摘 要：本文簡單描述了油田供熱系統的背景和熱力站的工藝流程，介紹了雷達液位計的實際選型與在油田熱力站自控系統中的應用，闡述了雷達液位計和各擴展模塊的產品主要屬性，并 以 RSLogix 5000 軟件為平臺，根據現場實際需求開發的各項功能，著重介紹了雷達液位計的數據采集和處理運算、Modbus 通訊以及邏輯控制方面的功能應用與特點。

    引 言
    油田供熱既擔負著為民服務的重要責任，也是油田能耗大戶、排放大戶。對于油田供熱來講，面對供暖面積增加、成本費用壓減、安全環保壓力增大、供熱標準提高、勞動用工緊張等一系列困難和挑戰，提質增效、節能減排將成為一種新常態，該任務的實現尤為迫切。在這樣的背景下，需要對熱力站進行計量調控改造，增加水計量、電計量、熱計量裝置，并對現場的自動化系統進行升級改造，在精細管理上實現熱量計量調控。

    系統主要分為三個部分：現場數據采集系統、區域監控中心系統、中心級監控中心系統。其中現場數據采集系統PLC 控制柜完成對現場儀表數據的讀取、水泵 / 變頻信號的采集、電動閥門的控制和水泵 / 變頻信號的邏輯控制。它的輸入主要是現場儀表的 RS485 信號、儀表的模擬量信號、變頻控制柜的數字量信號，它的輸出主要是控制電動閥門的開關信號、變頻器的設定信號、水泵的啟停信號。

    1 工藝流程介紹
    熱力站管網分為一級網、二級網。各管網安裝相應的采集儀表與控制設備。為了準確采集熱力站節點內各個管線的溫度、壓力，以及消耗的熱量、失水量、消耗的電量等參數，站內安裝了溫度變送器、壓力變送器、單法蘭液位計、熱量表、液位計、智能電表等設備對基礎數據進行采集，除此之外，站內管線還安裝了水泵（增壓泵、循環泵、補水泵等）、電動閥（電動調節閥）等設備，實現對水循環的液位和溫度的控制。

   2 方案確定
    PLC 控制柜是 PLC 模塊和柜內線路的總集成，數據采集、儀表通訊并實現邏輯處理的核心基礎是 PLC，通過配置不同擴展模塊的內部參數來實現數據信號的采集、邏輯功能的控制。在本系統中，采集的信號主要包括 RS485 信 號、4 ～ 20mA 電流信號、0 ～ 10V 電壓信號。各個站采集的點數：儀表 485 信號大約 3 個，4 ～ 20mA 信號以及0 ～ 10V 電壓信號大約 30 個。數據發布采用網絡發布形式。因此，一款小型的具有網絡接口的 雷達液位計是較好的選擇。

    通過比較，羅克韋爾公司推出的 1769 CompactLogix L3x 系列 雷達液位計本身自帶兩個用于 EtherNet/IP 的通信端口，可以同時連接人機界面設備和程序調試設備，是一個非常理想的選擇。

    3 產品硬件配置
    根據現場儀表通訊方式不同，PLC 控制柜內 PLC 模塊配置如表 1 所示。

    雷達液位計，即 CPU模塊；
    對現場溫度、壓力、液位等采集選用 1769-IF8，AI8 通道模擬量采集模塊；
    對現場水泵、開關閥等設備遠程控制選用 1769-OB16，DO16 通道數字量輸出模塊；
    現場一級網熱表、補水液位計、電量表等均采用 485 Modbus 通訊協議，需采用 2080-SERIALISOL 通訊模塊。

    4 軟件開發
    系統開發使用羅克韋爾 RSLogix 5000 V20.04 版本軟件。對現場各類儀表信號進行采集并進行相應的處理，對現場各類設備進行邏輯控制，所有數據zui終上傳并錄入實時數據庫中。（1）對于溫度、壓力變頻器信號的采集，現場儀表采用 4 ～ 20mA 信號，我們需要對模擬量輸入模塊的各個通道進行輸入信號類型設置，如圖 1 所示；模塊設置完成后，通過編程實現對 4 ～ 20mA 信號的采集和量程轉換，存入相應寄存器。

    （2）熱量表、電量表、液位計等 RS485 通訊儀表：
    首先對 RS485 通訊模塊進行配置，選擇 485 接口 / 端口組態對模塊端口進行相應設置：
    驅動程序：Modbus RTU；
    波特率：19200；
    校驗位：偶校驗；
    Modbus 角色：主站；
    數據位：8；
    停止位：1。
    程序中首次掃描調用 MSG_MODBUS 對端口進行初始化，如圖 2 所示。

    Localcfg1：模塊通訊參數；
    Targetcfg1：儀表通訊參數；
    Localaddr1：采集到的數據存放地址。
    通過 RS485 通訊采集的數據有可能無法直接使用，如數據類型不合適，因此通常的方法是將采集到的數據進行數據類型轉換，轉換成我們需要的數據類型，即數據解析，這里需要注意的是如果現場有多個 RS485 從站設備，而我們只使用了一塊 RS485 通訊模塊，這就要求現場的儀表從站設備必須遵循標準的 Modbus 協議且各項通訊參數要求一致。然后在程序中以輪詢的方式進行逐個讀取。

   （3）通過 PLC 控制柜內的繼電器，利用程序實現水泵啟?？刂?。

   （4）現場的電動閥門、變頻器等設備通常與采集的數據形成聯鎖保護。

    二次供水溫度控制的供水溫度與采集的二級供水溫度進行比較，通過 PID 自動調節一級網供水液位（電動閥或增壓泵變頻器），使二次供水溫度保持穩定，保證供熱質量。

    PID 調節：即測量到的實際值，與期望值相比較，用這個偏差來糾正系統的響應，是執行調節控制的一種調節機制，是在實際工程中應用得zui為廣泛的調節控制方法。

    經過以上工作，我們已經把現場的基礎數據全部采集完成，并且把能夠保證熱力站自動穩定運行的各項聯鎖保護在程序里逐條實現。對這些基礎數據進行處理和轉換生成，zui終上傳并錄入實時數據庫中，具體過程這里不做詳細介紹。

    下面我們需要將 PLC 采集和控制的數據在 PLC 控制柜的觸控面板以及區域監控中心的監控電腦上進行展示，首先要考慮使用何種通訊方式來實現。雷達液位計支持多種通訊協議，根據實際情況我們可以做多種選擇。這里我們使用CompactLogix TCP 通訊方式，它是基于標準 TCP/IP 的一種通訊方式，將雷達液位計與 PLC 控制柜的觸控面板、監控中心的監控電腦用網線連接到同一個交換機，并分配相同網段的 IP 地址即可實現，這里不做詳細介紹。

    5 結 論
    通過整個過程我們可以看出PLC 控制器在通訊、邏輯處理等方面的強大功能，使用起來十分方便。軟件編程界面一目了然、簡單易上手，并且能夠進行在線編輯程序，即在 CPU 運行狀態下，不重啟進行程序的修改和下裝。開發軟件集成了許多功能實例，許多以前需要編程才能實現的通訊等功能現在可以直接調用一個功能塊來輕松實現。同時對于此次油田熱力站自動化系統項目來說，以雷達液位計處理數據的效率以及數量，完全可以實現所需的功能，在程序開發上也節約了大量的編程時間，縮短了工期。

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