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基于PLC及变频器的一拖二注水泵控制系统

发布日期:2021/8/27 1:23:17 浏览:288

0引言

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在油田开发过程中地层能量不断衰减,所以常用注水方式以保持地层能量,使油田生产可以继续顺利进行。

一方面,注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数。考虑到后期开发注水井的增多,注水工艺设计和机电设备配置都比实际宽裕,加之地质情况的变化,开关井数的增减,洗井及供水不足的影响,经常引起注水压力的波动,致使注水量不均匀,不稳定。注水压力低时,注水量满足不了油田开发的需要,必然会造成油层压力下降;注水压力过高时,浪费动力,也造成超注,导致水淹,水窜。注水压力难度大,给油田生产和管理带来诸多不便,因而要求油田注水压力恒定。

另一方面,由于储油地层的压力及油、气、水的分布不断在发生变化,其数值很难准确预测和,考虑到油田开发中的需要,在工艺和机电设备的配置上都按照油田最大可能的需求来设计,这一点在注水系统的设计当中显得尤为突出。油田注水设备多采用大功率系统运行,常是“大马拉小车”,效率低下。注水压力靠泵出口的闸门手动,即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量,泵和电机匹配难以在泵的最佳工况点运行,管网效率低,电能损失高达50以上。

正是从恒压注水,节能和与上位机通讯等多方面考虑,所以在油田注水系统中引入了加PLC的控制方案。

1控制系统的组成

我们所实施的一拖二注水泵控制方案如图1所示。

本系统主要组成部分为PLC、人机界面、、软启动器、PID控制及一系列开关控制元件。

人机界面用MODBUS协议通过232接口与通讯,由于变频器通讯接口是485接口,所以需加一个转换器来转换信号。人机界面上可以设定变频器的主要常用参数,也可以通过人机界面读出变频器的运行参数等,当变频器有故障时,将故障内容用中文显示在人机界面上,且在断电状况下记忆10000条以上,以方便用户查询。而且,人机界面再通过485接口将这些数据传送给PLC内部。PLC对出口压力,入口压力,润滑油温度以及各种电量采样运算处理后,将从人机界面接收到的数据一并传送给上位机监控。PLC通过I/O接口控制各开关元件及变频器与软启动器的开/停机、频率给定通道的转换等。当自动运行,无人值守时,PID自动调节变频器运行频率,PLC根据压力大小调整每个泵的启停。

2系统控制要求

电机功率是250kW,用户对一拖二恒压注水泵系统的基本要求如下。

1)对泵的操作要有手动和自动控制功能;具有手动调频和PID闭环自动调节模式,手动只在应急或检修时使用。

2)变频故障状态下,设工频软启动。

3)在注水泵出口设有高压报警,具有超高压报警停机功能(值可设定)。

4)在注水泵入口设有低压报警,具有超低压报警停机功能(值可设定)。

5)润滑油温度过高时报警停机(值可设定)。

6)设人机界面,集中实现相关工艺参数显示和设定。具有RS-485数据通讯接口,采用MODBUSRTU通信规约,实现数据存储及上传功能。

3设备选型

3.1JD-BP32-XF型供水变频器

JD-BP32-XF型是专用供水变频器,使用空间电压矢量控制技术,适用于各类自动控制场合。

JD-BP32-XF型变频器除具有变频器的一般特性外,还具有以下特性:水压高、水压低输出接口,变频器运行上限、下限频率可以任意设定,可以方便地进行压力控制,内置智能PI控制,非常适用于供水控制要求。在恒压注水泵中可以采用这类变频器。在本例中选用JD-BP32-250F(250kW)供水变频器拖动用户注水泵。

3.2PLC选型

1)控制系统的I/O点及地址分配根据控制要求,统计控制系统的输入、输出信号的名称,代码及地址编号如表1所列。

2)PLC系统选型系统共有开关量输入点13个,开关量输出点15个,选用西门子主机CPU226(24入16出)1台,加上模拟量扩展模块EM235(4入1出)1台,即可满足用户供水控制要求。

水泵变频器接线图

3.3压力传感器

在供水系统中,压力传感器采用STP系列压力变送器,注水泵入口和出口各有一个压力变送器。在本实例中,根据用户要求,配备的压力变送器为两只,入口为2.5MPa,出口为32MPa,输出信号均为4~20mA,压力输出信号送入PLC进行模拟量处理。

4电气控制系统原理图

电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及PLC外围接线图三部分。

4.1主电路图

电控系统主电路如图2所示。两台注水泵电机分别为M1、M2;两台冷却风机电机分别为M3、M4。Q1为主电源空气开关;变频器和软启动器电源采用独立空开单独控制,分别为Q2,Q3。接触器K1、K2分别控制M1、M2的工频运行;接触器K3、K4分别控制M1、M2的变频运行或软启动;K5为选择变频器或软启动器的单刀双掷隔离开关;接触器K6、K7分别控制变频电机的冷却风机M3、M4;K8、K9分别为两台注水泵电机过载保护用的热继电器。

4.2控制回路和PLC接线图

电控系统控制回路如图3所示,PLC及扩展模块外围接线图如图4所示。由于本系统使用的开关元件电流比较大,其控制线圈吸合和维持电流大,故PLC输出点不能直接带动开关元件,所以PLC每一输出点上均有一个中间继电器来放大电流。J1~J15依次对应Q0.0~Q1.6。在PLC及扩展模块外围接线图(图4)中,S1为1#泵允许启动开关,此开关的位置在禁止时,无论是手动还是自动,1#泵都无法启动。S2为2#泵允许启动开关,功能同上。当手动状态并且1#允许的情况下,按下S3即可启动1#泵,S4为停止1#泵。S5,S6控制2裕泵,功能同上。

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