西门子CPU模块6ES7518-4FP00-0AB0型号规格

   随着工业控制技术的发展，计算机自动控制监控系统已广泛应用于离散过程、连续过程、批次过程等各种工业自动化领域及电力、化工、食品、水处理等各个行业。安塞油田以前原油集中处理站监测一般为常规仪表，由于监控点多，人工巡检操作频繁，操作管理能力差，不能适应现代化管理的需求。通过利用GE Fanuc公司90系列PLC控制系统及Wonderware公司InTouch7.11监控软件对联合站进行监控，充分利用计算机技术、控制技术、通讯技术，完成巡检管理、参数显示、声光报警、历史记录、PID控制、报表管理，以适应当前工业现代化模式，从而**企业生产管理水平。

一、系统简介

      安塞油田王十八计量接转站包括原油处理系统、原油计量系统、外输系统、消防系统、污水处理系统、供热系统。该站自动化控制系统主要由两部分组成，一部分是场站边界摄像警戒、站内摄像机自动监测与报警系统；另一部分是站内液量、含水、压力、温度等自动检测、储罐高低液位自动检测及外输泵和储油罐区流程自动控制系统。

      各系统的参数必须严格控制，才能生产出合格原油，做到污水处理达标，保证整个系统平稳安全运行。所有系统通过PLC实现各设备工作状况及参数数据采集、检测、控制的实时监测，并具备报警、控制功能。中心控制室监控系统由两台计算机构成的局域网、42”大屏幕以及打印机等设备组成，完成面向过程的全部监测、调节和顺序控制运算功能。包括温度、压力、**、液位、界位的检测、监视、PID调节、各种复杂调节和**控制算法，各种阀门的开关、各种电机的起停等顺序控制，各种设备运行状态的监视及连锁保护等，实现实时工况、参数设置与调节、直观显示与打印功能，其中2台计算机负责自动化系统的监控、1台计算机负责图像监控；2台大屏幕分别负责设备工况显示与图像监控显示。控制系统采用美国GE Fanuc公司90-30系列PLC控制系统及Wonderware公司InTouch7.11监控软件；GE Fanuc HBR 30双机热备冗余系统控制器选用GE90 CPU360，通过Tcp/Ip与上位机进行冗余通讯，上位机软件显示现场工作情况，控制系统I/O采用VersaMax I/O，控制系统总线采用Genius总线，主备CPU通过Genius总线进行同步通讯、I/O数据扫描及CPU在线热备切换；安全防爆采用安全栅加隔爆的方式，更安全可靠。此配置方案保证控制系统连续、安全、稳定运行。

二、系统结构

      现场温度、压力、液位等信号通过传感器输出信号到PLC中的模拟量输入模块A/O（ AI模拟输入， DI数字输入，PI脉冲输入，），模拟量输入模块的功能是把物理模拟量转换为数字信号存入到PLC中的CPU模块，开关信号的输入输出由数字输入输出模块（DI数字输入，AO模拟输出，DO数字输出）完成。输入信号在PLC中的CPU模块和工控计算机中进行计算。控制室工控计算机与CPU数据通讯通过乙太网模块（IC693CMM321）和总线控制器模块（IC693BEM331）进行。在工控机中实现数据动态链接，流程画面显示，生产和设备报表管理，报警管理等。

      站区监控采用韩国**的摄像监控系统，整体采用13部云台摄像头、4部固定摄像头完成整站的监控并录制图像。

三、控制过程

      原油计量系统、外输系统、消防系统、污水处理系统、供热系统等系统参数除了在中控室能动态显示工艺参数外，对重要流程也实现了全自动控制。

    1、原油处理部分

      单井与其他接转站来油的液量、含水自动检测，外输原油的产量、含水自动检测，罐区净化罐液位的连续检测、高低液位报警与液位控制，沉降罐油水界位的检测与自动控制。各站来油在溢流沉降罐中进行油水分离后进净化罐至外输，改变了传统的使用闸阀手动切换流程繁琐、劳动强度大的问题，用电动阀替代闸阀，操作人员可在主控室随时根据来液量和大罐液位切换进油和外输流程。原油投加破乳剂装置使用变频技术，根据来液量大小和加药比例自动调节加药泵的排量，同样也可手动调节频率，达到连续均匀投加药品，保证净化油含水稳定的目的。原油外输也使用变频器和电动阀，可自动或手动切换流程和调节外输泵排量，根据来油量均衡输油。

    2、污水处理系统

      污水池、调节水罐液位的自动检测、报警与控制，原油分离出来的污水进入污水处理系统之前必须加入不同的药剂，在没有使用自动控制之前，通过手动调节计量泵的排量来加药，不能根据水量的多少自动调节加药量，如果需要的加药量大于泵排量，污水处理不合格；需要的药量小于泵排量，造成药剂浪费。系统加药装置使用变频技术后，根据脱出污水量大小和加药比例自动调节加药泵的排量，同样也可手动调节频率，达到连续均匀投加药品，**污水合格率。

    3、天然气浓度检测

      外输泵房、单井计量间、来油计量间、锅炉房等天然气浓度超限报警和排气扇链动控制，两级报警值设定，暂定为15%及20%，当天然气浓度超过设定值后，发出声光报警，相应的排风扇自动开启，操作人员也可通过人机界面点击排风扇按钮进行排风扇的开停控制。

    4、消防系统

      消防水罐采用静压液位变送器连续液位检测，高液位（10.2m）、低液位（6.9m）报警，采用浮球液位开关，也可以通过液位位置开关实现，同时也可以由液位计的信号监视。

    5、实现图像动态监控

      数字图像监控系统是监控报警业界的新型产品，采用的是韩国的POS-Watch STD ，全站共布有17部美国Sapling公司的摄像头，其中室外13部云台式摄像头，室内4部摄像头。用户可通过友好的人机界面（例如遥控器、GUI菜单、面板按键）使用本系统设备，对全站实现全天候画面监控，动态图像报警，定时录像, 手动录像, 报警触发录像, 动态感知录像等多种录像方式，具有存储回放等功能。

摄像系统结构

四、应用效果

      GE Fanuc公司90系列PLC控制系统及Wonderware公司InTouch7.11监控软件系统投用以来，性能稳定可靠，取得了良好的经济效益。

    1、所有控制全由PLC中A/O模块执行，主控室的GE Fanuc公司90系列PLC控制系统及Wonderware公司InTouch7.11监控软件可完成PID的参数设定、手动/自动的转换，完成各工段参数的动态显示，历史趋势存储，适时趋势管理，生产运行日报管理和设备报表的管理。

    2、历史趋势画面功能是记录和显示各个参数的任意时间值，并可根据需要设定这些历史数据和趋势保存时间，极大方便了操作人员对每个参数在一定的时间所发生波动的检查。另外当发生生产事故时，可根据趋势查处发生时间内各参数的值，这样便于查处事故原因，平时可以观察参数的稳定性。

    3、图像实时监控报警功能记录图像、报警位号、大小及时间，当超限、发生事故等情况时发生报警，可以用声音和颜色变化等表示报警提示操作人员，**了该站运行的安全性。

    4、报表打印是对各个参数在之内以一定间隔时间为准的，把这些值以一定格式打印出来，既方便准确又可以对报表进行定时间打印，**了工作效率。

    5、通过GE Fanuc公司90系列PLC控制系统及Wonderware公司InTouch7.11监控软件组成计算机控制网络，能更好地发挥各自的优点，能够使系统更加安全、可靠，同时开放性、分布式的网络能充分利用网络资源。

水闸闸门控制，涉及到防洪、排洪，引水、排污，通船、发电等应用，以及一些起重卷扬机**的高度控制应用，其控制安全性越来越重要，现在设计已要求手动现地应急控制与远程自动控制都要独立考虑，而对于值多圈编码器的使用，不再使用增量值编码器或单圈值编码器，也几乎已经为行业规范了。过去，水闸控制中，值多圈编码器大多选用了SSI（同步串联）输出信号，而现在设计安全性的要求下，遇到了两个困难：

一．原SSI编码器的两个困难

1．        SSI信号手、自控制无法独立。

     SSI信号为时钟同步串联信号，点对点传输，时钟发送与信号接收只能为同一个设备，如果编码器信号连接现地闸门开度仪表，就不能再给自动控制的PLC信号，而只能由闸门开度仪表再输出信号给PLC，这样，系统的可靠性都建立在闸门开度仪上，而SSI闸门开度仪售价高，厂家良莠不齐，存在较大安全隐患；如果编码器信号直接输出给PLC，只有少数欧洲品牌PLC有SSI接口，如西门子S7-300(S7-200就没有)，这样造价高，可选面少，而且现地手动控制的信号要依赖于自动控制的PLC给，失去了手动应急控制的意义。

2．        SSI信号端口无法插入防雷器，较易被损坏。

     SSI信号为“同步”串联信号，其实并不完全同步，其由接收设备发送时钟到编码器，编码器再发送信号到接收设备，内部“同步”比较，有一个同步时间差的范围要求，一旦插入防雷器，或电缆较长、电缆不，信号的同步性超出了偏差范围，数据就会跳码，而无法正常工作。我公司过去多年研发过SSI防雷器，在实验阶段都可以符合同步性偏差范围，可在现场条件下，往往无法保证SSI信号的同步性而跳码，而不得不放弃。由于无法加入信号防雷器，SSI编码器每年被打坏的数量很多，包括德国品牌的，例如江苏三河闸，使用63个德国品牌SSI编码器，每年被雷击打坏的约3-5个。

二．值编码器双输出信号的解决方案

       为了解决如上的问题，三峡水电站是用了两套闸门开度传感器作为备份，这样对于大多数闸门控制是不现实的。在与国内水利设计单位及业主的多方讨论后，我们推出了双输出值真多圈编码器，用于闸门开度仪的手、自独立并冗余控制，如下示意图：

    GAX60..LB值真多圈编码器，双信号输出为传统的4—20mA和总线型RS485信号，这两种信号几乎所有的PLC都有可连接的接口，而连接的仪表也可以从大部分正规的仪表厂家找到。

这个方案的特点如下：

1．  GAX60..LB编码器为机械齿轮组真多圈值编码器，外形安装尺寸完全与原来的德国进口SSI编码器相同，安装上可直接替换。编码器外壳防护等级为IP67，温度等级为-40度—80度，符合水利潮湿、高低温的使用。

2．  双输出的信号为4—20mA和RS485，可传输距离400米—1000米（依据电缆），符合直接远传要求；此两种信号都有成熟的、大量已使用的防雷器，对信号端口（无论是编码器还是接收设备）可起到保护作用。

3．  所有的PLC都可以有4—20mA接口，大部分的PLC也可以连接RS485信号，这样对于PLC的可选面就大大增加，成本就可以下来；而4—20mA和RS485信号，也可以找到标准的、成熟的仪表，以增加仪表的可靠性并降低成本。PLC和仪表，可以相互选择使用4—20mA信号还是RS485信号。

4．  编码器双信号分别进手动现地控制与自动PLC控制，两套控制既可以独立，又可以相互冗余，控制安全性可以大大增强，而成本却可以下降。由于可以增加安装防雷器，今后的维护备件成本也下降了。

三．讨论参考：

1．  载荷保护控制。由于相当多的卷扬式**机需要载荷保护，同样可选择4—20mA输出的载荷传感器，此方案中，闸门开度仪表可选用2路输入的4—20mA输入仪表。

2. 卷扬**机。此方案不仅仅可用于水闸闸门开度仪控制，同样可用于各类有安全要求的卷扬**机高度控制，例如钢铁厂炼铁高炉小车送料控制等（已有成功案例）