电动修井机的自动化控制系统研究

　　【摘要】改革开放至今，我国经济得到了显著提高，各行各业都得到了显著提升，都要以能源作为自身行业发展的保障。石油对国家来说非常重要，是发展的动力来源，掌握了石油，就等于掌握了一个国家的命脉。2006年，《十一五规划纲要》提出节能减排，并逐步成为基本国策。修井机作为开采油田的必备且重要的机械设备自然也要满足国家需要，符合国家标准。本文对电动修井机的自动化控制系统进行研究。
　　【关键词】自动化控制系统；电动修井机；通信；PLC
　　修井机在开采石油中扮演着重要角色，能够在快速开采石油的同时，确保开采的安全性，是石油开采行业中不可忽缺的设备之一。修井机的作用是维修抽油泵、下放油管等，此外对于采油过程中出现的故障进行排查与处理，将沉落在油井底的物品打捞上来，对井口设备进行安装等。我国修井作业过程中，使用的修井机通常都柴油发动机，虽然柴油发动机热效率高、故障较少、保养容易、工作可靠等，但其工作效率低、转速低，制造修井机的费用较高，出现问题时很难处理，工作时会发出巨大的噪音，并且启动时也比较困难等。如果发动机的工作时间超过允许工作时间的最大范围，发动机表面就极易出现裂痕
　　使得发动机出现漏油的现象。上诉原因不仅阻碍了修井机的工作效率，还会对环境造成一定的污染。在节能减排的大环境下，要对现有修井机进行改进，电动修井机与自动化控制系统的结合也然成为一种趋势。
　　一、修井机目前的现状及问题
　　（一）柴油机的使用效率低。柴油机通过燃烧，将热能转换为动能，但在转换过程中，大量热能会被消耗，导致转换率不高。
　　（二）柴油机的功率使用率较低。在具体工作中，对油管进行提升与下放，都要对油管进行装卸，需要大量时间。通过对现场进行实地勘察得知，对油管进行提升与下放所需要的时间为装卸油管所需时间的二分之一。这就表示，柴油机有最少一半的时间处于空载状态，这也是为什么柴油机的功率使用率较低的主要因素。
　　（三）柴油机会对自然环境造成一定的污染。工作时修井机会排放有毒气体，如二氧化碳、一氧化碳等，会对环境造成十分严重的破坏，工作人员吸入大量有害气体会造成头脑眩晕，会给工作带来极其严重的不安全性；修井机在工作时所发出的噪音比一般工程施工发出的噪音还要大。
　　二、电动修井机主电路设计
　　对于主电路来说，要按照一定的工艺要求对主电动机、液压钳油泵电机以及刹车油泵电机进行操作，进而控制这些设备的启停。所使用的变频器为VACON公司的NXS系列变频器；主电机使用的是三相异步电动机，这里对电动机的数据有一些要求，额定电压380V、额定转速500rmin、额定频率50HZ、額定电流240A。软启动器装置则使用的是ABB公司的PTST834，启动功率30kW，PLC能够控制散热风机M1、安全钳泵M4等都按照既定顺序启动、停止。QM为断路器，能够保护过载电流；FR为热继电器，当电动机温度超高时，对其进行保护。
　　三、电动修井机控制系统的组成与功能
　　（一）电动修井机控制系统功能
　　电动修井机控制系统包括：刹车油泵驱动电动机、辅助电动机、变空气压缩机、变频器控制电路。还包括其他辅助系统，如空调系统、照明系统等。其功能包括：第一，对油管进行提升与下降，提升电动修井机。控制电动和变频器的运转情况。第二，一般来说，用液压钳油泵进行油管装卸工作，接触器能够对上述装置进行自动控制，控制其开启与停止。第三，对液压阀进行控制。第四，能够显示系统温度、电压、电流等参数。如果出现异常，如电流过大、电机超载、温度持续增加等问题，能够对此类现象进行实时监控，遇到问题时也会及时发出警报。第五，能够对系统中的辅助系统，如照明、空调系统等进行控制。
　　（二）控制系统组成部分
　　根据实际的设计要求与工艺理念，对PLC系统进行输入变量、输出变量参数选择。系统的流量、温度、电流、电压等参数能够对系统进行控制，这些参数作为模拟量；将电动机启停、启动以及停止变频器、对电动机进程正反转控制等，都视作系统的数字控制量。除此之外，系统中的变频器故障复位、等都作为控制系统的数字量输出。
　　系统所使用的PLC为SIMATICS7300，CPU选择的是SIMATIC3152PNDP，存储器的内存则是256KB，转载存储器的内存为8MB。数字量输入模块所有使用的则是SM321，具备16点位，输出模块使用的则是SM322。
　　四、电动修井机的程序设计
　　电气控制系统程序主要包括两部分，分别是PLC控制程序和人机监控程序和。在自动化系统中，系统的人机界面的触摸屏为MP277，开发平台是4Basic，PLC的组态软件为SGHTDTICHYS7V8。用PLC进行组态，人机界面组态软件为WINdowsFlexible。此外，还要对监控系统、显示画面等进行组态。
　　（一）对PLC控制程序进行设计
　　PLC控制程序主要包括修井机工作主程序、系统频率输出子程序等。修井机工作主程序的功能有很多，主要包括能够控制变频器的启动和停止、控制液压系统泵的启动和停止等；模拟量输入处理子程序主的功能包括对流量等进行控制，对其进行转换与标定；系统频率输出子程序则能够实现系统频率转换以及对统输出频率进行限制。
　　（二）对人机界面进行设计
　　人机界面能够操控设备的运行情况，并对其进行监控；能够根据需要对界面进行转换，根据具体情况进行优化。对系统进行实时监控主要有报警显示、查看状态主界面等等。显示界面除了能够显示信息以外，还能显示报警、显示故障情况等，操作人员可以根据实际需要，实现各个界面的任意转换、一旦出现异常情况。系统就会发出报警显示，与报警装置对应的报警灯就会闪烁，此外，与系统相连接的声音装置就会发出嗡鸣声。对系统操作时，只需要触屏就能实现。
　　五、系统调试
　　将通过STEP7绘制的梯形图进行下载，拷贝到PLC中，将WINCCFlexible下载到人机交互界面中，在系统具体调试中，根据一定的顺序通电，如果打乱顺序会造成设备出现故障。此外，还要打开PLC监视系统，对系统数据进行监控，通过PLC系统、人机监视系统等共同作用，对输出量和输入量等参数进行检查。接入电压为24、电流为200mA的电源，对系统的模拟量进行检测。根据设备实际动作情况、工艺需要和报警情况，对程序进行编写，并根据实际需要对程序进行改进。
　　六、结束语
　　综上所述，本文对电动修井机的自动化控制系统进行分析。对电动修井机控制系统的组成与功能、电动修井机主电路设计、修井机目前的现状及问题、系统调试、电动修井机的程序设计进行探究，对原有修井机工作效率进行优化，能够提升能源使用率，降低其对自然环境的污染将自动化控制系统应用到电动修井机中，安全可靠，能够最大限度提升其工作效率。
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