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青海油田一拖三高压注水泵的变频控制

--青海油田一拖三高压注水泵的变频控制

供稿:新风光电子科技股份有限公司 2011/8/1 15:21:00

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  • 关键词: 变频器 PLC
  • 摘要:本文介绍了变频器在青海油田采油二厂乌南采油作业区集中注水站一拖三变频恒压自动控制系统中的应用,说明了变频器配合PLC及人机界面在自动控制、远程监控、无人值守等方面的特点及优势,从而在自动化应用方面拓展了新的领域。

概述: 青海油田采油二厂计转站采油作业区,地理环境比较特殊,主要处于盐碱及沙漠地带,油层比较深,需要向油井中注入较多的水,使油液面提升到一定高度,从而利于井下的油开采。另外,对于开采后的油井,为了保持地质的稳定,也需要及时向油井中注入水,以保持地面的稳定,防止塌陷。因此,油田公司领导在进行充分调研的基础上,决定将原来分散的小注水井进行整合,实现集中注水,以实现增加注水量,节能降耗的目的。
新建注水站由于距离生活区较远,根据设计要求,实现自动控制,远程监控,无人值守,再者,注水量也随着季节变化,冬天多,夏季少,因此还必须保证水量能及时调节,采用三台泵,一拖三控制,注水量小时,用一台泵,注水量大时用两台泵,另一台泵作为备用。并且要保证管道压力恒定,实现自动控制,防止压力太高损坏管道。其工艺流程为:
 

即从水厂或水源处来的水,经过长途输送,压力已比较小,只有不到1MPa,经过高压注水泵后,进行升压,达到30MPa左右,再经过管道,输送到各个油井中。

一、方案的制定
根据以上情况,我们做出了以下方案:
1、采用变频一拖三工作方式,用一台280KW/380V的变频器拖动三台250KW/380V的电机,带动三台高压泵运行。
2、采用手、自动两种控制方式,用专用的PID控制器,实现自动调节,采集出口管道压力,经PID比例积分运算后,控制变频器的运行频率,实现管道的恒压控制。
3、由于注水系统比较关键,特别在冬季,若管道停水时间较长,就会冻管道,造成整个系统瘫痪。因此,若变频故障,应备有工频旁路,以在变频故障下及时开启工频,使注水不至于停止。
4、由于系统的管道承受压力最大为35MPa, 压力太高就会冲坏管道,再则进口压力过低,说明水来量太小或阀门没有打开,所以为保证系统的正常运行,要设定进、出口压力报警及停机值。即出口压力高报警,超高停机;进口低压报警,超低压停机。以保护管道不受损坏。
5、泵在运行过程中,润滑油温会随着泵的长期运行而升高,为防止油温过高,要设置润滑油温监测,超过设定值时,大约在80℃左右,自动停机,以保护泵。
6、在每次启泵运转时,要倒流程,即将泵的进、出口阀门打开调整好,没调整好之前绝不允许启泵,因此还要设置每台泵的允许、禁止启动开关,防止流程没有倒好之前启泵。
7、由于以上控制参数较多,进出口压力、泵润滑油温、手、自动、一拖二控制、启动/禁止开关等,因此为控制方便,采用PLC和人机界面,集中控制,实现工艺参数的显示和设定。并利用PLC的数据通讯接口,采用MODBUS通讯规约,实现数据的存储和上传,从而实现远程监控,达到无人值守的效果。
二、控制系统框图

其中,QF为总控制开关,QF1、QF2分别为变频和工频软启动器的控制开关,DK为变频和工频软启动器的转换开关,即双掷开关,K1、K2、K3为工频旁路开关,K4、K5、K6为1#泵和2#、3#泵的转换开关。
设计的人机界面的几个主要画面如下图示:

 

特点:
1、哪台泵运行,画面上相应的哪台泵的电机和皮带轮就旋转,并且工频和变频相应的指示灯亮,十分形象、生动。
2、润滑油温和电机电流也同时显示。
3、当出现故障时,相应的系统报警或变频故障灯亮,可根据显示直接进行判断,并且在下面的报警内容查询上可直接显示具体的故障内容,便于用户查询。

 

主要元器件的选型:
1、PLC选用德国西门子公司的S7-200 CPU226型可编程控制器。该编程器具有I/O开关量点数多,模拟量扩展容易,逻辑控制能力强等优点。很适合小型多变量的控制。
2、人机界面采用台达公司的DOP—A57CSTD型号产品,该产品具有画面刷新速度快、简体中文编程环境、简单易用的操作环境、组态软件功能丰富、可以方便地创建任意轨迹的多状态动画元件和移动图形元件,采用高品质、高亮度的液晶面板,使界面生动形象。完善的上载功能,上载后的文件可重新编辑,可以兼容几乎所有的主流 PLC,专用控制器和运动控制器。具有离线模拟和在线模拟两种实验方式,两种模拟保证您在没有触摸屏的情况下也可以成功编写并调试画面,免去了重复下载的苦恼,大大节约了时间,提高工作效率等独特优点。
 3、变频器采用本公司生产的JD-BP32-280F型供水专用变频器。
该变频器具有高性能、低噪音、简单易用等特点,在提高稳定性的前提下,增加了简易PLC、实用的PI调节,灵活的输入、输出端子、参数在线修改、自识别信号传输故障、停电、停机参数存储、定长控制、摆频控制,RS485控制、现场总线控制等一系列实用先进的运行、控制功能,特别是采用了JD-BP系列变频-工频软切换装置。该装置运用了提前切换的控制思想,在大量试验和现场测试的基础上成功解决了电动机变频与工频的切换问题。运用该装置的大惯性的切换系统,在转换瞬间几乎看不到电流的波动,电动机及其拖动系统无振动现象。在降速过程较快的供水系统中切换瞬间的最大冲击电流的峰值也被控制到了1.5倍的额定电流以下,取得了令人满意的效果。为设备制造和终端客户提供了集成度高的一体化解决方案,对降低系统采购成本和运营成本,提高系统可靠性具有极大的帮助    
4、软启动器采用欧瑞传动电气有限公司生产的HFR1000 Series型软启动器。该产品应用现代控制原理,采用模块化设计、DSP控制,在采用高品质材料和元器件的基础上应用先进的贴片生产工艺制造而成,是集数字技术、计算机技术、现代自控技术于一体的高科技产品,具有高性能、高品质、小体积等特点,可广泛应用于各行业的鼠笼式三相异步电动机的启动和保护。
三、控制过程:
本系统有三种控制方式,分别是变频手动、变频自动、软启动启动。正常情况下一般用变频运行,工频软启动只作为变频的备用,在变频故障或检修时暂时应用。
(一)、变频运行
1、准备
(1)送电前,先将柜门上的各个开关复位,即将“分闸”按钮向右旋一下,使该按钮在弹出位置。将“1#停止/启动”、“2#停止/启动”、“3#停止/启动”旋钮都打到“停止”位置。将“1#禁止/允许”、“2#禁止/允许”、“3#禁止/允许”旋钮打到“禁止”位置,将变频器的“停机/开机”旋钮打到“停机”位置。
(2)按一下“合闸”按钮,柜子送电,可听到柜内有空气开关吸合的声音,变频器内的交流接触器吸合,柜门上的触摸屏通电显示,出现主画面,画面上的“主板通讯”闪烁显示,同时变频器的面板闪烁显示设定频率“50.05”,表示送电正常。
(3)若触摸屏显示正常,而变频器没有送电,可在触摸屏显示画面上看一下“选择设置”的“变频送电/断电”旋钮是否在“变频送电”位置,若不在,而在“变频断电”位置,可用手指点一下,即出现对话框“Are you suoe?  Yes  No”,点一下“Yes”,开关即指向“变频送电”,同时变频器的交流接触器吸合,变频即送电,面板经延时后闪烁显示设置频率“50.05”(或“0.00”),即表示送电正常。
(4)若是第一次使用控制柜,送电后触摸屏主画面显示“系统故障”,1到2秒钟后出现“报警内容”画面,显示报警信息,说明系统参数没有设置,可点一下右下角的“返回主画面”,回到主画面进行参数设置。若是已经调试好的控制柜,则直接出现主画面,等待开机运行。
2、参数设置
(1)在触摸屏主画面显示正常后(若不在主画面,可点一下画面右下角的“返回主画面”按钮,即可回到主画面。),在画面上点一下“设置参数”按钮,即进入“设置参数”画面,可进<

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