基于RS485通讯计量数据监测系统的开发探析

2021-06-30张涵

中国设备工程 2021年12期

张涵

（大庆油田信息技术公司，黑龙江大庆 163000）

随着自动化技术的发展，油田生产中使用的计量仪表种类、数量越来越多，这对计量数据远程采集准确的要求也就越来越高，目前油田油、气、水、电各类计量仪表一般采用的是4～20mA输出信号（部分原油质量流量计采用的为RS485信号），由于此类信号存在传输误差，而累计流量数值是由PLC系统累加运算得到，所以累加值误差也会逐渐增大，导致系统显示累计流量数据不准确。以某采油厂葡A联合站污水岗去葡B注水站水流量计数据采集为例，现场采集累计流量为1944000m3，测控系统远程监测数据为1782000m3，误差较大，需由岗位员工现场录取数据，为解决该问题，应用RS485通讯与S7-300PLC功能开发技术，构建计量数据精确监测系统，实现油、气、水、电各类计量数据的远程精准监测。

1 计量数据精确监测系统总体设计

1.1 计量数据精确监测系统硬件设计

计量数据精确监测系统硬件主要由电流信号-RS485信号转换模块、下位机PLC与上位机工控机三部分组成。

电流信号-RS485信号转换模块用于现场仪表的信号转换，将仪表输出的4～20mA的模拟量信号转换为RS485通讯。

下位机硬件主要是分为CPU、以太网卡模块、电源模块、I/O功能模块、CP341模块等5部分，用于采集运算、分析处理转换后的RS485信号。

上位机硬件主要分为工控机与液晶显示器2部分，用于远程显示监测计量仪表的各类数据。

1.2 计量数据精确监测系统软件设计

计量数据精确监测系统软件主要使用下位机STEP7编程软件与上位机WinCC编程软件进行功能程序开发、数据变量点链接通讯。用于实现计量仪表各项数据的远程集中、实时精确的采集监控。

（1）下位机软件程序开发。

①硬件环境组态。应用西门子S7-300功能开发STEP7V5.5软件，根据现场原有测控系统的实际模块数量与安装位置进行硬件组态，并在硬件组件中加入了用于采集传输RS485类信号的CP343-1模块。在模块的属性参数设置（protocol设置）中选在ASCII通讯协议，并按照现场计量仪表本身的通讯波特率、数据位、停止位及奇偶校验方式等数据进行参数设置，并在通讯方式界面内选择RS485通讯，搭建现场计量仪表与测控系统RS48通讯回路，并按照RS485硬件驱动方式完成现场硬件接线，完成CP343通讯方式的硬件环境组态。

②软件程序开发。在测控系统原程序内的OB1主程序中，增加调用计量仪表发出的RS4858信号采集程序语句FB1051功能块（如图1、图2），并根据模块指令说明与硬件组态中给CP343分配的I/O地址完成程序块语句编写，实现现场计量仪表RS485信号的实时采集。

图1 OB1内调用FB1051功能块

图2 FB1051功能块编程指令说明

（2）采集计量仪表数据（如图3）。为了实现程序编写的简捷化，应用了基于VB开发的ASC_MOD_STEP7_config软件，这个软件可以更加简捷地完成RS485类信号的地址录入、数据存储分布和多点数据命令同步生成，只需根据计量仪表自身的固定数据地址设置、添加含水率、温度、累计流量、瞬时流量等实时采集数据的起始地址，点击生成命令自动生成SCL文件。

图3 应用ASC_MOD_STEP7_config软件设置计量仪表通讯数据

将软件生成的RS485通讯STL文件安装加载至STEP7源文件中，即可实现该型号计量仪表RS485数据的实时采集与数据转换运算等功能，直接采集传输计量仪表自身计量的累计数值（油、气、水、电等底数），避免了测控系统累加瞬时值带来的误差（如图4）。

图4 计量仪表通讯数据STL源文件加载

以一台口径DN100mm的电磁流量计为例，瞬时流量量程范围为0～300m3/h,若采用4～20mA电流信号传输瞬时数据，1mA的信号误差造成的瞬时流量误差为18.75m3/h，日累计液量的误差则达到了450m3，而采用了RS485通讯方式后，不再应用瞬时流量累加的方式得出累计液量，而是直接采集计量仪表内的累计液量数据，实现了计量仪表各项数据的远程精确监测。