S7-300PLC在压风机监控系统中的应用.pdf

工业技术 S c ie nc e en d T e c hn o lo g y ．nn o v a塑t io n H e ra ld 团圆亚圃 I ■ i t Ei一 臣 ■ i | l S 7 3 0 0 PL C在压风机监控系统中的应用 孙 鹏 山东劳动职业技术学院电气及 自动化系 摘要 使 用s 7 3 O O P LC对压风机 系统实行数字化监控 ， 从控 制 系统结构 ， 主要 功能特点 ， 软件配置三个 方面阐述。 关键 词 P 1 C 压风机 中图分类号 F 4 1 6 ． 6 7 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 9 8 x z o o 8 0 3 b 一0 1 0 7 0 2 在压风机房承担着矿井的压缩空气生产 任务， 为煤炭生产过程中提供风动力。某煤矿 现有的四台螺杆式压风机 ， 这四台压缩机现在 各自独立操作运行， 并具有监测本压风机各个 运行环节的主要参数作用。在控制供风压力 方面各台压风机均以本机的监测为主 ， 这种控 制方法在独立供气管道运行时可以使用， 但是 在多台机器同时并网工作时出现一些不合理 的运行状况 在多台压风机设定工作压力一致 时 ， 常出现一台或多台连续运行不卸荷， 而另 一 台长期不 运行或不加载 的状况 ， 同时还会 出 现多台同时投入加载运行或同时卸载的状况 ， 单 纯靠 人 工开 停机 也不 能很 好控制 压风 机的 运 行 时 间均等 ， 很难 保 证压 缩 空气 的供 气 质 量 ， 也不利于对压风机的维护管理 ， 同时加大 了操作维护人 员的工作量。对压风机的使用 寿命也有很大的影响， 为此有必要将多台并网 运行的压风机集中控制联网， 充分发挥各压风 机的性能， 使系统在保证供气质量的前提下 ， 实现最大限度的节能与运行时间的均等 ， 延长 压风 机的使 用寿命 ， 有利 于压风 机的维 护。 同时现在压风机的操作显示均为英文显 示 ， 显示的 运行状 态 、故障报 警信 息不直 观 ， 不便于现场操作人员的管理操作 ， 维护人员也 不便 于检修 ， 因此也有必要 将现有压风 机运行 的各种参数、报警故障等提示信息在计算机 上集中显示出来， 并且采用中文的界面。 同时随着煤矿近年来现代化管理水平的 迅速提高， 信息化建设的步伐也在不断加快。 同时 为保 障煤 炭的安 全生 产 、提高 全矿 的生 产效益 ， 必须保 证供 气系统 的可靠 、稳 定、合 理地运行 ， 及时发现压风机运行系统中存在的 隐患 ； 对压风机系统实行数字化监控 ， 为矿各 级领导和职能管理部门及时、准确地掌握压 风机 系统 的实时运行状 态 ， 对压风机 系统 实现 集中监控具有十分的必要性和重要性 ， 为信息 化建设提 供较好的 建设平 台。 根据 压风机现 有的状况 ， 现对压风 机的联 网控制提 出下列 方案 。 翌氇辘 2 嚣 空琏撬3 曹 空琏机 群鼙藤钒蠢葑 羲 警喾 蓬 ， 搬 图 1 空 压机 控 制 系统结 构 西框 图 1控制系统结构 压风机集中控制 系统组成 系统 图如 图 1所 示 ， 有 上位 工 控机 系统 、PL C 下位 机 、 传感器 、触摸屏等组成 。 上位工控 机 系统 由工 业控制 计算机 、 后备电源 UP S 、打印机等组成 ； 其主要完 成 压 风 机 远 程 参 数 的 监 控 、运 行 参 数 设 置 及其数据处 理 、查询等 功能 。 PLC 下位机 系统 现场 PLC 控制 系统 选用西门子s 7 3 0 0系列可编程序控制器 作为监控核心。充分利用可编程序控制 器 能适应各种恶 劣现场 条件 ，现场抗干扰 能 力强的特点 ， 且安装维护方便 ， 其模块化结 构 ，配置相应的通讯接 口与各压风机控制 器通讯 ；与上位计算机进 行通讯可 以采 用 P r o f i b u s 或工业以态网； 系统配置合理 ， 技 术 可 行 ，完 全 可 以满 足现 场 使 用 要 求 。该 部分主要是根据设 定的操作方式 ，实时采 集总管空气压力 自动控制各台压风机运行 及 保 护 功 能 。 现 场 传 感 器 实 时 采 集 现 场 物 理 量 信 号 ， 并将其转换为标准 电信号传送给 cP u 。 本 系统现 场使用的传 感器较多 ，如压 力、温度、电流、电压 、功率 、电量等等 。 为减少传输误差 ， 提高检测精度 ， 均选用带 变送器 ， 性能可靠 ， 寿命长， 输 出标准电流 信 号 4 2 0 mA 的传 感 器， 直接 采集 现场 信 号 ， 并配以二线制 RV VP电缆单独传送 ， 以进 一 步提高整套系统的可靠性。 压 力变 送 器采 用 GPT 系 列变 送 器 ， 作 为一种能够将压力信号直接转换为 4 2 0 mA 标准电流输出的压力变送单元 ， 其核心传感器 采用了经激光烧刻补偿技术制造的扩散硅进 口器件 ， 由传感器生成的电信号经过变送电路 完成放大、线性修正 、温度补偿、电流转换， 最终形成与被测压力成正比的 4 2 0 mA标准 输出。该变送器采用独特的一体化全不锈钢 免维护结构， 具有良好的密封、散热和抗震、 耐腐蚀性能， 加上输出传送方式具有长线抗干 扰能力 ， 使变送器能够在测量现场恶劣环境下 长期在 线工作 。 2系统主要功能特点 1 能够 自动采集、显示压风机的各种 运 行 参数 ，控 制 压 风 机 运 行 。 2 能够根据检测到的信号判断压风机 的工作情况 ， 故障时能及时发出报警信号 ， 并根据故障类 型停 止压风机 。 3 有启动功能、停止功能、正常停车 功能、故障停车 功能 、紧急停车功能 、预 告功能、 保护及故障 报警功能 4 系统通过PL C及控制 网络可方便地 采集现场设备开 ／停及故障状态、电机电 流 等实时数据 。 5 具有多种控制方式 根 据 设 置 ，该 系 统 可 以 工 作 在 以下 集 中方 式下 } PLC 自动集 控方式 在该模式下 P L C根据设定的工作时间 和 工作 压力值 、总管当前实时压 力值 ，自 动判断当前投入 ／切除系统中的压风机台 数 ， 经特定的运算处理 ， 以便对运行中的压 风机进行加载或者卸荷或切除系统、投入 系统 工 作 。 就地控制方式 该工作模式为通过就地操 作台上的触 摸屏按钮或者操作台按钮来独立控制每 台 压 风 机 的 启 动 或 停 机 。 远 程 控制 方式 在该模式下 ， 通 过上位计算机的操 作 来 控 制 各 压 风 机 系 统 的运 行 。 系 统 对 操 作 员有权限管理 ，有一定的 权限的操作员才 可 以进 行远程操作 。 6 实现 自动 动态 恒压供风。 当系统在 自动集控工 作方式时 ，系统 根据设定的供 气压 力值 ，自动控制 卸荷或 加载 。当压 力值 当风 压达 到设定值时 ，自 动停机 卸荷 ； 风压降到低值时 ，自动启动 或关 闭卸荷阀 。 7 安全可靠地报警保护 每台压风机均可具有 出气压力超限保 护、出气超温保护、吸气阻力过大保护 、润 滑油超温保护 、润滑油量不足保护、主电机 超载保护 、冷却风机超载保护等功能 。 3软件配置、编程 本 系统 的上位机监控软件工作环境采 科技创新导报 Sc i e n ce a n d Tec h n o l og y I n n ov a t i o n H er a l d 1 O 7 维普资讯 2 0 0 8 NO． 0 8 Sc i e n c e and Tec hno l ogy I nno vat i on Her a i d 下寺湾油田油井管杆偏磨治理方法探讨 张兵 强张绍俭刘金 莲 马昌球 中原石 油勘探局钻采处 工业 技术 摘要 文章从油田的地质背景着手论述 了该地 区杆式抽油泵偏磨现象存在的不可避免性 。阐述 了油井管杆偏磨的现状 ，分析了遣 成 偏磨 的各 种 原 因 ，总结 了治理 偏磨 的各 种 措施 。 关键词 下寺 湾油 田 偏磨 杆式抽油泵 中图分类号 F 4 l 6 ． 4 2 文献标 识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 9 8 X 2 0 0 8 0 3 b 一0 1 0 8 0 1 1油田地质背景 下寺湾油 田构造位置位于鄂尔多斯盆 地南部 ，区内为黄土塬地貌 ，地 面海拔在 1 0 5 0 ～1 4 8 O m之间，相对高差 4 3 O m 左右。 该区目的层为三叠系延长组长2段长2中2 、 长2中3 两个砂组，油藏埋深为 6 0 0 ～8 0 0 m， 油藏类型为岩性油藏和构造岩性 油藏 。 由于特 殊的 地 貌 特征 和 环境 因 素制 约 ，该区大多采用丛式开发井 ，多数井的 水平位移都在 1 5 0～2 0 O m 之间，由于油层 埋藏浅 ，可以利用的造斜井段短 ，就使得 油井井斜大 ，大多数油井的井斜都在 2 0。 以上 ，有的甚至达到 3 0度，而且这些井的 造斜点都比较浅 ，多在 1 5 0 ～2 4 O m 开始造 斜 ，采油时杆式抽油泵的泵必须要下到造 斜 点 以 下 。 2油井管杆偏磨现状 2 0 0 6 年该区作业的 1 6 6口井中有 6 7 15 井存在不 同程度的偏磨 ，占作业井总数的 4 O ． 4 ％，更换偏磨油管 4 0 9 根 ，抽油杆 6 2 7 根 ，作 业井 更换 及 新加 扶 正器 6 1 5个 ，更 换偏磨抽油杆节箍 1 4 1个 ，调整偏磨管柱 位置 2 3井次 ，偏磨油井平均检泵周期为 2 9 0天 ，大部分偏磨严重的井的检泵周期 为 2 0 0天左右 。在 6 7口偏磨井中有 3 3口井 油管本体 、丝扣被磨破 ，3 口井抽油杆被 磨断 ，其他 3 1 口井也 出现不同程度的偏 磨 0可见偏 磨 严重 的威胁 到 油井正 常生 产 ，增 加 了采 油 成 本 。 3油井偏磨原因 3 ． 1 油井井斜大 油井造斜 点浅 ，井斜大 引起 抽油杆杆 柱在油管内不居 中，进而在抽油过程中相 互磨擦 ， 是造成 管杆磨 损的主要原 因。 3 ． 2 油管的弹性伸缩 抽油杆在下 冲程转上冲程瞬 间 ，自由 悬挂的油管下部是 弯曲的。发生这种现象 的原 因是 在下 冲程 时 抽 油 杆 杆 柱 以 及 柱 塞 以上的液 体对 油管 产生一种压 力效应 ，而 在上冲程时抽 油杆 的这种压 力消失 ，而且 柱塞 以上 的这 种液 体重 量转 移到 抽 油杆 上 ，这样就造 成油管柱 由于受力的变化发 生弯曲。这种 油管弯曲不但会造成油杆间 的磨擦 ，还会 增大抽油杆的 负载 。 3 ． 3 抽油杆的弹性伸缩 抽油杆带 着活塞在油管 中 上下运行的 过程中 ，主要受到抽油杆与井筒液体 的磨 擦力、泵活塞与泵 筒间的磨擦 阻力、抽油 杆 与 油 管 间 的 磨擦 力 、 抽 油 杆柱 的惯 性 载 荷、抽油杆柱在液 体中的重 力、活塞所受 到的冲击力这 6种力的作用。 在抽油杆上下运行的过程中这 6 种力 将 发 生 不 断 的 转 变 。 因 此 在 下 冲 程时 ， 当 活 塞碰 到液 面的瞬 间 ，抽 油杆 会产 生 弯 曲，引起抽油杆特别是抽油杆节 箍和油管 内 壁 的 磨 擦 。 3， 4 工作 制度不 合理 在供 液 能 力较 差 的 油 井 ，冲 次 太 快 不 仅 泵 效 低 ，而 且 增 加 了 抽 油 杆 上 下运 动 的 次数 ，增强了管杆之 间的磨擦程 度 4油井偏磨治理措施 4 1 保证井身质量 井 斜 是 偏 磨 的 一 个 重 要 原 ， 在 钻 井 过程 中，要保证井身质量。保证井眼轨迹 规 范 ，降 低 狗 腿 度 ，尽 可 能 的 降 低 最 大井 斜 的 度 数 。 4 ． 2 避免油管局部过度磨损 防止油管局部磨损有两种做法 。一种 是在作业时调整管柱位置 ，将偏磨严重的 油 管调 整到 井 15，或者 井底缓 冲 管的位 置 ，以延长油管使用寿命。 另外一种是安 装 旋 转 井 口 ，旋 转 井 口的 机 理 就 是 使 用 调 节 阀定 期 控 制 油 管 拄旋 转 ，使 油 管 和 抽 油 杆均匀摩擦 ，减少因偏磨而产生油管和抽 游杆局部磨坏的现象 ，从而延长油井免修 期 和管杆使用寿命 。 目前 已经有 8 嗣井安 装 了旋 转 井 口而 且 都 见 到 了 明显 的 效 果 。 4． 3 降低抽油杆与油管的磨擦 在抽油杆上安装扶正器 ，使抽油杆尽 可能的居 中，减少管杆间的摩擦，常用的 的一种尼龙 扶正器价格 低廉 ，运用简单 ， 但是它的缺 点是 在抽油杆上下运动的过程 中 ，扶正 器在可以在抽油 杆上来 回移动 ， 降低了扶正效果 。所以应该多采用固定在 抽油杆 目一位置上的扶正器。最好是单杆 上安装两个固定式的扶正器 ，既可以保证 抽油杆居中，又可以最大限度地保证抽油 杆节箍不与油管 壁发生磨擦 ；同时使用抗 腐蚀性 强、抗拉 强度大 、耐磨性好的抽油 杆 ，以延长杆的 使用寿命 。 ． 另外可以从管杆柱组合上考 虑，改善 管杆柱结构 ，减缓偏磨的影响 。在抽油机 负荷许可 的情况下 ，为提供在下冲程 开始 时打开游动凡尔所需的力 ，并能使抽油杆 在下冲程时 处于拉伸状态 ，可以在杆桂下 部加上加重杆 ；在抽油泵上部油管最大伸 长位置 ，使用油管锚 ，可以抵消油管伸长 ， 以 减少 油管 弯曲 ；在泵 下接 多数量 的尾 管 ，以平衡 油管 弯曲效应 ，以减少油管弯 曲程 度 。 4 ． 4 调整合理的工作制度 在低 产油井 中尽量 采取低冲次，长冲 程的工作制 度，以减少抽油杆和油管之闻 的 摩 擦 次 数 。 用Wi n 2 0 0 0 P r o或wI N x p操作系统， 采用 组态王组态软件。实现数据的传输、处理 ， 并满 足各种画面 、曲线 、报表打印 、自动 告警的功能要求 。并在软件编程上采取相 应的措施 ， 进一步提高系统运行的可靠性 。 下位机软件设计主要为 P L C监控软件 的设计 ， 在本系统中为重要软件设计部分。 该系统软件的开发环境为 s I E M E N s S I MA TI C S TE P 7 V 4 ． 0编程软件 ， 用模块 式结 构程序方式编程 ， 这样 既可增强程序 的可读性 ， 方便调试和维护工作 ， 又能使数 据库结构统一 ， 方便 KI NGVI Ew 组态时变 量标 签的统一编制和设备状 态的统一 。程 序主要分为 通讯 子程 序、风机控制子程 序 、数据处理予程序 、保护功能处理子程 序 等 。 4结束语 本控 制 系统 投 入运 行 来 ，一 直 稳 定 可 靠 ， 故障率低 ， 维修量小 ， 并具有如下的优 点 ① 自动 化 程 度 高 ，同 时 具 有 多种 控 制 方式 ，多种方式互为备用。 ②合理的使用 4 台风机 ，使其循环工 作 ， 在保证有备用的情况下 ， 延长了每台风 机 的使 用 寿 命 。 ③设备有完善的故 障判断功能 ，可为 操 作人 员迅速排除故障提供 方便 。 1 O 8 科技创新导报 Sc i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d ④ 系统 的输 出数 据 完整 ，准确 ，极大 的 方 便了管理 。 参考文献 ⋯ 1 廖常初 ． s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术【 M】 ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 2 】 崔坚． 西门子工业网络通信指南【 M】 ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 4． 维普资讯