觸摸屏和PLC在鉆井船輸灰監測系統中的應用

    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、開采工程作業的鉆井裝置，適合10. 00 } 60. 96 m水深以內的鉆井作業，主要海域為渤海灣，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固井儲灰罐中。每個灰罐設置注人口、透氣、壓縮空氣和排出管路，以及稱重儀、雷達物位儀和壓力變送器。由于空氣輸灰流動的隨機性，導致在裝灰和下灰的過程中，都無法進行準確的實時灰量計量，鉆井時現場工人有時采用人工敲擊罐體或依靠主觀觀察計算的方法來粗略估計下灰量，顯然很不準確。罐

體底部安裝電子稱重儀進行計量，在海上露天風載、海浪導致鉆井船搖擺等情況下就可能產生物料重量計量偏差，并且罐體在工作時會產生輕微艇動，致使輸出信號不穩定，發生跳變，造成計量不準，這在很大程度上影響了固井質量川。為了準確的實時計量灰量，提高固井質量，筆者設計開發了基于PLG和觸摸屏的翰灰監測系統。

    1灰.工作原理

    灰雄結構如圖1所示。錐形立式儲灰罐因其堆體容積大，占地面積小，結構簡單，使用性、安全性、運移性和經濟性都較好，廣泛應用于石油礦場和建筑行業。裝灰時，水泥灰粉依靠高壓氣體通過進料管輸送到罐中。開始時被吹入灰罐的水泥灰粉是松軟的，呈懸浮狀態，其容重比1.00: 1.25左右，隨著時間的延長，其重度會增大[’〕，直至裝滿罐體。下灰時壓縮空氣進人到罐體內，經分配器進人各個噴嘴。形成均勻穩定的高速氣流，水泥顆粒在多個周同噴嘴的聯合作用下懸浮起來，實現水泥的氣化，打開閥門，實現出灰

    2輸灰監測系統硬件設計

    鉆井船輸灰系統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，灰罐監測系統主要是為了監測這7臺罐里面的灰料。灰罐監測系統共有4個監控站，分別為有A,B,C,D 4個控制盤，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個盤均只有一套觸摸屏。控制盤之間采用PROF'IBUS DP通信，4個控制盤分別安裝在兩個散料罐區，固井泵房和隊長辦公室。

    2.1   PLC系統

    PLC系統采用西門子SIMATIC S7-300，其中:CPU模塊(315-2DP) 1塊;模擬t輸人模塊(8

點)3塊;數字量輸人模塊(16點)1塊;數字量愉出模塊(16點)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設備。具有辦公領域通信的擴展功能，備有PROFIBUS DP接口和以太網接口，TFT屏幕，64 k顏色，并且支持Sm @ rtService,Sm@ rt Acess以及OPC服務器[’]。

    2.3網絡通信

    各控制盤之間通信采用PROFIBUS DP網絡，具有高速低成本的特點，用于設備級控制系統與分散式I/O通信。它與PROFIBUS-PA ( ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification)共同組成了PROFIBUS標準。PRO-FIBUS DP一般用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸人信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站(PLC)程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理[’]。

    每個灰罐上設置導波雷達物位儀、電子稱重儀和壓力變送器等;緩沖罐上設置壓力變送器和物位開關。壓力變送器是為了保證罐內一定的壓力，從而保證進灰和出灰的速度，物位開關是為了保證緩沖罐內存在一定數量的物料。導波雷達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，兩者都可以測量計算得到罐內灰料重量，統程序設計和觸摸屏界面程序設計。PLC系統控灰罐物料監測系統程序的設計分為PLC系制程序主要實現的功能有儀表量程的標定、灰料體積的計算、故障報警及故障報警復位等。

   3物料監測PLC系統程序設計

   3.1標定程序功能模塊

   標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行線性標定。圖2為壓力變送器0一600kPa量程跟4一20mA電流信號進行線性標定的模塊。這種雙重測量機制保證了測量的精度。

    3. 2體積計算程序功能模塊

    圖3為體積計算程序功能模塊，主要是為雷達物位儀量身設計的。此模塊分3步運行:根據物位儀測得的物料高度判斷其灰料頂層所處的位置，并據此進行所處灰罐形狀區塊灰料體積計算;將所處灰罐形狀區塊灰料體積加上下部固定體積得到灰料的總體積;接收現場輸入的灰料密度，進而計算出灰料重量。

    4物料監測觸摸屏界面程序設計

    4.1初始畫面

    如圖5所示，初始畫面顯示軟件版本號、當地當時時間、設備名稱和制造商等相關信息。該系統主要包括tso} A, isoiB ,}doi c,}som, }soi E,16D1 F和mop等7個灰罐，其中前s個為儲灰罐，最后一個為緩沖罐。由于觸摸屏屏幕尺寸有限因此將其分成3個畫面來顯示，操作人員觸摸畫面下方3個按鈕即可進行瀏覽。

    4. 2監控畫面

    如圖6所示，監控畫面實時顯示所有罐子上需監測的主要變量。比如1 b01 C罐主要顯示灰料的重量、灰罐內的壓力、灰料的高度和灰料的密度;rso}罐主要顯示灰料的重量、音叉開關的開關狀態和緩沖罐內的壓力。通過監測畫面可以實時地顯示系統運行情況，如果緩沖雄物位過高，i 6U3緩沖罐右上角的音叉開關就會閃爍同時系習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字軟鍵盤即可輸入當前灰料的密度。

    5緒束語

    4殺目升式鉆井船的翰灰監側系統有兩條已經過調試驗收，運行及業主反映良好。觸摸屏的使用實現了在需要的地方都可以很方便地看到灰料灰雄工藝參數。PLC使輸灰系統具有柔性，能適應改造的需要，當工藝程序變更時，只需修改程井水泥灰流動的隨機性和灰雄結構的特殊性，建利用PLC可根據固立灰料體積模型，通近實際灰料的堆放形態，細化體積計算公式，提高了測量精度。序，就可滿足新的工藝要求。