摘要：文章從系統(tǒng)結構、硬件組成、網(wǎng)絡構造及軟件設計等對油田計量數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)進行研究。選取PLCWAT05對油田的油、氣、水三相分離器的壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)進行采集、處理、存儲。上位機通過串行接口與PLC進行通信，通過組態(tài)軟件編制組態(tài)界面以實現(xiàn)工業(yè)控制計算機現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的監(jiān)視、預警及對PLC運行參數(shù)的整定。同時，闡述通過以太網(wǎng)和MODBUS通信協(xié)議標準實現(xiàn)系統(tǒng)設備間的數(shù)據(jù)傳輸與交換方法。
關鍵詞：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，隨著自動化技術在工業(yè)領域的廣泛應用，對傳統(tǒng)生產(chǎn)流程和工作方式進行自動化改造己成為一種熱門趨勢。油田作為國家的重要石油生產(chǎn)基地大范圍地進行自動化改造已成為必要的發(fā)展趨勢。本文從油田聯(lián)合站的數(shù)據(jù)采集自動化改造方案，結合筆者建設的實際經(jīng)驗，對數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的構建進行了一定程度的剖析。對上位機、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)工具進行了監(jiān)控界面的組態(tài)。
    油田計量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)即是將自動化技術與油田生產(chǎn)過程相結合，以數(shù)據(jù)采集的自動化來替代傳統(tǒng)的人員抄表、專人巡檢等老舊生產(chǎn)方式，從而構造一個可對生產(chǎn)過程進行實時、精準、安全、方便監(jiān)控的自動化平臺，可精簡冗余人員、降低生產(chǎn)成本，顯著提升油氣田的生產(chǎn)效益。對其他聯(lián)合站、注水站的自動化改造具有指導意義。

1 系統(tǒng)結構
1．1 總體結構圖
    聯(lián)合站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將站內各油、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又通過交換機一方面與工控機通信，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)傳輸給油田服務器，服務器再以報表的形式傳送給采油廠計算機，以此完成整個聯(lián)合站數(shù)據(jù)的采集、接收、監(jiān)視過程。油田計量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)總體結構如圖1。

    三相分離器儀器儀表的詳細架設如圖2所示。

1．2 硬件結構
1．2．1 工控機
    工控機即工業(yè)控制計算機，英文簡稱IPC。本系統(tǒng)采用研華工控機，其具有以下特點：
    (1)機箱采用鋼結構，有較強的防塵、防磁、抗沖擊的能力；
    (2)機箱內有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽；
    (3)機箱內有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。
1．2．2 PLC
    PLC選用的是廣域科技公司的智能WAT05控制器，該PLC采用模塊化的結構，運用在該系統(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，在工作范圍內線性度好，并輸出標準的電壓或電流信號以保證和智能采集模塊能很好地配合使用。同時，其必須具有良好的保護措施，以適應施工現(xiàn)場多油漬、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)絡結構
2．1 以太網(wǎng)
    以太網(wǎng)是當前應用最普遍的局域網(wǎng)，它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標準，如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。經(jīng)歷100M以太網(wǎng)在上世紀末的飛速發(fā)展后，目前Gb以太網(wǎng)甚至10G以太網(wǎng)正在國際組織和領導企業(yè)的推動下不斷拓展應用范圍。
    該系統(tǒng)中聯(lián)合站內PLC通過交換機以雙絞線為傳輸介質與服務器連接，服務器又和油田計算機相連，共同組成一個以太局域網(wǎng)，形成局部的星形拓撲結構。整個勝利油田又以光纜為傳輸介質組成大的環(huán)形拓撲的以太局域網(wǎng)。
2．2 MODBUS通信協(xié)議
    工控機和PLC之間采用MODBUS通信協(xié)議進行串口通信，標準的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，即僅一設備(主設備)能初始化傳輸(查詢)。其它設備(從設備)根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應反應。典型的主設備是主機和可編程儀表，典型的從設備是PLC。
    主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。MODBUS協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。

3 組態(tài)監(jiān)控界面設計
3．1 組態(tài)分析
    聯(lián)合站內共有6個分離器，需對每個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)進行監(jiān)視。在PLC內的保持寄存器中，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)、以及氣的累計數(shù)據(jù)放于HRF存儲區(qū)域；污水出口流量數(shù)據(jù)、污水累計數(shù)據(jù)、低含水油的累計數(shù)據(jù)放于HRD存儲區(qū)域。
3．2 組態(tài)過程
    (1)雙擊桌面力控快捷方式，進入工作界面，點新建出新建工程導航；
    (2)點擊開發(fā)，進入開發(fā)環(huán)境；
    (3)點擊導航欄中的IO設備組態(tài)，選擇標準MODBUS(RTU)，開始設定與PLC的連接；
    (4)在導航欄中點擊數(shù)據(jù)庫組態(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，建立實時曲線如圖4所示；

    (5)與設備調試完成之后即可進入運行狀態(tài)，建立組態(tài)現(xiàn)場監(jiān)控界面如圖5所示。

4 結語
    自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正朝著計算機化、標準化和網(wǎng)絡化三大趨勢發(fā)展?；?strong>PLC的油田計量數(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)絡結構簡單，方案可行，充分利用已有的線路資源，廉價且有效，在實際應用中發(fā)揮著一定的作用。以此為基礎可進一步完善油田自動化監(jiān)控系統(tǒng)，降低勞動強度，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。