概述: 青海油田采油二廠計(jì)轉(zhuǎn)站采油作業(yè)區(qū)，地理環(huán)境比較特殊，主要處于鹽堿及沙漠地帶，油層比較深，需要向油井中注入較多的水，使油液面提升到一定高度，從而利于井下的油開采。另外，對(duì)于開采后的油井，為了保持地質(zhì)的穩(wěn)定，也需要及時(shí)向油井中注入水，以保持地面的穩(wěn)定，防止塌陷。因此，油田公司領(lǐng)導(dǎo)在進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，決定將原來分散的小注水井進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)集中注水，以實(shí)現(xiàn)增加注水量，節(jié)能降耗的目的。 新建注水站由于距離生活區(qū)較遠(yuǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守，再者，注水量也隨著季節(jié)變化，冬天多，夏季少，因此還必須保證水量能及時(shí)調(diào)節(jié)，采用三臺(tái)泵，一拖三控制，注水量小時(shí)，用一臺(tái)泵，注水量大時(shí)用兩臺(tái)泵，另一臺(tái)泵作為備用。并且要保證管道壓力恒定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，防止壓力太高損壞管道。其工藝流程為：
即從水廠或水源處來的水，經(jīng)過長(zhǎng)途輸送,壓力已比較小，只有不到1MPa，經(jīng)過高壓注水泵后，進(jìn)行升壓，達(dá)到30MPa左右，再經(jīng)過管道，輸送到各個(gè)油井中。
一、方案的制定
根據(jù)以上情況，我們做出了以下方案：
1、采用變頻一拖三工作方式，用一臺(tái)280KW/380V的變頻器拖動(dòng)三臺(tái)250KW/380V的電機(jī)，帶動(dòng)三臺(tái)高壓泵運(yùn)行。
2、采用手、自動(dòng)兩種控制方式，用專用的PID控制器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，采集出口管道壓力，經(jīng)PID比例積分運(yùn)算后，控制變頻器的運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)管道的恒壓控制。
3、由于注水系統(tǒng)比較關(guān)鍵，特別在冬季，若管道停水時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)凍管道，造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。因此，若變頻故障，應(yīng)備有工頻旁路，以在變頻故障下及時(shí)開啟工頻，使注水不至于停止。
4、由于系統(tǒng)的管道承受壓力最大為35MPa, 壓力太高就會(huì)沖壞管道，再則進(jìn)口壓力過低，說明水來量太小或閥門沒有打開，所以為保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要設(shè)定進(jìn)、出口壓力報(bào)警及停機(jī)值。即出口壓力高報(bào)警，超高停機(jī);進(jìn)口低壓報(bào)警，超低壓停機(jī)。以保護(hù)管道不受損壞。
5、泵在運(yùn)行過程中，潤(rùn)滑油溫會(huì)隨著泵的長(zhǎng)期運(yùn)行而升高，為防止油溫過高，要設(shè)置潤(rùn)滑油溫監(jiān)測(cè)，超過設(shè)定值時(shí)，大約在80℃左右，自動(dòng)停機(jī)，以保護(hù)泵。
6、在每次啟泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要倒流程，即將泵的進(jìn)、出口閥門打開調(diào)整好，沒調(diào)整好之前絕不允許啟泵，因此還要設(shè)置每臺(tái)泵的允許、禁止啟動(dòng)開關(guān)，防止流程沒有倒好之前啟泵。
7、由于以上控制參數(shù)較多，進(jìn)出口壓力、泵潤(rùn)滑油溫、手、自動(dòng)、一拖二控制、啟動(dòng)/禁止開關(guān)等，因此為控制方便，采用PLC和人機(jī)界面，集中控制，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的顯示和設(shè)定。并利用PLC的數(shù)據(jù)通訊接口，采用MODBUS通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和上傳，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到無人值守的效果。
二、控制系統(tǒng)框圖
其中，QF為總控制開關(guān)，QF1、QF2分別為變頻和工頻軟啟動(dòng)器的控制開關(guān)，DK為變頻和工頻軟啟動(dòng)器的轉(zhuǎn)換開關(guān)，即雙擲開關(guān)，K1、K2、K3為工頻旁路開關(guān)，K4、K5、K6為1#泵和2#、3#泵的轉(zhuǎn)換開關(guān)。
設(shè)計(jì)的人機(jī)界面的幾個(gè)主要畫面如下圖示：
特點(diǎn)：
1、哪臺(tái)泵運(yùn)行，畫面上相應(yīng)的哪臺(tái)泵的電機(jī)和皮帶輪就旋轉(zhuǎn)，并且工頻和變頻相應(yīng)的指示燈亮，十分形象、生動(dòng)。
2、潤(rùn)滑油溫和電機(jī)電流也同時(shí)顯示。
3、當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，相應(yīng)的系統(tǒng)報(bào)警或變頻故障燈亮，可根據(jù)顯示直接進(jìn)行判斷，并且在下面的報(bào)警內(nèi)容查詢上可直接顯示具體的故障內(nèi)容，便于用戶查詢。
主要元器件的選型：
1、PLC選用德國(guó)西門子公司的S7-200 CPU226型可編程控制器。該編程器具有I/O開關(guān)量點(diǎn)數(shù)多，模擬量擴(kuò)展容易，邏輯控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。很適合小型多變量的控制。
2、人機(jī)界面采用臺(tái)達(dá)公司的DOP—A57CSTD型號(hào)產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有畫面刷新速度快、簡(jiǎn)體中文編程環(huán)境、簡(jiǎn)單易用的操作環(huán)境、組態(tài)軟件功能豐富、可以方便地創(chuàng)建任意軌跡的多狀態(tài)動(dòng)畫元件和移動(dòng)圖形元件，采用高品質(zhì)、高亮度的液晶面板，使界面生動(dòng)形象。完善的上載功能，上載后的文件可重新編輯，可以兼容幾乎所有的主流 PLC,專用控制器和運(yùn)動(dòng)控制器。具有離線模擬和在線模擬兩種實(shí)驗(yàn)方式，兩種模擬保證您在沒有觸摸屏的情況下也可以成功編寫并調(diào)試畫面，免去了重復(fù)下載的苦惱，大大節(jié)約了時(shí)間，提高工作效率等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
3、變頻器采用本公司生產(chǎn)的JD-BP32-280F型供水專用變頻器。
該變頻器具有高性能、低噪音、簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)，在提高穩(wěn)定性的前提下，增加了簡(jiǎn)易PLC、實(shí)用的PI調(diào)節(jié)，靈活的輸入、輸出端子、參數(shù)在線修改、自識(shí)別信號(hào)傳輸故障、停電、停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)、定長(zhǎng)控制、擺頻控制，RS485控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制等一系列實(shí)用先進(jìn)的運(yùn)行、控制功能，特別是采用了JD-BP系列變頻-工頻軟切換裝置。該裝置運(yùn)用了提前切換的控制思想，在大量試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上成功解決了電動(dòng)機(jī)變頻與工頻的切換問題。運(yùn)用該裝置的大慣性的切換系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)換瞬間幾乎看不到電流的波動(dòng)，電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)無振動(dòng)現(xiàn)象。在降速過程較快的供水系統(tǒng)中切換瞬間的最大沖擊電流的峰值也被控制到了1.5倍的額定電流以下，取得了令人滿意的效果。為設(shè)備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案，對(duì)降低系統(tǒng)采購(gòu)成本和運(yùn)營(yíng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助
4、軟啟動(dòng)器采用歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司生產(chǎn)的HFR1000 Series型軟啟動(dòng)器。該產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)代控制原理，采用模塊化設(shè)計(jì)、DSP控制，在采用高品質(zhì)材料和元器件的基礎(chǔ)上應(yīng)用先進(jìn)的貼片生產(chǎn)工藝制造而成，是集數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代自控技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有高性能、高品質(zhì)、小體積等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和保護(hù)。
三、控制過程：
本系統(tǒng)有三種控制方式，分別是變頻手動(dòng)、變頻自動(dòng)、軟啟動(dòng)啟動(dòng)。正常情況下一般用變頻運(yùn)行，工頻軟啟動(dòng)只作為變頻的備用，在變頻故障或檢修時(shí)暫時(shí)應(yīng)用。
（一）、變頻運(yùn)行
1、準(zhǔn)備
（1）送電前，先將柜門上的各個(gè)開關(guān)復(fù)位，即將“分閘”按鈕向右旋一下，使該按鈕在彈出位置。將“1#停止/啟動(dòng)”、“2#停止/啟動(dòng)”、“3#停止/啟動(dòng)”旋鈕都打到“停止”位置。將“1#禁止/允許”、“2#禁止/允許”、“3#禁止/允許”旋鈕打到“禁止”位置，將變頻器的“停機(jī)/開機(jī)”旋鈕打到“停機(jī)”位置。
（2）按一下“合閘”按鈕，柜子送電，可聽到柜內(nèi)有空氣開關(guān)吸合的聲音，變頻器內(nèi)的交流接觸器吸合，柜門上的觸摸屏通電顯示，出現(xiàn)主畫面，畫面上的“主板通訊”閃爍顯示，同時(shí)變頻器的面板閃爍顯示設(shè)定頻率“50.05”，表示送電正常。
（3）若觸摸屏顯示正常，而變頻器沒有送電，可在觸摸屏顯示畫面上看一下“選擇設(shè)置”的“變頻送電/斷電”旋鈕是否在“變頻送電”位置，若不在，而在“變頻斷電”位置，可用手指點(diǎn)一下，即出現(xiàn)對(duì)話框“Are you suoe? Yes No”，點(diǎn)一下“Yes”，開關(guān)即指向“變頻送電”，同時(shí)變頻器的交流接觸器吸合，變頻即送電，面板經(jīng)延時(shí)后閃爍顯示設(shè)置頻率“50.05”（或“0.00”），即表示送電正常。
（4）若是第一次使用控制柜，送電后觸摸屏主畫面顯示“系統(tǒng)故障”，1到2秒鐘后出現(xiàn)“報(bào)警內(nèi)容”畫面，顯示報(bào)警信息，說明系統(tǒng)參數(shù)沒有設(shè)置，可點(diǎn)一下右下角的“返回主畫面”，回到主畫面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。若是已經(jīng)調(diào)試好的控制柜，則直接出現(xiàn)主畫面，等待開機(jī)運(yùn)行。
2、參數(shù)設(shè)置
（1）在觸摸屏主畫面顯示正常后（若不在主畫面，可點(diǎn)一下畫面右下角的“返回主畫面”按鈕，即可回到主畫面。），在畫面上點(diǎn)一下“設(shè)置參數(shù)”按鈕，即進(jìn)入“設(shè)置參數(shù)”畫面，可進(jìn)<
