SIMATIC S7-1200控制器在油田分队计量系统中的应用

摘  要：本文介绍了西门子SIMATIC S7-1200控制器在油田分队计量系统中的应用，详细阐述了SIMATIC S7-1200控制器的通讯功能应用与特点。并且详细阐述了利用SIMATIC S7-1200控制器，在油田计量系统中，配置不同数据采集模块来实现不同数据信号的采集应用方式。通过现场实际操作，发现计量数据采集终端这样的项目选用该控制器完全可以实现所需的功能，同时能够节省很多成本，在程序设计上也能节约大量编程时间，缩短工期。最后本文提出了对该系统的一些思考与建议。

关键词：SIMATIC S7-1200控制器;仪表通讯;数据采集

中图分类号：TP273      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）20-0038-03

Abstract：This paper introduces the application of SIMATIC S7-1200 controller in oil field unit metering system，and expounds in detail the application and characteristics of communication function of SIMATIC S7-1200 controller. In addition，the application of SIMATIC S7-1200 controller to different data acquisition modules in oilfield metering system is described in detail. Through the actual operation on the spot，it is found that the project such as the measurement data acquisition terminal can fully realize the required functions and save a lot of cost，and also save a lot of programming time and shorten the construction period. Finally，I put forward some thoughts and suggestions on the system.

Keywords：SIMATIC S7-1200 controller;instrument communication;data acquisition

1  项目简介

近年来，随着油田生产含水上升速度加快，吨油成本逐年提高，由于存在部分采油队之间集油流程交叉、单井计量困难、油区治安复杂等原因，加上取样化验人员的人为因素造成井口产量与集输站库原油输差大，单井计量数据无法全面真实反映采油队的原油产量，影响管理层及时进行正确决策。同时由于无法界定采油队产量，压力无法下传，影响考核管理，不利于调动基层的生产积极性，同时无法实现油田精细化管理。因此，迫切需要通过集输系统区域优化，实现对采油队产量的准确计量。

整个油田分队计量系统分为三个部分：数据采集系统、数据通讯存储服务系统、综合信息管理系统。SIMATIC S7-1200控制器主要应用于数据采集系统即数据采集终端。

数据采集终端完成对现场仪表数据的读取和控制，并将模拟量信号转换成数字信号。它的输入是从现场仪表引入的RS485信号、模拟量信号、数字量信号和脉冲信号。

2  工艺流程介绍

原油经由各个采油井从地下采出，通过输油管道至各个转接站。转接站接收各个井口来液，将隶属一个采油队的来液集中汇入三相或两相分离器中，经油气水分离后外输。为准确计量各个采油队产量，在转接站内安装流量计、温度传感器、压力传感器、在线含水分析仪等设备对基础数据进行采集。

3  方案确定

数据采集终端采用PLC为核心基础，通过配置不同数据采集模块来实现不同数据信号的采集。在本系统中，采集的信号主要包括RS485信号、脉冲量信号、4～20mA电流信号。各个站采集的点数：仪表485信号不超过10个，脉冲信号不超过3个、4～20mA信号不超过20个。数据发布采用网络发布形式。因此，一款小型的具有网络接口的PLC控制器是较好的选择。通过比较，西门子公司推出的S7 1200系列PLC控制器是一个非常理想的选择。

4  产品硬件配置

根据现场仪表通讯方式不同，数据采集终端配置如表1所示：

考虑现场安装了使用脉冲信号的容积式流量计，选用带有6通道高速计数器的控制器CPU 1214C可以直接采集现场脉冲信号，省去高速计数模块费用;

对现场温度压力采集选用SM 1231 AI 4通道模拟量采集模块;

现场质量流量计、含水仪等均采用485 Modbus通讯协议，需采用CM 1241 RS485通讯模块。

5  软件开发

系统开发使用西门子STEP 7 Basic V10.5版本軟件。实现现场各类仪表信号采集，并进行相应的处理，最终将数据录入数据库中。

（1）对于温度、压力的采集，现场仪表采用4～20mA信号，但模拟量采集模块对电流信号的要求是0～20mA，如图1所示。

需编程实现4～20mA的整定，具体编程这里不作详细介绍。

（2）容积式流量计采用脉冲信号，对其信号采集的具体操作如图2所示。

设备配置中对要使用的高速计数通道进行相关配置。

这里需要注意的是硬件输入栏中的时钟输入标示了实际的硬件输入地址。注意这里的第一个通道对应I0.0，第二个通道对应I0.2，依此类推，实际接线中不要接错。

（3）质量流量计、含水仪等485通讯仪表的配置如下：

设备配置中选中485通讯模块，选择485接口/端口组态对模块端口进行相应设置：波特率9600;偶校验;8个数据位;1个停止位。

程序中首次扫描调用MB_COMM_LOAD对端口进行初始化，如图3所示。

调用库MB_MASTER，主站设置如图4所示。

这里要注意如果现场有多个485设备，而我们只使用了一块485通讯模块，这就要求现场的仪表设备必须遵循标准的Modbus协议且通讯参数要求一致。然后在程序中以轮询的方式来逐个读取。当然也可以通过编程的方式来实现与单个仪表的通讯，那时可以不考虑上面的问题。

经过上面的工作，我们已经把现场的基础数据全部采集完成。通过对这些基础数据的处理生成最终需要录入数据库的数据，具体过程这里不做详细介绍。

下面需要将SIMATIC S7-1200控制器与中心服务器建立连接，为数据的入库做好准备。首先要考虑使用何种通讯方式来实现。SIMATIC S7-1200控制器支持多种通讯协议，根据实际情况可以做多种选择。这里我们使用开放式用户通信中的TSEND_C方式。

在程序中调用TSEND_C，如图5所示。

选中该块按F1可查看相应帮助。同时也可以右键单击块选择属性对其进行设置。这样就可以将SIMATIC S7-1200控制器所采集处理的数据发送至中心服务器。中心服务器端可以通过自己编写的数据接收转录软件将数据接收解析后转录到数据库中。

6  应用体会

通过整个过程我们可以看出SIMATIC S7-1200控制器在通讯方面的强大功能，使用起来十分方便。许多以前需要编程实现的通讯现在可以直接调用一个功能块轻松实现。同时在性价比方面，目前SIMATIC S7-1200控制器在业界是佼佼者，对于此次分队计量数据采集终端这样的项目来说，选用该控制器完全可以实现所需的功能，同时可以节省很多的成本，在程序设计上也可以节约大量编程时间，缩短工期。

7  结  论

由于SIMATIC S7-1200控制器推出时间不长，因此也存在一些问题，比如模块可选型号不全、控制器系统版本不稳定、不支持一些常用的通讯协议。软件功能虽然强大，但对平台要求较高、占用系统资源长时间无法释放、没有撤销功能等等。相信SIMATIC S7-1200控制器在以后的不断改进中会受到广大用户的肯定。

参考文献：

[1] 冯博，徐淑华.SIMATIC S7-1200可编程控制器技术特点 [J].科技信息，2010，2（23）：120-121.

[2] 王小曼.SIMATIC S7-1200的功能特點与应用 [J].智慧工厂，2010（8）：33-36.

作者简介：高立亮（1981-），男，汉族，山东人，助理工程师，本科，研究方向：油气及石化行业自动化控制系统。