引言

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

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

隨著操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件版本的逐漸更新,潛油平臺上位機經(jīng)歷了早期的win2000系統(tǒng)的研華工控機、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、對操作系統(tǒng)的嚴格要求以及整個安裝文件的超級大容量等方面都十分麻煩,不利于相同工程項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施,中央控制柜的負荷量逐漸減小,上位機所需要的功能逐漸簡單、明了。考慮到產(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,原有價格昂貴的工業(yè)一體機將逐漸被取代。

1上位機應(yīng)用功能

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

具體功能細節(jié)如下:

（1）功能1和功能2:上位機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,其與上位機通信方式可采用Profibus-DP或以太網(wǎng)協(xié)議,實際應(yīng)用中采用的是DP通信方式。主控制器、上位機和所有變頻器從站以及網(wǎng)絡(luò)擴展通信模塊,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。DP從站將變頻器當前運行數(shù)據(jù)通過通信傳遞至主控制器內(nèi),上位機讀取主控制器數(shù)據(jù)進行顯示:同時上位機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轉(zhuǎn),即實現(xiàn)遠程操控機組功能。

（2）功能3、功能4、功能5:上位機監(jiān)控系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)庫功能,將采集上來的從站變頻器數(shù)據(jù)進行存儲記錄,再通過監(jiān)控軟件本身特殊插件讀取數(shù)據(jù)庫進行曲線繪制,進而顯示每臺機組運行的歷史記錄:針對特殊要求變量,如故障報警實現(xiàn)觸發(fā)記錄功能,形成機組故障歷史記錄,同時保存為內(nèi)部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行長期保存:數(shù)據(jù)庫內(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,并能夠按照時間歸檔后導出,導出格式Exce1或Text文檔不限。

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

2新型上位機

在具備上述上位機基本功能的前提下,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

2.1.1替換思路

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

圖2分體式工控機

分體結(jié)構(gòu)工控機,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)對比如表2所示。

分體式工控機不具備特殊工業(yè)通信卡件,需單獨購買。不過隨著控制方式的簡易變更,上位機如果采用工業(yè)以太網(wǎng)方式和主控制器進行通信,普通工控機也可以直接實現(xiàn)。

然而,普通工控機的顯示器為坐立式或壁掛式,無法進行面板式安裝,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,需配合鍵盤和鼠標進行操作,同時也需要外加透明面板（如亞克力面板）進行防水防塵保護。

2.1.2項目應(yīng)用

在秦皇島某平臺一鍵降頻項目中,平臺中控新增一鍵降頻上位機基于原有上位機進行通信和程序升級,低成本、高效率地實現(xiàn)了中控遠程一鍵降頻、調(diào)頻功能,可以在生產(chǎn)流程壓力較大時,在短時間內(nèi)對任意選定的多臺變頻器直接進行遠程降頻。

該項目要求在中控室增加一臺上位機實現(xiàn)EsP系統(tǒng)遠程操控,從控制原理和實現(xiàn)方式出發(fā),又考慮到中控室應(yīng)用環(huán)境,自行設(shè)計采用了分體結(jié)構(gòu)的普通工控機實現(xiàn)功能,既滿足了現(xiàn)場實際控制需求,又大大降低了產(chǎn)品成本,提升了項目利潤。

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,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,與普通工控機外觀大小基本一樣,可以實現(xiàn)262K真彩、1920×1080分辨率,與常規(guī)工控機不相上下。

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)對比如表3所示。

從核心數(shù)據(jù)看,TPC1571確實不如IPC677D,兩者完全屬于兩類產(chǎn)品,存在著本質(zhì)的區(qū)別,但從性價比綜合考慮,在滿足常規(guī)基礎(chǔ)功能的前提下,一臺IPC成本在2.5萬元左右,而一臺HMI成本還不到1萬元,價格上完全優(yōu)于IPC。而且出于整體項目考慮,大型HMI可以按照原有結(jié)構(gòu)面板式安裝到柜門上,無論是從新建平臺項目還是老舊改造項目考慮,均具備一定的可替換性。

2.2.2項目應(yīng)用

在秦皇島某平臺擴建項目中,平臺新增一個潛油電泵控制間,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)計采用大型HMI觸摸屏替代原有工控機,重新開發(fā)了上位監(jiān)控系統(tǒng),滿足原有上位機所有常規(guī)功能需求,已經(jīng)持續(xù)穩(wěn)定運行近一年。

3總結(jié)與展望

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

隨著潛油電泵控制系統(tǒng)逐漸標準化和智能化,中央控制柜的功能也正趨近于整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。為了便于操作人員的日常操作和整個系統(tǒng)的優(yōu)化,人機界面功能逐漸簡單和清晰,其結(jié)構(gòu)性能也就沒必要完全覆蓋所有工控需求,上位機也可以簡單化實現(xiàn)。而且當前科技產(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、低成本的信息時代,原有上位機一成不變的現(xiàn)狀將被改變。