报警、连锁保护等功能。上位机主要完成分类流程画面、数据动态监视、数据历史查询、报表自动生成、运行参数的应用等。PLC运行控制软件为OMRON公司编程软件CX-PROGRAMMER4.0，上位机组态软件采用国产三维力控组态软件[1]。上位机通过以太网（ETHNET）方式直接与PLC进行通讯。
2）上位机实现的功能
①通过组态，把各种现场需要操作的指令，比如开关阀门、启停泵、启停热媒炉、流程切换等传送到下位机控制器里，然后由控制器控制现场的相应设备，进行动作，完成相应任务[5]。
②设置各种报警参数，比如说是进站压力上下限、大罐液位上下限、泵电压上限等需要报警的参数的限值，这样当这些参数超过设定值时，上位机就会报警，提示操作人员去进行相关的检查或操作。
③关键参数的历史和实时趋势曲线显示，比如热媒炉温度曲线、进出站压力曲线、外输泵压力曲线。
④结合胜利油田“源头数据”建设要求，通过上位机软件，自动生成班报、日报等，并满足手动数据的录入，如含水密度等参数。
3）上位机功能模块如图3所示

4）下位机（PLC）完成功能
　　通过各功能模块与现场仪表线的联接，完成模数转换（A/D），状态量（DI）的采集，输出点（DO）控制，高速脉冲的计数（PI），以及通讯模块的数据转换等底层数据的处理，并完成生产常规流程的控制和自动运行。
5）泵状态检测软件系统[2]：
　　S8100系统是专用检测振动软件系列之一，以SQL Server2000为后台数据库，并满足网络发布功能，以它主要提供包括棒图、波形图、频谱图、趋势图等）。以下为网络浏览时的画面。
6）泄漏检测系统[3]
　　长输管道泄漏检测系统，由我公司自主开发的应用软件，主要利用负压波法和**“实时”对比法进行检测。负压波主要用于泄漏点的定位，**采集用定量分析管道的泄漏情况。永安输油站主要作用是“实时”采集进出口压力和**计读数，通过网络将数据送到三级调度进行专职人员的监视和分析。
3 经验交流
1）同信号多采集解决方法
　　由于泄漏检测系统对信号采集要求较高，对进出压力信号采集频率在100HZ左右，同时对**脉冲信号以每5秒累计计算出瞬时**。如果利用PLC采集结果通过通讯方式与泄漏检测系统连接，对压力波的捕获和**动态对比上很容易产生不可预计的时间差，使泄漏检测系统增加误报或漏报的概率。通过硬件接线的现场应用，解决了同信号多采集的问题。对进出站压力（仪表输出4-20毫安）采用分信号办法，即通过专用设备（带隔离耦合）输出两路与输入相同的信号，分别满足PLC系统和泄漏检测系统的采集要求。对**脉冲信号，由于输出是12伏的电压信号，直接对该信号进行并联采集即可。缺点是增加了投资和设备，优点是完全满足了不同系统的应用要求。
2）智能电量采集模块的现场接线法
　　本次信息化建设属于改造工程，一方面要满足改造前的生产运行方式，另一方面要将生产“数字化”信号全部纳入信息系统。在智能电量采模块的接线中，主要对低压配电接线进行改造，并同时满足原模拟表的正常显示和智能模块的正常工作。在智能模块技术人员的指导下进行安装后，模拟表正常显示，智能表电流数字信号出现近15安培的偏相。对于三相交流大型电机，这种偏相电流很容易造成相间电流的产生，对电动机工作十分不利。但原模拟表只有两相电流的显示，无论是线电流还是相电流，总与智能模块的电流数字信号不相符合。通过对智能模块的接线方式进行了重新认识，发现了问题所在，即电压采集与原信号并联，电流采集与原信号串联，并与厂方技术人员进行了核实与交流，查出了故障。接线前如图4所示，错误接线如图5所示，正确接线如图6所示。图5与图6的差别正是电流的串联与并联的关系，这正是导致电流不平衡的原因。

3）干扰信号的处理与仪表供电问题的解决
　　在进行热媒系统改造时，原控制系统自成体系，但重点参数不能引入PLC系统和数据网络发布。根据原数显仪表的特点，将该仪表的输出（4-20毫安有源输出）直接引入PLC系统时，发现输出信号时断时续，波动较大。结合隔离安全栅的工作特性，对每路输出加装安全栅，输出信号稳定并与原数显信号动态变化相差0.4%，达到设计要求，满足了重点参数的动态发布。在PLC系统中，设置两台24伏（5A）直接电流，一台专给PLC模板供电，另一台对20多台现场仪表提供电源。如果直接对现场同时供电，容易造成24伏电源由于加电瞬间电流过大而自保护，并且也不便于仪表的维护与检修。结合以前的改造经验与要求，增加7只开关，采用分批逐步供电的方式，以保证在系统掉电后现场仪表的正常供电。通过近一年半的运行，系统工作正常。
4 工程总结
　　永安输油站信息化管理系统建设的总体目标是应用目前**、可靠的测控仪表及PLC控制系统，实现整个生产过程的自动控制、报警、连锁，实现输油系统优化运行、远程督导等功能，使生产、调度和安防实现自动化、网络化、信息化，从而**输油站库的生产管理水平。
1）通过系统建设，使输油系统传递、运行控制成为有机的生产管理系统。通过对生产运行参数的实时采集，实现生产流程重点阀门的开/关/阀位的远程控制，实现油罐液位温度的动态监测，实现输油泵的状态检测，实现管理、控制、信息一体化。
2）**该站安全管理水平。PLC系统能在时间捕捉各种可能引起事故的早期信息并提前报警，在中央控制室发出预告，如油气混合浓度超标报警、外输油温过低、局部生产管网压力过高等信息，对站内出现的任何报警都马上掌握，提前做好相应准备，及时处理。并对重点现场和全站提供视频监视。
3）进一步**了该的信息化管理水平。中央控制室对站内重要信息如安全、生产、油进出库情况全面掌握。站内泵房岗、热媒炉岗等原油传送相互关联的岗位提供实时生产信息，为生产管理者提供详实可靠的原始、实时数据，并通过编制的优化运行、经济效益分析等软件，为决策者的决策提供参考和依据。
4）生产运行报表自动生成，保证了“源头数据”的及时性和正确性。通过上位机应用软件，将生产过程中原来依靠人工巡检、记录、判断的众多参数汇总到PLC控制系统，通过上位机软件自动生成管理运行大表，消除人为主观影响，**运行记录的可信度，并极大地**设备运行率和降低工作人员的劳动强度。
结束语：
　　通过该站信息化管理建设，初步建立了管道和站库联合运行效率分析机制，**管道运行效率，进一步完善了热媒炉控制系统。通过安全系统和设备在线监测系统的建立，**了故障诊断分析技术，将原设备事后维修体系转变成了以预防为主的维修体系，并提供动态参数的网络发布，为各级生产管理人员和精细化管理提供了有力的保障和基础，同时为其它输油管道及站库的信息化管理奠定了理论和实践经验。通过本工程建设的总结交流，借此抛砖引玉，恳切希望专家予以指正。

经过研究，决定选用我山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37-300T高压**变频器对该绞车电机进行调速。

    ·新风光电子公司JD-BP37-300T高压**变频器主要性能指标

    变频器功率300KW

    额定输出电流36A

    输入频率50Hz±5Hz

    额定输入电压6KV

    允许电压波动±20%

    输入功率因数≥0.98

    输出频率范围0～50Hz

    输出电压范围0～6KV

    频率分辨率0.01Hz

    加速时间可由用户生产工艺设定

    减速时间可由用户生产工艺设定

    变频器效率≥96%

    操作键盘中文彩色液晶触摸屏

    界面语言简体中文

    过载能力连续160%连续1min220%允许1.5S

    可提供直流制动、回馈制动等多种制动方式。

    可满足电动机的四象限工作要求。

    ②操作台（双PLC系统和中间继电器）

    操作台上设有各种工况显示设备，以彩色液晶显示屏为主要显示设备，可以观察PLC运行情况，各外部接点动作状态，各模拟量回路状态等，更加方便维修工作。同时还具有必要的开关量、模拟量的数字显示，可以独立提供必要的**数据，其中包括：安全回路指示灯，油压数字显示液压表，减速、故障声光报警显示，高、低压表,电流表等。

    ③各种传感器。

    36KV绞车变频调速电控系统电气保护实验

    该系统具有以下几种保护：

    （1）立即安全自动故障：该类故障综合在硬软件安全电路中。安全电路正常时吸合，有紧急故障时释放。一旦安全电路释放，就会立即封锁变频器，跳制动油泵，并控制油压系统电磁阀实施安全制动，抱安全闸。主要的安全制动故障有：

    ①转动系统故障：如主回路和控制回路电源故障,主电机过温、堵转,变频器故障等。

    ②过卷故障。

    ③超速故障：如等速、超速,减速段定点超速和连续超速等。

    ④紧急故障。

    ⑤液压制动系统故障：如制动油泵跳,系统油压高等。

    ⑥错向。

    ⑦测速机、轴编码器断线（深指断轴）

    ⑧松绳故障。

    （2）先电气制动、后安全制动故障：这类故障发生后，转动系统会自动进行减速，当速度降到爬行速度时会立即转为紧急制动。这类故障主要有：事故停车，闸瓦磨损。

    （3）完成本次开车后、不允许再次开车故障：开车前如出现这类故障，则开不起车；如在运行过程中出现，则允许本次开车完成，但不允许下次开车，除非故障解除后。这类故障主要有指电机过温报警,液压站油温过高等。

    我们进行了过卷、超速、错向、编码器断线、松绳、过载、欠压、缺相、闸瓦磨损等保护实验，结果各项保护均能可靠动作，且显示灵敏正确，达到了设计要求。

    4 6KV绞车变频调速电控系统运行实验记录

    在电控系统的实验过程中，我们对绞车的运行状况进行了连续的监测记录，主要有以下几个方面。

    （1）6KV绞车高压变频电控系统在环境潮湿度极大的情况下，连续安全运行8个月无事故。

    （2）绞车高压变频电控系统实现了四象限连续安全运行。我们特别对下放重物的过程进行了实验，下放6个砟罐时，速度大时（4m/s）时的电流进行统计，如下表5示：

    表1电流统计表

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    （3）6KV绞车高压变频电控系统能够适应绞车频繁启动停止的工况要求。九龙矿井下南二坡有7个片口，需要上下人员、物料、设备等，每天开车可达60多勾，经过8个月的运行无事故，证明该系统能满足绞车频繁启动停止的工况要求。

    （4）6KV绞车高压变频电控系统实现了低速大转矩运行，在2005年12月份的九龙矿南翼220工作面安装，综采支架运输过程中，由于轨道坡条件恶劣，出于安全考虑，需要绞车低速运行，变频绞车电控系统充分发挥其低速时可大转矩运行的特点，既安全又高效地完成了支架运输任务。

    （5）在实验过程中，绞车启动平稳，加速过程正常。绞车运行过程中，司机通过主令手把调整变频器的输出频率,实现无级调速，减速点实现自动减速，停车平稳。

    56KV绞车变频调速电控系统运行整体情况和结论

    6KV绞车变频调速电控系统于2005年8月在九龙矿投入工业运行，至今设备运行良好，工作可靠，大大**了系统的安全性能，降低了电耗及维护费用，实现了绞车安全高效的目的。

    绞车变频调速电控系统具有控制性能优良、操作简便、运行效率高、维护工作量小等诸多优点，随着变频调速技术的日益成熟与能源节约要求的必然趋势，它正成为矿山**机传动的发展方向。据统计全国大型煤矿1000家以上，若在全国煤矿绞车上推广，经济效益更加可观，该系统具有广阔的市场前景。