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台达自动化产品在智能抽油机上整合应用
日期:2010-5-21 10:00:51 点击:
来源:中国自动化网
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摘要:本文主要介绍了台达自动化产品在智能抽油机上的完美整合应用,充分体现了台达自动化产品能够满足不同行业客户的需要,体现配套整合应用较高的性能价格比,说明台达自动化产品也是此类项目型客户理想选择。  
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  关键字:PLC 人机界面 编码器  
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  前言:智能型抽油机具有普通抽油机基本功能,能够实现全天候不间断采油,智能抽油机控制系统可与下列油井控制系统良好对接,包括使用常规控制方法的油井控制柜、采用变频调速器的油井控制柜、采用中频电源加热系统的油井加热控制柜等,并提供完善的智能化控制和先进的集中监控特点,方便用户掌握更加全面的现场信息。  
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控制系统方案配置:详见下表
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上述表格列出的配件是智能型抽油机控制系统主要电器元件,此外还包括低压电器(低压断路器、继电器、主令按钮、指示灯等)、检测传感器(PT100热电阻、拉力传感器,压力传感器,功率变送器等)等电器元件,此处不予赘述。
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控制系统原理框图:
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控制系统原理框图简要介绍:
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  用户可以通过上位机人机界面输入抽油机相关运行参数数据,同时通过人机界面显示抽油机运行不同阶段相关状态信息,显示相关报警信息和相关图表。主控器台达PLC模拟量模块A/D转换输入通道实时采集拉力变送器、功率变送器、压力变送器、温度变送器等模拟量4~20mA信号,经过A/D转换为相应的数据量值,经过PLC程序采用相应数学算法运算处理,输出给模拟量D/A转换输出通道相应模拟量4~20mA,控制并改变抽油机变频器给定频率和中频加热器加热功率给定,达到控制抽油机磕头机电机运行速度和加热原油的温度。系统通过编码器采集脉冲信号判定磕头机驴头运行位置,按照工艺要求和现场实际情况分阶段使抽油机驴头电机以不同的转速运行,以提高采油效率。系统还连接公网GPRS通讯模块,通过RS485方式和台达PLC连接,以便智能型抽油机控制系统方便介入GPRS无限网络,传送设备现场运行情况等信息。  
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人机界面和主控器PLC控制程序简要介绍:  
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1、人机界面用户程序介绍:
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系统控制主界面如下图所示:
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  可以显示抽油机采油相关的基本信息,包括累计产量,累计消耗电量以及累计冲程次数。还有中频电源加热功率和原油温度、液位高度占比。该画面下面一排按钮可以跳转到相应的子画面,完成相应设定和现实功能。每一个子画面的最下面都设有一排画面跳转按钮,以方便用户根据实际需要随意跳转到相应的画面,完成相关的控制操作。
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泵功图1画面如下所示:
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泵功图2画面和泵功图1画面有所雷同,不予赘述。
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历史趋势图如下所示,可以显示4个变量运行历史曲线情况:
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参数设定画面如下图所示,用户可以通过此画面设置相关抽油机运行工艺参数,并根据现场实际调试摸索出某些参数的经验值,填入相应的数据存储区,作为固化参数。
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  报警画面如下图所示,显示当前报警和历史报警信息,方便用户查找设备故障点,尽快排除故障,保证设备正常运行。
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  最后一个子画面就是中频电源加热系统,显示中频电源相关参数和报警指示,如下图所示:
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2PLC硬件接口和软件控制程序介绍:
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PLC硬件DI/DO&AI/AO定义:
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★ DI大致分布如下:
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X0 旋转编码器A 脉冲输入 用于测量行程位置。
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X1 旋转编码器B 脉冲输入 用于测量行程位置。
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X2 旋转编码器Z 脉冲输入 用于测量行程位置及提供特征标志位。
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X3 ZH1 转换开关选择状态输入点,选择自动时为1。
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X4 A1 运行按扭输入点选用常开点。
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X5 A2 停止按扭输入点选用常闭点。
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X6 KM1变频器供电电源接触器反馈点,常开点。
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X7 KM2变频器输出接触器反馈点,常开点。
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X10 KM3变频器柜工频接触器反馈点,常开点。
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X11 KM3变频器故障反馈点,常开点/常闭点(视现场情况)。
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X12 FR变频器柜工频运行时热继电器反馈点,常开点。
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X13 HW现场红外报警开关反馈点,常开点。
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X14 GJ 智能控制箱干簧管继电器反馈点,实际使用时可能使用1个或2个以上,当使用2个以上时应将干簧管继电器先串接后再接入X14点,常开点。
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X15 A3钥匙开关输入点 常开点。
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X16 KWH 脉冲电能表电能计量脉冲输入电量点,160脉冲/度。
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X17 ZPY 中频柜中频电源运行信号输入点,常开点。
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★ DO大致分布如下:
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Y0 对应隔离继电器 J1 变频柜中变频器供电接触器KM1驱动信号。
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Y1 对应隔离继电器 J2 变频柜中变频器输出接触器KM2驱动信号。
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Y2 对应隔离继电器 J3 变频柜中工频运行接触器KM3驱动信号。
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Y3 对应隔离继电器 J4变频柜中变频器运行驱动信号。
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Y4 对应隔离继电器 J5 智能柜中报警器驱动信号。
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Y5 对应隔离继电器 J6 中频电源柜中频电源驱动(开/停)信号。
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Y6 对应隔离继电器 J7 智能柜中标志自动运行状态信号灯驱动信号。
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Y7 对应隔离继电器 J8 智能柜中标志手动运行状态信号灯驱动信号。
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★ AI大致分布如下:
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CH1 拉力传感器输入信号 4~20mA 对应0~10吨抽油机光杆拉力。
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CH2 功率变送器器输入信号 4~20mA 对应0~30KW。
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CH3 压力变送器器输入信号 4~20mA 对应量程现场确定。
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CH4 功率变送器器输入信号 4~20mA 对应0~150℃。
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★ AO大致分布如下:
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CH5 变频器速度设定信号4~20mA 对应0~50HZ
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CH6 中频电源加热电压或功率控制设定信号4~20mA 对应 0~1300V 或0~100KW。
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PLC软件控制程序简要介绍:
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  PLC用户控制程序主要实现抽油机按照设定的参数完成相应的工艺动作。通过旋转编码器测量计数脉冲,得出磕头机驴头当前运行位置,作为变频器运行频率的参考指标。对现场拉力和压力变送器信号实时采集,A/D转换后参与数学运算,得出当前井下原油液位变化情况,控制系统判定采用何种抽油方式(变频调速或者工频或者变频两段速等等),已达到科学合理采油,节省不必要的电能消耗。程序其他部分控制开关量逻辑动作关系、泵功图运算、上下限计算、自动/手动操作模式以及各种报警控制等,此处不予赘述。
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  下面是PLC控制程序节选,仅供参考。
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  脉冲电能表3相4线 75/5 互感器接入形式,供电AC220V,输出160脉冲/度,精度>1%。
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总结:  
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  为客户提供具有良好性价比完美整合方案是中达电通的营销策略,提供稳定可靠的系统集成解决方案是服务客户的保证,智能型抽油机控制系统整合应用台达HMI、PLC等自动化产品,为客户提供了一套稳定可靠的系统和技术方案,该设备研制成功后,现场调试效果较好,客户反映良好,再次证明中达电通是客户值得信赖的合作伙伴。 
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参考文献:
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1、台达DVP-PLC应用技术手册程序篇;
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2、台达DOP系列人机界面应用技术手册;
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