潛油電泵控制系統(tǒng)新型上位機(jī)可應(yīng)用性探究

引言

現(xiàn)階段,國(guó)內(nèi)潛油平臺(tái)潛油電泵控制系統(tǒng)(ESP）大多以一臺(tái)變頻器拖帶一臺(tái)井下機(jī)組的方式為主,所有變頻器安裝在同一個(gè)潛油電泵控制間,由一臺(tái)中央控制柜集中監(jiān)控,而中央控制柜內(nèi)的上位機(jī)就成為整個(gè)系統(tǒng)集中、統(tǒng)一的人機(jī)操控界面。

潛油平臺(tái)上位機(jī)從使用至今,鑒于海上潮濕、鹽霧的工業(yè)環(huán)境,一般均采用工業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī),可以是主機(jī)和顯示器的組合,也可以是主機(jī)、顯示器集成的一體機(jī)。為了便于安裝和維護(hù),ESP系統(tǒng)一直采用一體機(jī)的形式,安裝windows操作系統(tǒng)和專業(yè)監(jiān)控軟件后,長(zhǎng)期處于運(yùn)行不停機(jī)的狀態(tài)。

隨著操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件版本的逐漸更新,潛油平臺(tái)上位機(jī)經(jīng)歷了早期的win2000系統(tǒng)的研華工控機(jī)、win7系統(tǒng)的西門子IPC677B和IPC677C,以及現(xiàn)在普遍使用的win10系統(tǒng)的IPC677D的迭代過程。為了與中央控制柜內(nèi)ESP系統(tǒng)主控制器進(jìn)行通信,監(jiān)控軟件也一直跟隨系統(tǒng)版本在不斷更新、變化,因主控制器采用的是西門子S7-300/400系列PLC,監(jiān)控軟件也從早期的winCCV6.0升級(jí)到現(xiàn)在的winCCV7.3。

但winCC軟件在版本的兼容性、更新?lián)Q代的頻次、對(duì)操作系統(tǒng)的嚴(yán)格要求以及整個(gè)安裝文件的超級(jí)大容量等方面都十分麻煩,不利于相同工程項(xiàng)目文件的挪用和移植,尤其是隨著ESP系統(tǒng)分布式控制方式的實(shí)施,中央控制柜的負(fù)荷量逐漸減小,上位機(jī)所需要的功能逐漸簡(jiǎn)單、明了?？紤]到產(chǎn)業(yè)降本增效的需求,隨著各種新型工控產(chǎn)品逐漸發(fā)展成熟,原有價(jià)格昂貴的工業(yè)一體機(jī)將逐漸被取代。

1上位機(jī)應(yīng)用功能

上位機(jī)作為中央控制柜內(nèi)核心器件,負(fù)責(zé)整個(gè)ESP系統(tǒng)所有潛油電泵井下機(jī)組的集中監(jiān)控部分,具體應(yīng)用功能如表1所示。

具體功能細(xì)節(jié)如下:

（1）功能1和功能2:上位機(jī)具備和主控制器通信功能,現(xiàn)有主控制器一般為西門子S7-300/400控制器,其與上位機(jī)通信方式可采用Profibus-DP或以太網(wǎng)協(xié)議,實(shí)際應(yīng)用中采用的是DP通信方式。主控制器、上位機(jī)和所有變頻器從站以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展通信模塊,均通過西門子紫色DP通信電纜,采用總線方式首尾相連起來(lái)。DP從站將變頻器當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)通過通信傳遞至主控制器內(nèi),上位機(jī)讀取主控制器數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示:同時(shí)上位機(jī)畫面操控主控制器內(nèi)地址,通過主控制器內(nèi)相關(guān)控制程序直接控制本地變頻器運(yùn)轉(zhuǎn),即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控機(jī)組功能。

（2）功能3、功能4、功能5:上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)庫(kù)功能,將采集上來(lái)的從站變頻器數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)記錄,再通過監(jiān)控軟件本身特殊插件讀取數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行曲線繪制,進(jìn)而顯示每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的歷史記錄:針對(duì)特殊要求變量,如故障報(bào)警實(shí)現(xiàn)觸發(fā)記錄功能,形成機(jī)組故障歷史記錄,同時(shí)保存為內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期保存:數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)按照工藝需求一般保留一年,數(shù)據(jù)按照循環(huán)錄入形式記錄,并能夠按照時(shí)間歸檔后導(dǎo)出,導(dǎo)出格式Exce1或Text文檔不限。

上位機(jī)除以上功能外,一般具備觸屏操控模式,便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員直接操作。

2新型上位機(jī)

在具備上述上位機(jī)基本功能的前提下,為了追求低成本,可以考慮采用如下兩種方式替換。

2.l普通工控機(jī)

2.1.1替換思路

采用主機(jī)箱和顯示器分體結(jié)構(gòu)模式替換一體機(jī)形式,如圖2所示。

圖2分體式工控機(jī)

分體結(jié)構(gòu)工控機(jī),除在結(jié)構(gòu)安裝上和觸屏操作方式不同外,其既具有基礎(chǔ)功能,又不失性能。當(dāng)然,兩者具有一定的差異。

以戴爾optiP1ex7060為例,其與西門子IPC677D的性能數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

分體式工控機(jī)不具備特殊工業(yè)通信卡件,需單獨(dú)購(gòu)買。不過隨著控制方式的簡(jiǎn)易變更,上位機(jī)如果采用工業(yè)以太網(wǎng)方式和主控制器進(jìn)行通信,普通工控機(jī)也可以直接實(shí)現(xiàn)。

然而,普通工控機(jī)的顯示器為坐立式或壁掛式,無(wú)法進(jìn)行面板式安裝,不能按照常規(guī)方式安裝在中央控制柜柜門上,且顯示器為非觸屏式,需配合鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行操作,同時(shí)也需要外加透明面板（如亞克力面板）進(jìn)行防水防塵保護(hù)。

2.1.2項(xiàng)目應(yīng)用

在秦皇島某平臺(tái)一鍵降頻項(xiàng)目中,平臺(tái)中控新增一鍵降頻上位機(jī)基于原有上位機(jī)進(jìn)行通信和程序升級(jí),低成本、高效率地實(shí)現(xiàn)了中控遠(yuǎn)程一鍵降頻、調(diào)頻功能,可以在生產(chǎn)流程壓力較大時(shí),在短時(shí)間內(nèi)對(duì)任意選定的多臺(tái)變頻器直接進(jìn)行遠(yuǎn)程降頻。

該項(xiàng)目要求在中控室增加一臺(tái)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)EsP系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控,從控制原理和實(shí)現(xiàn)方式出發(fā),又考慮到中控室應(yīng)用環(huán)境,自行設(shè)計(jì)采用了分體結(jié)構(gòu)的普通工控機(jī)實(shí)現(xiàn)功能,既滿足了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制需求,又大大降低了產(chǎn)品成本,提升了項(xiàng)目利潤(rùn)。

2.2大型觸摸屏

2.2.1替換思路

采用新型大尺寸觸摸屏替換一體機(jī),如圖3所示。

圖3大尺寸觸摸屏

隨著工業(yè)迅速發(fā)展,觸摸屏產(chǎn)品發(fā)生了很大變化,尺寸可以大至15寸,與普通工控機(jī)外觀大小基本一樣,可以實(shí)現(xiàn)262K真彩、1920×1080分辨率,與常規(guī)工控機(jī)不相上下。

以昆侖通態(tài)的TPC1571大型HMI為例,其與西門子IPC677D的性能數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

從核心數(shù)據(jù)看,TPC1571確實(shí)不如IPC677D,兩者完全屬于兩類產(chǎn)品,存在著本質(zhì)的區(qū)別,但從性價(jià)比綜合考慮,在滿足常規(guī)基礎(chǔ)功能的前提下,一臺(tái)IPC成本在2.5萬(wàn)元左右,而一臺(tái)HMI成本還不到1萬(wàn)元,價(jià)格上完全優(yōu)于IPC。而且出于整體項(xiàng)目考慮,大型HMI可以按照原有結(jié)構(gòu)面板式安裝到柜門上,無(wú)論是從新建平臺(tái)項(xiàng)目還是老舊改造項(xiàng)目考慮,均具備一定的可替換性。

2.2.2項(xiàng)目應(yīng)用

在秦皇島某平臺(tái)擴(kuò)建項(xiàng)目中,平臺(tái)新增一個(gè)潛油電泵控制間,設(shè)備數(shù)量較少,不參與原有潛油電泵控制系統(tǒng),新增中央控制柜功能需求不多,操作頻次不高:在不改變主控制器的前提下,自行設(shè)計(jì)采用大型HMI觸摸屏替代原有工控機(jī),重新開發(fā)了上位監(jiān)控系統(tǒng),滿足原有上位機(jī)所有常規(guī)功能需求,已經(jīng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近一年。

3總結(jié)與展望

以上兩種新型上位機(jī)替換項(xiàng)目應(yīng)用,從滿足基本功能需求出發(fā),考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益情況,相關(guān)信息如表4所示。

隨著潛油電泵控制系統(tǒng)逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和智能化,中央控制柜的功能也正趨近于整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)。為了便于操作人員的日常操作和整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化,人機(jī)界面功能逐漸簡(jiǎn)單和清晰,其結(jié)構(gòu)性能也就沒必要完全覆蓋所有工控需求,上位機(jī)也可以簡(jiǎn)單化實(shí)現(xiàn)。而且當(dāng)前科技產(chǎn)品逐漸發(fā)展成熟,各類跨界產(chǎn)品界線逐漸模糊,在追求高性能、低成本的信息時(shí)代,原有上位機(jī)一成不變的現(xiàn)狀將被改變。