油田注水全自动装置的设计

2011-06-14 18:47:13来源: 互联网
1 引言
    目前各种石油管线输送的加药系统中,多采用人工控制,工艺复杂,仅凭储药罐上的玻璃管液位计目测判断用量,不能准确配制规定浓度的破乳剂溶液,不能根据液位的变化而按比例自动、精确地调整破乳剂的注入量,造成水、电及人力的浪费,增加了能耗。针对上述问题,开发了一种基于FPl型PLC的自动加水、定量加药、定时搅拌以及自动倒罐的控制装置。实际运行证明,该装置不仅减轻了员工的劳动强度,提高了安全系数,实现了以人为本的原则,使油田工业自动化水平达到了新的起点,提高了现场管理水平,使生产和管理更趋规范化、科学化。

2 系统结构
2.1 加药装置的基本结构
   
加药装置包括储药罐、计量泵、搅拌器、液位开关、控制箱及附件等,在实际系统中可根据用户要求调整配置,以适应不同的工艺要求。图1给出加药装置的结构示意图。控制系统包括:搅拌机两台,加水电机一台,加药电机一台,加药罐两个,储药罐一个,电磁阀若干个,高液位报警器,低液位报警器及交流接触器,热继电器,中间继电器,控制按钮,信号灯,断路器,开关等一系列的低压控制器件。

2.2 系统控制功能描述
   
自动加药装置是一种能根据设定加药液的配比浓度,实现自动配药、自动搅拌、自动定量输出的自动控制系统。该装置在设定状态下无需人工值守,一键控制即可实现所需浓度药液的自动配制与输出,也可实现远程控制,真正实现了配药、搅拌和投药自动化。考虑到现场操作的需求,配备了手动控制功能,任何情况下,手动控制优先。
    (1)手动运行手动运行前,将运行方式转至“手动”位置,接通10.2,调用“手动控制”子程序。按照控制面板的对应按钮,即可接通对应的PLC输入点,执行相应的动作。
    以1号罐加水加药搅拌为例,接通加水电机,即接通I0.5,输出继电器Q0.1接通并自锁,外部交流继电器得电,加水电机开始加水。断开加水电机,即接通I0.6,Q0.1断开,加水电机停(当加水电机发生故障时,接通12.7,其常闭触点断开,QO.1断开,加水电机停止运行)。接通加药电机,即接通10.7,输出继电器Q0.2接通并自锁,外部交流继电器得电,加药电机开始运行。断开加药电机,即接通11.0,QO.2断开,电机停止运行(当加药电机发生故障时,接通13.O,其常闭触点断开,Q0.2断开,加药电机停止运行)。接通搅拌机,即接通I0.3,输出继电器QO.0接通并自锁,外部交流继电器得电,搅拌机开始运行。搅拌一定时间后,断开搅拌机,即接通I0.4,QO.O断开,搅拌机停止运行(当搅拌机发生故障时,接通12.6,其常闭点断开,Q0.0断开,搅拌机停止运行)。部分I/O端口分配如表1所示。

    (2)自动运行 若首次运行(储药罐为空时),先将转换开关转至“手动”位置,接通IO.2,手动打开进水电磁阀,待药罐中的液位达到最低液位之上时,停止手动控制,将转换开关转至“自动”位置,接通I0.1,调用“自动控制”子程序,开始自动循环。按下操作面板上的“自动运行“,接通I3.2,整个程序开始工作。

3 控制系统设计
3.1 S7—200可编程控制器简介
    S7—200系列产品是具有高性能的中央处理器,因其模块化的灵活设计而具有广泛的适用范围,同时具有极高的性价比。S7—200无论单机运行,还是与其他设备组成网络,都具有优异的表现。
    S7—200主要特征:①快速的中央运算处理能力;②丰富的编程指令集;③响应快速数字量和模拟量输入/输出通道;④强大的通讯能力,丰富的扩展模块;⑤操作便捷,易于掌握。
    根据设备的运行特点和用户的实际需要,基于S7—200型PLC控制,利用内部软继电器实现过程控制,使系统控制简便,提高了系统的稳定性和可靠性,保证了产品质量,提高了生产效率。
3.2 硬件电路的设计
   
在1号罐、2号罐内,分别设置高液位,低液位控制器,控制器的数据信号通过导线连接至配电柜内的控制电路,实现PLC的控制。图2给出系统接口电路图。

3.2.1 搅拌机系统
   
搅拌轴包括传动轴本身和随轴转动的浆叶,它是流体搅拌装置中的一个子系统,搅拌轴是执行搅拌混合操作的主要部件。由于流体激振力作用,输入转速波动和搅拌轴偏心的影响,在搅拌轴上存在三种型式的振动:轴向振动、扭转振动、弯曲振动。轴向振动是搅拌轴的伸长和缩短,轴向振动的自然频率一般很高(大于3 ooo Hz),因而在搅拌器的设计中,搅拌轴的轴向振动一般不考虑。扭转振动引起搅拌轴转速的波动,实际操作中很难观测到,它的自然频率也较高。弯曲振动是轴的横向摆动,它是最有害的一种振动形式,它的自然频率较低,破坏性极强,与流体激振频率和轴的转速较接近,易引起共振。因而研究搅拌轴的弯曲振动,准确确定搅拌轴的临界转速,对于设计搅拌轴和预测轴的破坏有重要意义。该装置设计的搅拌转速为120 r/min,桨叶安装在离轴端100 mm处,搅拌轴通过联轴器与减速机的输出轴连接在一起。螺旋浆叶一般为3叶,也可为2叶或4叶。其叶片直径与搅拌槽内径之比为0.2~0.5,通常取为0.33,螺距与叶片直径的比值为1:2。图3给出搅拌机结构示意图。

3.2.2 计量加药装置
   
计量加药装置直接与气力输送系统相连,气力输送系统正常工作必须有恒定的压力条件,如果系统压力损失过大,会给风机增加负担,甚至引起药粉的堵塞而影响工作。为了尽量降低系统的压力损失,装置设计中的计量加药装置,采用变螺距螺旋输送器作为压送式气力输送装置的供料器,该装置越靠近气力输送管道处其螺距越小,使输送的药粉越压越紧以断绝气体漏出的渠道,图4给出螺旋加料装置结构。在带衬套的铸铁壳体3内有一段变螺距螺旋轴4,其右端通过弹性联轴节与电机5相连,当螺旋在壳体内快速旋转时,物料从上方的加料斗2经过闸门l经螺旋而被压入下方的输料管6,该输料管又与压送式气力输送装置的输料管道相连,物料由此被送入了气力输送系统。由于螺旋的螺距从左至右逐渐减少,使进入螺旋的物料被越压越紧,可防止气力输送管道内的压缩空气通过螺旋漏出。当物料进入气力输送系统管道后,遇到压缩空气并将其吹散,使物料加速,形成压缩空气与物料的混合物均匀地进入气力输送系统的输料管中,在高速气流的带动下输送物料。

3.3 程序设计
   
系统程序大部分使用梯形图编制,而在模拟量计算及输出方面使用了功能块和语句表。梯形图直观易懂,且较多的采用RS触发器和时间继电器,在程序编写中,对每个被控(PLC输出)只需分析找到所有置位、复位条件,即可顺序编写。这样可使程序简明,减少编程出错机会。
    启动自动运行后,首先会自动判断DF23的开关状态(即1号罐管线打药阀DF23是开还是关?若DF23关,说明2号罐往管线打药,l号罐可以进水、加药及搅拌;若DF23开,说明l号罐往管线打药,2号罐可以进水、加药及搅拌)。若DF23关,此时1号加药罐中的液位不是最低液位,即操作面板的加药罐最低液位显示灯未亮,而且加药罐中的液位也不是最高液位,则进水电磁阀打开,加水电机启动,开始向加药罐中进水,当加药罐中的液位到达最高位时,传感器发出信号,加水电机停车,进水电磁阀关闭,加水过程完成。之后加药电机和搅拌机同时启动。定时器KF3和KF4启动,延时一定的时间后,加药电机先停车,再搅拌一定的时间后搅拌机停车,加药搅拌过程完成。1号罐的加水,加药,搅拌过程完成,等待。
    2号罐打药过程中,最低液位报警时,发出信号要求,2号罐打药阀DF24关闭,1号罐打药阀DF23打开,l号罐往管线打药,实现2号罐自动加水、定量加药、定时搅拌。完成倒罐过程。图5给出加药装置的程序流程,图6给出控制系统梯形图。

4 结语
   
油田注水全自动装置系统设计中,各环节工作信息传送至PLC控制系统,使加药系统全自动运行,药液浓度恒定,投加准确,实现了加药罐的全部自动化,大大提高了工作效率,减轻了工人的劳动强度,减少了药剂对人体的危害。同时该装置还具有结构紧凑、配置丰富、安装简单、可靠性高等优势,是目前自动化程度较高的药剂投加系统。通过论述旨在找到一种实用价值更高,应用前景更广阔的产品,从而达到环境效益与经济效益的统一。

关键字:设计

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0614/article_6770.html
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