觸摸屏和PLC在鉆井船輸灰監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
海洋石油921 ,922 ,923 ,924是中國海洋石油新近建造中的4艘自升式鉆井船，是用于海上石油和天然氣勘探、開采工程作業(yè)的鉆井裝置，適合10. 00 } 60. 96 m水深以內(nèi)的鉆井作業(yè)，主要海域?yàn)椴?a title="海灣環(huán)球官網(wǎng)" href="http://www.bjbcsh.cn/brand/more.php?itemid=470" target="_blank">海灣，兼顧其它海域。用于固井的重晶石、粉塵/膨潤土、水泥由專門的灰罐儲存。輸灰空氣和分配管路連接到儲存物料的各個(gè)固井儲灰罐中。每個(gè)灰罐設(shè)置注人口、透氣、壓縮空氣和排出管路，以及稱重儀、雷達(dá)物位儀和壓力變送器。由于空氣輸灰流動的隨機(jī)性，導(dǎo)致在裝灰和下灰的過程中，都無法進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)灰量計(jì)量，鉆井時(shí)現(xiàn)場工人有時(shí)采用人工敲擊罐體或依靠主觀觀察計(jì)算的方法來粗略估計(jì)下灰量，顯然很不準(zhǔn)確。罐
體底部安裝電子稱重儀進(jìn)行計(jì)量，在海上露天風(fēng)載、海浪導(dǎo)致鉆井船搖擺等情況下就可能產(chǎn)生物料重量計(jì)量偏差，并且罐體在工作時(shí)會產(chǎn)生輕微艇動，致使輸出信號不穩(wěn)定，發(fā)生跳變，造成計(jì)量不準(zhǔn)，這在很大程度上影響了固井質(zhì)量川。為了準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)計(jì)量灰量，提高固井質(zhì)量，筆者設(shè)計(jì)開發(fā)了基于PLG和觸摸屏的翰灰監(jiān)測系統(tǒng)。
1灰.工作原理
灰雄結(jié)構(gòu)如圖1所示。錐形立式儲灰罐因其堆體容積大，占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用性、安全性、運(yùn)移性和經(jīng)濟(jì)性都較好，廣泛應(yīng)用于石油礦場和建筑行業(yè)。裝灰時(shí)，水泥灰粉依靠高壓氣體通過進(jìn)料管輸送到罐中。開始時(shí)被吹入灰罐的水泥灰粉是松軟的，呈懸浮狀態(tài)，其容重比1.00: 1.25左右，隨著時(shí)間的延長，其重度會增大[’〕，直至裝滿罐體。下灰時(shí)壓縮空氣進(jìn)人到罐體內(nèi)，經(jīng)分配器進(jìn)人各個(gè)噴嘴。形成均勻穩(wěn)定的高速氣流，水泥顆粒在多個(gè)周同噴嘴的聯(lián)合作用下懸浮起來，實(shí)現(xiàn)水泥的氣化，打開閥門，實(shí)現(xiàn)出灰
2輸灰監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
鉆井船輸灰系統(tǒng)包括重晶石儲存灰罐、粉塵/膨潤土儲存灰罐、水泥儲存灰罐及緩沖罐等6臺儲灰罐和1臺緩沖罐，灰罐監(jiān)測系統(tǒng)主要是為了監(jiān)測這7臺罐里面的灰料。灰罐監(jiān)測系統(tǒng)共有4個(gè)監(jiān)控站，分別為有A,B,C,D 4個(gè)控制盤，其中A盤為主控制站，它包括一套主控制PLC和一套觸摸屏，其余3個(gè)盤均只有一套觸摸屏。控制盤之間采用PROF'IBUS DP通信，4個(gè)控制盤分別安裝在兩個(gè)散料罐區(qū)，固井泵房和隊(duì)長辦公室。
2.1 PLC系統(tǒng)
PLC系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7-300，其中:CPU模塊(315-2DP) 1塊;模擬t輸人模塊(8
點(diǎn))3塊;數(shù)字量輸人模塊(16點(diǎn))1塊;數(shù)字量愉出模塊(16點(diǎn))I塊。
2.2觸摸屏
觸摸屏為西門子SIMATIC MP 277 TOUCH ,它屬于多功能平臺類HMI設(shè)備。具有辦公領(lǐng)域通信的擴(kuò)展功能，備有PROFIBUS DP接口和以太網(wǎng)接口，TFT屏幕，64 k顏色，并且支持Sm @ rtService,Sm@ rt Acess以及OPC服務(wù)器[’]。
2.3網(wǎng)絡(luò)通信
各控制盤之間通信采用PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)，具有高速低成本的特點(diǎn)，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O通信。它與PROFIBUS-PA ( ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification)共同組成了PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)。PRO-FIBUS DP一般用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸人信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理[’]。
每個(gè)灰罐上設(shè)置導(dǎo)波雷達(dá)物位儀、電子稱重儀和壓力變送器等;緩沖罐上設(shè)置壓力變送器和物位開關(guān)。壓力變送器是為了保證罐內(nèi)一定的壓力，從而保證進(jìn)灰和出灰的速度，物位開關(guān)是為了保證緩沖罐內(nèi)存在一定數(shù)量的物料。導(dǎo)波雷達(dá)物位儀和電子稱重儀用來測量灰罐里面灰料的體積和重量，兩者都可以測量計(jì)算得到罐內(nèi)灰料重量，統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和觸摸屏界面程序設(shè)計(jì)。PLC系統(tǒng)控灰罐物料監(jiān)測系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)分為PLC系制程序主要實(shí)現(xiàn)的功能有儀表量程的標(biāo)定、灰料體積的計(jì)算、故障報(bào)警及故障報(bào)警復(fù)位等。
3物料監(jiān)測PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
3.1標(biāo)定程序功能模塊
標(biāo)定程序功能模塊的功能是將儀表的量程跟變送過來的電流或電壓信號進(jìn)行線性標(biāo)定。圖2為壓力變送器0一600kPa量程跟4一20mA電流信號進(jìn)行線性標(biāo)定的模塊。這種雙重測量機(jī)制保證了測量的精度。
3. 2體積計(jì)算程序功能模塊
圖3為體積計(jì)算程序功能模塊，主要是為雷達(dá)物位儀量身設(shè)計(jì)的。此模塊分3步運(yùn)行:根據(jù)物位儀測得的物料高度判斷其灰料頂層所處的位置，并據(jù)此進(jìn)行所處灰罐形狀區(qū)塊灰料體積計(jì)算;將所處灰罐形狀區(qū)塊灰料體積加上下部固定體積得到灰料的總體積;接收現(xiàn)場輸入的灰料密度，進(jìn)而計(jì)算出灰料重量。
4物料監(jiān)測觸摸屏界面程序設(shè)計(jì)
4.1初始畫面
如圖5所示，初始畫面顯示軟件版本號、當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)時(shí)間、設(shè)備名稱和制造商等相關(guān)信息。該系統(tǒng)主要包括tso} A, isoiB ,}doi c,}som, }soi E,16D1 F和mop等7個(gè)灰罐，其中前s個(gè)為儲灰罐，最后一個(gè)為緩沖罐。由于觸摸屏屏幕尺寸有限因此將其分成3個(gè)畫面來顯示，操作人員觸摸畫面下方3個(gè)按鈕即可進(jìn)行瀏覽。
4. 2監(jiān)控畫面
如圖6所示，監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)顯示所有罐子上需監(jiān)測的主要變量。比如1 b01 C罐主要顯示灰料的重量、灰罐內(nèi)的壓力、灰料的高度和灰料的密度;rso}罐主要顯示灰料的重量、音叉開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)和緩沖罐內(nèi)的壓力。通過監(jiān)測畫面可以實(shí)時(shí)地顯示系統(tǒng)運(yùn)行情況，如果緩沖雄物位過高，i 6U3緩沖罐右上角的音叉開關(guān)就會閃爍同時(shí)系習(xí)Ly民1叮。
4. 3密度輸入畫面
觸摸屏上顯示的密度是可以手動輸人的，雙擊密度值，就會彈出如圖7的對話框和軟鍵盤，需要愉人用戶名和密碼。正確輸入后，再雙擊密度值就會彈出數(shù)字軟鍵盤即可輸入當(dāng)前灰料的密度。
5緒束語
4殺目升式鉆井船的翰灰監(jiān)側(cè)系統(tǒng)有兩條已經(jīng)過調(diào)試驗(yàn)收，運(yùn)行及業(yè)主反映良好。觸摸屏的使用實(shí)現(xiàn)了在需要的地方都可以很方便地看到灰料灰雄工藝參數(shù)。PLC使輸灰系統(tǒng)具有柔性，能適應(yīng)改造的需要，當(dāng)工藝程序變更時(shí)，只需修改程井水泥灰流動的隨機(jī)性和灰雄結(jié)構(gòu)的特殊性，建利用PLC可根據(jù)固立灰料體積模型，通近實(shí)際灰料的堆放形態(tài)，細(xì)化體積計(jì)算公式，提高了測量精度。序，就可滿足新的工藝要求。
