联十七站混输泵变频控制改造方案

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1、问题的提出

青海油田油砂山采油作业区联十七站分队计量改造后新增一台高效三相分离器,一台变频控制柜,两台螺杆混输泵,一台PLC控制柜以及一个操作站。其中PLC控制柜内配有模拟量输入输出模块,总共可以采集32个模拟量信号以及输出8个模拟量控制信号。操作站采用组态王监控软件,操作员通过操作站可以实现对分离器现场数据的实时监控,并且可以访问和调用工艺流程圈、过程参数、数据记录、参数报警以及各种可用数据。全区来油通过加热炉经汇管进入三相分离器,为了使三相分离器充分地分离出油、气、水,达到油、水分队计量的目的,我们运用PID控制调节出口阀的开度从而控制油、水箱的液位以及天然气压力在工艺要求最合适的范围内,最后由螺杆泵将油、水、气混合输出。为了防止螺杆泵空转损坏泵体,因此,螺杆泵厂家利用变频柜采集分离器出口压力通过PID调节输出频率控制螺杆泵的转速,当压力低于设定输出最低频率时停机。但是,由于空液位时分离器内还有部分天然气压力,变送器仍然能检测到,所以变频柜输出始终达不到最低频率输出停机,螺杆泵始终在空转以至于损坏。因此,对螺杆泵的控制改造势在必行。

2、改造方案

(1)采用变频器作执行机构输出频率调节混输泵电机转速来控制水箱液位。

(2)将水出口电动阀手动全开,确保混输泵入口始终有液。

(3)利用已有的PLc设备PID控制程序块实现变频器液位控制。

(4)为了防止螺杆泵空转,停机控制在变频柜里实现。

(5)在上位机用组态王6.53组态实现液位显示、上下限报警以及变频器输入信号的显示。

3、硬件连接

在混输泵变频控制系统中,将采用两线制接法,铺设一根两芯电缆,电缆的一端接PLC的PID控制输出(4-20mA),另一端接变频柜信号输入,这样就实现了4-20mA模拟量信号采集的硬件连接。由变频器根据PID控制输出信号强弱实现混输泵变频输出与启停动作。下图就是混输泵变频控制结构图:

4、系统组态

(1)下位机组态及编程:硬件连接好后,运用STEP7v5.4软件对PLC硬件进行组态保证软硬件连接正常。硬件组态好后,对控制系统编程,本程序分为三部分:主程序、各个子程序和中断程序。系统初始化的一些工作及液位显示放在主程序中完成,逻辑运算放在子程序中,利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。下位机组态完成后将编译好的程序通过以太网接口下装到PLC中,PLC就自动进入运行状态,下图就是程序流程图。

(2)上位机监控组态:本系统使用的软件是组态王6.54。在组态王选好PLc设备,设置PLC地址为192.168.0.1:2以后就可以实现下位机和上位机的以太网通信,最后实现从PLc寄存器中读数据,在组态王流程图画面上显示现场实时数据、PID参数设定、液位高低报警。

5、效果分析

在改造之前,控制系统采用检测进口压力腔制螺杆泵电机的转速,由于出口压力复杂,它既包括油和水混合后自重的压力也有气体压力甚至还有外界因素的影响,所以不能准确地反映分离器内液量的多少,以至于在进行现场调试运行时无法达到预期的效果。然而,混输泵变频控制系统改造后,混输泵空转这个问题就解决了,而且通过PLC对水箱液位的控制效果也很好。

由于联十七站来液量小,而且分离出来的油要进大罐,因此对最大排量150M3/h混输泵的投用极为不利,如果控制不好长期干抽对混输泵损害极大,前期试用已造成一次轴泵烧死。通过混输泵变频控制的改造不仅使混输泵投运正常,延长了混输泵的使用寿命,而且提高了它的工作效率。在确保外输泵正常工作的同时,通过变频控制和自动启停混输泵,也起到了节能降耗的作用。