基于PLC控制混砂车液位自动控制系统研究.pdf

2 0 1 1年 第 4 O卷 第 3期第 8 8页 石油 矿 场 机械 OI L F I EL D E QUI P ME NT 文 章 编 号 1 O 01 - 3 4 8 2 2 0 1 1 03 0 08 8 0 2 基于 P L C控制混砂车液位 自动控制系统研 究 范新 强 ， 楼国祥。 ， 郑穗嫔 ， 朱月珍 1 ． 兰州城市学院， 兰州 7 3 0 0 7 0 ； 2 ． 渤海钻探井下技术服务公司 ， 天津 3 0 0 2 8 3 摘要 目前部 分油 田在 加砂 压裂施 工作业 中， 还有 采 用手动操 作 的方 式控 制混 合液 面高度 、 砂 比及 砂 泵排 出压 力和流 量等参数 ， 很难 达到 油井压裂施 工 的设 计要 求 ， 误 差很 大 。混砂 车液位 自动控制 系统是 通过 P I C 自动控制 ， 实现 压裂施 工过程 中混砂 车液 面高度 自动控 制 ， 同时也 实现 了砂 比 、 砂 泵排 出压力等参数的 自动控制。该 系统通过油田现场试验 ， 取得 了很好的效果。 关键词 混砂 车 ； 液 面 高度 ； PI C； 变量 泵 中 图分 类号 TE9 3 4 ． 2 文献标识 码 B S t u d y o f Au t o ma t i c Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC t o Co n t r o l Li qu i d Le v e l o f Bl e n d i n g Equ i p me nt FA N Xi n q i a n g ， LOU Gu o x i a n g 。， ZH ENG Sui p i n ， ZH U Yu e z he n 1 ． Lan z ho u Ci t y Uni v e r s i t y， L“n z ho u 7 30 0 7 0， Chi n a 2 ． Do wn h o l e Te c h n i c a l S e r v i c e s Co mp a n y o ／BHDC， Ti a n j i n 3 0 0 8 2 3， C h i n a Ab s t r a c t At p r e s e nt ， t he s a nd f r a c t u r i ng i n s o me o i l f i e l ds s t i l l us e s ma nu a l o p e r a t i on t o c on t r o l l i qu i d l e v e l a l t i t u d e， s a n d r a t i o， di s c ha r g e p r e s s u r e o r f l o w q ua nt i t y of s a n d pu m p， e t c ．I t ’ S v e r y di f f i c u l t t o a c h i e v e t he de s i gn r e q ui r e me n t s of t he o i l we l l s f r a c t u r i n g wor k a n d g r e a t e r r o r e xi s t s ． Th e a u t o m a t i c c o nt r o l s y s t e m o f l i qu i d l e v e l of b l e n di n g e q u i p m e nt i s a ut o m a t i c a l l y c o nt r o l l e d by t he PI C。 a c c o mpl i s hi n g a u t o ma t i c c on t r o l o f l i q u i d l e v e l a l t i t u d e o r s a nd r a t i o o r di s c ha r ge pr e s s u r e of s a n d pu mp， e t c ． Thr o u gh t h e f i e l d t e s t o f o i l f i e l d s， t he a u t o ma t i c c on t r o l s ys t e m h a s b e e n a c hi e v e d g o o d r e s u l t s ． Ke y wo r d s bl e n d i ng e qu i p me n t； l i qu i d l e v e l ； PI C； v a r i a b l e di s p l a c e me n t pu m p 在石油开 采过程 中 ， 为 了提高单 井油气 产量 ， 加 砂 压裂是 油 田低 渗 透油 井 单井 增 产 、 增效 的有 效手 段 。传统 的混砂 车控 制 系 统 主要 采 用手 动操 作 ， 即 在施工作 业时依 靠人 工 现 场操 作 的 方式 完 成 ， 很难 保 证压裂 施工 工艺 的要 求 ， 尤 其是 对 大 砂 比作 业施 工时 ， 会 产生较 大误 差 ， 而 采用 可 编程 序 控制 器 简 称 P L C 控 制混砂 车液位 的 自动控 制 系统 可 以确保 压裂施 工质量 ， 且可靠 性大大 提高 。 压 裂施 工 是 由包括 压 裂仪 表 车 、 混砂 车 和若 干 台压裂泵 车 、 管 汇及井 口设备 等几个重 要部分 组成 。 混砂车是 适用 于配 制各 种 不 同添 加 剂 的压 裂 液 ， 可 向各型 压裂车泵 送不 同砂 比 、 不 同粘 度 的压 裂液 ， 完 成大、 中型压裂施工的设备， 由混砂车配送的压裂液 是 否符合 压裂施 工工艺 要求是 确保压 裂施工 质量 的 关 键 。因此 ， 混砂 车 的 自动 控 制 系统 则显 得 尤 为重 要 。在加 砂压裂 施 工过 程 中 ， 混砂 车 的混 合 液 面高 度 、 砂 比 、 砂泵排 出压力 以及各 种 固体 添加剂 和液体 添加剂 均 由 P L C 自动 控制完成 。 1 P L C控 制 系统 1 ． 1 混 合罐液 面高度控 制 混砂 车混合 液面高 度控制 是 由超 声波传 感器检 收 稿 日期 2 0 1 0 1 2 一 O 1 基金项 目 甘肃省科技厅 自然科学基金项 目 2 0 0 7 G S 0 3 4 1 0 作者简介 范新强 1 9 6 2 一 ， 男 ， 陕西礼泉人 ， 副教授 ， 主要研究方 向为机 电一体化控制技术 。 第 4 O卷第 3期 范新强 ， 等 基于 P L C控制混砂 车液位 自动控制系统研究 测混 合 罐 液 面 高 度 ， 并 将 检 测 信 号 传 输 给 P L C； P I C接收到超声 波传感 器检测到 的液面高度信号 后 ， 通 过 P I D 算 法 计 算 出 控 制 量 ， 输 出 2 0 0 ～ 6 0 0 mA 电流信 号至 变量泵 ， 控 制变 量 泵输 出排量 ， 进 而 控 制驱 动基 液水泵 的液 马 达 转 速 ， 从 而控 制 了混 合 罐 液面 高度 。 1 ． 2 砂 比控 制 在混 砂 车 排 出 管 汇 上 安 装 了放 射 性 密 度 计 ， 混砂车砂密度控制是 由放射性 密度计 检测排 出的 混合液砂密度值 ， 将检 测信号传输给 P I C， P L C根 据施工要求 预设 的砂 密度值 与实测 值 比较 ， 通 过 P I D算法计算 出控制量 ， 然后输 出控制信号 给输砂 搅龙 液 马 达 ， 控 制输 砂 搅 龙 的转 速 ， 从 而 控 制 了输 砂 量 。 1 ． 3液体及 干粉 添加 剂排 量控 制 在 压裂施 工 中 ， 根 据施 工工 艺要求 ， 有 时需要 同 时添加 多种 添加 剂 。因此 ， 液 体 及 干 粉 添 加剂 控 制 系统设计 了多个相 同的 独立 控 制 子 系统 ， P L C通 过 采集 基液 流量信 号 和添加 剂 流量信 号 ， 并 通 过 P I 计 算 ， 将 计算 值 与 设 定 值 比较 ， 计 算 出 控 制 量 并 输 出 2 0 0 ～6 0 0 mA 控 制信 号 ， 控 制 电磁 阀 的开 启 度 ， 进 而控 制 添 加 剂 泵 转 速 ， 实 现 添 加 剂 与 基 液 的 比 例 控制 。 1 ． 4砂泵 排 出压 力控 制 为确保 在压 裂施 工 中不会 因混砂 车供 液不 足而 影响压 裂施 工质 量 ， 砂 泵排 出压力 控 制通 过 PL C采 集 排量输 出压 力传 感 器 的瞬 时 压力 值 ， 将 该 值 与设 定值 比较 ， 通 过 P I 算 法 计算 出控 制 量 ， 控 制混 合 液 排 出泵 的转速 ， 进 而控制 混合 液排 出压 力 。 2 硬件 系统设计 目前 ， 混砂 车 需 要 控 制 的参 数 包 括输 砂 量 A、 B 、 液 体 添 加 剂 排 量 2组 、 固 体 添 加 剂 排 量 2 组 、 大 泵 排 量 给 混 合 器 供 液 、 混 合 罐 液 位 及 砂 比等 。 P I C控制 系统采 用三 菱 F X 2 N 机 型 ， 配有 模 拟 量输 入 和模拟 量输 出特 殊 功 能模 块 ， 主要 用 于 数 据 采集 及控 制信 号输 出 。硬件接 线 如表 1所示 。 P L C的输 入 信 号 有 搅 龙 传 感 器 输 出 的脉 冲信 号 、 基 液流 量计输 出的脉 冲信号 、 干 粉添加 剂及 液体 添加 剂传感 器输 出 的脉 冲信号 ， 还有 放射 性密 度计 、 超声波液位 传感器及砂 泵压力传 感器输 出 4 ～2 0 mA的标准模拟信号。P L C的输出信号均为模拟信 号 。混 砂车 操作 方式 有手 动和 自动 2种 。 表 1 I ／ O 地 址 分 配 输入信号 输 出信号 功 能 输 入 地 址 功 能 输 出地 址 3 软件 系统设计 通过 研究 可知 ， 基 于 P L C控 制 的液 位 自动 控制 系统 实质上 是 一个 闭环 采 样 控 制系 统 ， P L C通过 实 时采样输入信号， 各软件子系统通过 P I D计算 ， 计 算 出控制量并输 出控制信 号， 控制 相应的 电磁 阀。 图 1为软件 系统 功能 图 。 图 1 软 件 系 统 功 能 4 结 语 基于 P L C控制混砂车液位 自动控制系统操作 简 单 ， 控 制精 度 高 。首 次采 用 超 声 波 传感 器 检 测 混 合罐液面液位高度 ， 可以保证在整个加砂压裂施工 中液 面高 度不 变 ， 进 而 确 保 了压 裂设 计 参 数 准 确无 误地 完成 。 参 考 文 献 [ 1 ] 任宏彪 ， 张大志 ， 张勇军． 基 于 S 7 3 0 0型 P I C的变频 自动送钻 系统模 糊 控制 [ J ] ． 石油 矿场 机械 ， 2 0 1 0 ， 3 9 4 2 4 27 ．