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摘要：某海上平臺共有注水流量計 10 臺，流量計安裝于豎直管線上，距離地面 4 m 以上，人員巡檢時需要爬上二層平臺，存在跌落風險；同時由于中控授權不足，流量計數據無法全部傳至中控，使中控操作人員無法及時準確掌握現場注水情況。使用西門子 S7-200 PLC 及海泰克觸摸屏 PWS1711 實現了注水流量的瞬時及累積量的現場集中顯示，并通過 485 通信將流量數據遠傳至中控顯示，只用 2 個 AI 授權實現了原先需要 10 個 AI 授權才能實現的功能，緩解了中控授權緊張的問題。改造實施后中控操作人員能夠及時準確掌握現場注水情況，為注好水、注夠水提供了有效保障，同時節省了現場人員的巡檢時間，提高了工作效率，降低了工作中的風險。

1 問題描述

某海上平臺共有注水流量計 10 臺，流量計安裝于豎直管線上，距離地面高度達 4 m 以上，流量計遠傳信號電流(4～20 mA)通過 IP 電纜一對一傳送至中控 DCS 系統顯示。在現場實際使用過程中遇到 2 個問題。

問題 1：中控點位授權不足，無法實現全部流量信號接入中控顯示。中控無法及時精que掌握現場注水情況，故影響注水質量，進而影響平臺產量、效益。

問題 2：流量計安裝高度較高且分布比較分散，人員巡檢時需要爬到二層流量計平臺或高凳上查看流量數值，存在墜落風險，且耗時較長，效率不高。

2 改造方案

通過以上分析得知，此次改造需要滿足流量信號全部接入中控顯示和現場低高度集中顯示 2 項要求。

該海上平臺所有注水流量計均為菲舍波特電磁流量計，其瞬時量以 4～20 mA 電流信號輸出，無累積量輸出信號。將注水流量計輸出的電流信號接入PLC 的 AI 模塊，在 PLC 內進行程序運算，計算出流量計的瞬時量與累積量，通過海泰克觸摸屏進行流量數值的現場顯示，并進行當日當前累計注入量的顯示，方便得知當日注入水量的多少。每臺流量計的流量數據由 S7-200 PLC 通過 485 通信傳至中控，在中控進行組態顯示瞬時量與累積量。該平臺使用的中控系統為 Emerson 公司 DELTAV 系統，有備用 485接口，滿足改造要求。系統架構如圖 1 所示。

3 改造實施

3.1 PLC程序編寫

注水流量計輸出為 4～20 mA 電流信號，通過 AI模塊 EM235 接入西門子 PLC S7-200 中，需要對該信號進行相應的量程轉換得到瞬時流量。由流量計輸出的電流信號與流量成線性關系可得知：

Q 瞬時量＝Q 量程(I-4)/16

式中：Q 瞬時量為流量計瞬時流量，Q 量程為流量計量程，I 為流量計輸出電流。

在 PLC 內 4 mA 對應 PLC 內機械數為 6 400，20 mA 對應機械數為 32 000，所以：

Q 瞬時量＝Q 量程(PLC 內機械數-6 400)/25 600

4～20 mA 信號電流轉換到工程量的程序編寫如圖 2 所示。

在通道未接線或流量計輸出略小于 4 mA 時上述減法運算會出現溢出，為防止溢出需對小于 4 mA的信號進行過濾。由于 PLC 讀入的數據是整數，為保證精度需要轉換成實數進行運算，即整數需要先轉換成雙整數，雙整數再轉換成實數。程序編寫如圖 3

所示。

上述程序是針對 1 臺流量計的編程過程，本次改造是將 10 臺流量計接入 PLC 內，因此將上述程序做成子程序，每臺流量計的計算調用子程序即可。

累積流量就是將每個時間段內的流量累加起來的流量，為保證累積量的精度必須保證用于累加的瞬時量的準確度，那就必須設定一個極短的時間間隔才能保證瞬時流量的準確度。這樣就必須用定時中斷才能實現，并且在 PLC 程序內只能運行這一個中斷程序，不允許再產生其他中斷，以防止干擾定時中斷的時間間隔的準確性。程序編寫時shou先在主程序里進行中斷的使能，并設定為每 100 ms 進行 1 次中斷，在中斷程序內先求出每 100 ms 的流量值，在每100 ms 中斷時進行 1 次流量的累加，程序編寫如圖 4所示。

累計量的計算進行今日累計和昨日累計的運算，通過今日累計的查看可以更方便地進行注水量的調整，昨日累計的運算省去了現場人員每日注水量的手動計算，提高了工作效率。程序編寫時shou先讀取 PLC內時間，在每天的 24 點把累計量保存到上一天，并把當前累計量清零。

PLC 內的流量數據通過 485 遠傳至中控，需要對 S7-200 PLC 的 PORT 0 口進行初始化，PLC 作為從站，中控作為主站讀取從站的數據。調用MBUS_INIT 指令，PLC 地址為 1，波特率為 9 600，無奇偶校驗，讀取 VB602 開始的 300 個字地址數據，并添加 MBUS_SLAVE 指令，該指令被用于為 485 主設備發出的請求服務，并且必須在每次掃描時執行，以便允許該指令檢查和回答 485 請求。

3.2 觸摸屏組態

本次改造利用電泵柜升級改造換下的海泰克觸摸屏 PWS1711 進行流量計瞬時量和累積量的顯示，需要對觸摸屏進行畫面組態，利用 ADP 組態軟件進行畫面的組態，并實現與 PLC 的通信。

由于本次使用的觸摸屏 PWS1711 型號較老，組態軟件只能使用 ADP3.2 版本。如圖 5 所示，在 ADP軟件中點擊新應用，輸入新建應用名稱，在人機界面種類中選 PWS1711 MONO，在 PLC 種類里選 S7-200，完成后在畫面菜單內選擇新建畫面。

如圖 6 所示，在kongbai畫面中組態出需要顯示的文字和數值。瞬時流量值的顯示為直接讀取 PLC 內相應存儲區的數值，選擇動態數值元件，變量讀取地址為 PLC 內對應的地址。PWS1711 觸摸屏型號較老，只能讀取 PLC 內的整數，無法直接讀取小數部分，小數部分的顯示是在組態中選擇小數位數，例如選擇一位小數就是 PLC 內數值的#后一位作為小數部分顯示出來。整數位數和小數位數是顯示數值的格式。

為了便于量程的修改，設置了量程設置按鈕和畫面，量程按鈕設置點擊時打開量程設置畫面，該畫面中的量程設置選用輸入顯示元件，可以直接通過觸摸屏將量程寫入到 PLC 內對應的地址。組態完成后進行編譯，編譯成功后進行組態下載，將編輯好的組態下載到觸摸屏中。

本次改造使用的接線箱為以前施工余料，由于接線箱較小，PLC 與觸摸屏無法安裝到一個接線箱內，只能分別安裝到 2 個接線箱內。顯示接線箱安裝高度為 1.4 m 處，方便人員巡檢查看。安裝完成后，按照現場參數對顯示數據進行調整，保持顯示數據與流量計顯示數據一致，達到了流量計現場低位集中顯示的目的。

3.3 中控組態

注水流量集顯系統 PLC 內的數據通過 485 通信傳至中控，接入備用 485 端口。shou先將備用端口使能，高級屬性中設置為 RTU 通信模式，主站通信屬性設置為 485 半雙工通信模式，波特率 9 600，無奇偶校驗，數據位 8 位，停止位 1 位。在 P02 口下新建一個串口設備，設備地址為 1，見圖 7。

在新建的串口設備下新建 2 個 Dataset，1 個傳輸瞬時流量，1 個傳輸累計流量。Dataset 的 DeltaV 屬性中數據類型為 16 位帶符號數。Dataset 的 PLC 屬性中 PLC 數據類型為 holding register，瞬時流量的地址偏移為 0，讀取數據 40 個，累計流量的地址偏移為100，讀取數據也是 40 個，見圖 8。

在對應控制器下新建 1 個 Control Module，命名為 FLOW-CDISPSC。在新建的 Control Module 內拖入 1 個 Input parameter、1 個 Out input parameter 和 1 個 DIV 模塊，選擇外部參數鏈接到對應的數據上，由于傳輸的是 16 位的帶符號整數，要想顯示 1 位小數，shou先在 PLC 內放大 10 倍，再把讀到的數值進行除 10 運算，顯示 1 位小數。所以調用 DIV 模塊，讀到的數據放到 IN_1，IN_2 內直接寫入 10，對讀到的數進行除 10 運算。依次類推做好剩下的數據處理。做完后進行保存，分配到對應控制器，并進行下裝，見圖 9。

在需要顯示的畫面上右擊選擇 Quick Edie 進行畫面修改，使用 Datalink 鏈接到對應的數據上，并將需要顯示的數據放置到合適的位置，依次做好其他的數據，進行保存，運行。與現場數值進行核對可知，兩者的顯示數值一致，達到了注水流量數據遠傳至中控的目的。

4 效果及結論

本次改造完成后，全部流量計數據傳入中控顯示，中控能夠及時精que地掌握現場注水情況，為控制注水、注夠水提供了有效保障。現場人員對流量計數據的巡檢時間由原先的 20 min 縮短到 5 min，效率提升明顯，且有效降低了工作風險，證明注水流量集顯系統搭建非常成功。

此次改造利用電泵柜升級改造替換下的 PLC 及觸摸屏進行注水流量集中顯示，充分實現了舊物利用，只用了 1 根 1P 電纜和 2 個 AI 授權就實現了原先需要 10 根 1P 電纜和 10 個授權才能實現的功能，節省了中控點位授權和用，同時也拓展了平臺人員設備管理的思路，為其他設備的優化改造奠定了基礎。