西门子6ES7512-1CK01-0AB0安装调试
寒带冬季油田的原油储运需要加温工艺，保持良好的输送流动性。青海油田冬季原油直接加热和采暖工艺系统共需要12台加热炉。每台加热炉配备专用的控制箱，由温控仪及一些电器控制元件组成控制控制系统。长期运行下来发现控制过程故障点比较多，也无法实现数据远传，维护工作量很大。为此增加一套plc实现所有加热炉的所有参数的采集和控制。
2 工艺分析
2.1 加热炉控制及工艺结构
为保证加热炉安全供应热水，每台加热炉需定期加水至液位计显示的2/3处，水温必须控制在给定范围，再用循环泵进行热水循环，不断的去对原油加热和供用热水。
(1) 燃烧器的佳调整。为了使天然气充分燃烧必须供给足够量的空气，但空气如果过量，也会在过量空气随烟气排除时带走一定的热量，影响加热炉的燃烧效率。必须保证一定的剩余空气系数μ或保证合适的空燃比r。它们的定义分别为：
实际空气量/理论空气量μ = fa/ao ff
r=(fa/famax)/(ff/ffmax)
其中：
fa：空气**的测量值；
famaxf：空气**的大值；
ff：燃料**的测量值；
fmax：燃料**的大值；
ao：单位体积或质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量。
式r=β×μ表示空燃比r与剩余空气系数μ的关系。其中，β称为量程修正系数，它的计算式为：β=ao ff max/fa max。当剩余空气系数μ=1.02-1.10时，燃烧器热效率高，称为佳燃烧区；μ值过小，空气量不足，天然气不完全燃烧，烟囱冒黑烟，不仅热损失增加，污染环境；μ值过大，空气量过剩，剩余的热空气随烟气排入大气，不仅增加了排烟热损失，还会产生大量的nox、sox气体污染环境。也就是说，天然气燃烧过程中剩余空气系数μ与燃烧热效率直接有关。
加热炉的天然气燃烧过程中，不仅要保证稳态情况下的剩余空气系数一定，更重要的是在加热炉负荷发生变化的动态情况下，保证μ仍维持在合理的范围内。这就是说在负荷发生变化时，一定要通过燃烧器风门的调节确保剩余空气系数在一定范围。
(2) 天然气压力的控制。应用fis -her自立式调节阀来控制天然气**，阀前压力为：00.12～0.3mpa，阀后压力控制在0.15mpa,使燃气**达到稳定状态。
图1 加热炉控制及工艺结构
3 硬件系统设计
3.1 计算机配置
计算机系统主机选用dell p4工控机，通过网线与以太网交换机连接，交换机与下位机主控模块的rj45口连接。还可以通过交换机与无线网桥连接，实现数据无线远距离的传输和工艺参数的本地显示。
3.2 plc系统配置
(1) plc系统配置。应用北京安控公司32位控制器，系统精度高，稳定性也比较好。eopen是super e40系列控制器的开发软件，由符合工控编程语言iec61131-3的openpcs编程软件和eset配置软件组成。该编程软件支持iec 61131-3规定的五种开发语言il(指令清单语言)、ld(梯形图语言)、st(结构化文本语言)、sfc(顺序功能图语言)和fbd/cfc(功能块图语言)。应用软件开发工程师可以根据工程的特点，选择其中一种或几种语言灵活应用。eset配置软件是针对安控公司的硬件产品开发的驱动配置软件。通过eset方可与安控硬件进行连接，并进行参数和数据采集配置。eopen具有在线监控调试、离线仿真、参数设置、读写i/o、监视数据等功能。
为保证系统实时而又安全地采集12台天然气**计数据，采用了一条支持modbus的rs485总线。其它的压力、温度、液位等模拟信号，以及开关量等信号分别接入相应的采集模块，如图2所示。
图2 plc系统配置
3.3 plc系统设计
(1) s32-m2 cpu模块集成了一路以太网口net0和两路串口com1和com2。用eopen通讯参数配软件进行参数配置。以太网net0口的mac地址为00.01.02.03.04.05，ip地址为192.168.5.41。com1和com2串口参数配置为，站号：1，协议：modb -usrtu，波特率：9600，主从模式：slave，双工模式：full，校验：none，数据位：8位，停止位：1位，接口模式：232，超时：1000ms。在参数配置完毕后，要将通讯参数写入到控制器s32-m2中。
(2) s32-l2通讯扩展模块模块包括1路485接口com0，2路232通讯口com1、com2。配置s32-l2通讯模块通讯参数需要注意的是，由于rs485为主从模式，需将其置为master，现场智能仪表则设置为slave。在分别完成了com0、com1、com2串口参数的配置后，参数写入到s32-l2模块中。
(3) 当设置好s32-m2及s32-l2的通讯参数后，设置从设备的源寄存器地址及主设备的目标寄存器地址，在软件设置中设置数据块类型：us0，表示采集com0的数据；模块地址：2，信号类型：读保持寄存器；扫描时间：100ms；主寄存器：40001，从寄存器：43003，寄存器数量：2。
(4) 将5块fc101(8路ai)模块的地址映射到主控模块s32-m2中，数据块类型：fc数据块；模块地址：3～7，根据各自模块的安装位置来设置，模块地址的计算方法是：模块地址＝底板地址×16＋模块槽号；信号类型：读输入寄存器；扫描时间：100ms；主寄存器地址：30001开始，此地址表示将fc101中的地址映射到s32-m2中目标地址。此地址根据不同的模块地址放置在主寄存器的不同地址位置，从寄存器地址：30001开始，fc101模块的8路ai对应的放置在30001到30008这8个连续的寄存器中(如：fc112(16路di)的寄存器地址是10001到10016，fc133(16路do)对应的寄存器地址是00001到00016)。寄存器数量：8，指的是将fc101中的8路ai寄存器采集到s32-m2主控模块中，如果配置fc112(16路di)时，设置为16。设置其它模块到主控模块的方法类似。
(5) 将3块fc133(16路do)模块的地址映射到主控模块s32-m2中，数据块类型：fc数据块；模块地址：8～10。
(6) 将1块fc112(16路do)模块的地址映射到主控模块s32-m2中，数据块类型：fc数据块；模块地址：11。
3.4 国产自动化仪表配置
系统现场除天然气**计外，全部选用dc4-20ma仪表。根据加热炉特点选用了国产系列仪表，包括tds智能旋涡旋进**计，测量加热炉燃烧的气量、燃气压力和燃气温度；uhz磁性浮子液位计，测量加热炉水液位；wideplus压力变送器，测量加热炉压力；一体化温度变送器(pt100)，测量被加热介质的出口温度；火焰探测器，探测火焰大小。
4 软件系统设计
4.1 数据采集及控制软件
按工艺要求，当被加热的介质温度高于上限设定值时，燃烧器处于停止工作状态，温度开始下降；当被加热的介质温度低于上限减偏差所得值时，启动燃烧器，在小火状态下运行；当被加热的介质温度低于下限设定值时，小火状态转为大火运行状态，使加热炉快速加热。一台加热炉燃烧器的自动控制程序流程如图3所示。
图3 加热炉燃烧器的自动控制程序流程图
控制程序采用结构文本话语言编写，主要取其结构化的特点，程序简洁清晰，可读性强。具体程序如下：
var
ti1 :uint;(*1号加热炉温度30007*)
ti1_up :uint;(*1号加热炉停炉温度40500*)
ti1_dn :uint;(*1号加热炉启动大火温度40501*)
read_value_real :reg_r_ -rea
write_value_real :reg_w_ -r eal;
read_value_uint :reg_r_ -uint;
write_value_uint :reg_w_ -uint;
auto_1 :uint;(*1号加热炉启动/停止按钮40504*)
end_var
(*1号炉控制，读取温度值、上下限*)
read_value_uint(adr:=30007);
ti1:=read_value_uint.out;
read_value_uint(adr:=40500);
ti1_up:=read_value_uint.out;
read_value_uint(adr:=40501);
ti1_dn:=read_value_uint.out;
read_value_uint(adr:=40504);
auto_1:=read_value_uint.out;
(*自动运行程序*)
if auto_1=1 then
if ti1>ti1_up then
write_value_uint(adr:=1,val:=0);
end_if;
if ti1