聯十七站混輸泵變頻控制改造方案

1、問題的提出

青海油田油砂山采油作業區聯十七站分隊計量改造后新增一臺高效三相分離器，一臺變頻控制柜，兩臺螺桿混輸泵，一臺PLC控制柜以及一個操作站。其中PLC控制柜內配有模擬量輸入輸出模塊，總共可以采集32個模擬量信號以及輸出8個模擬量控制信號。操作站采用組態王監控軟件，操作員通過操作站可以實現對分離器現場數據的實時監控，并且可以訪問和調用工藝流程圈、過程參數、數據記錄、參數報警以及各種可用數據。全區來油通過加熱爐經匯管進入三相分離器，為了使三相分離器充分地分離出油、氣、水，達到油、水分隊計量的目的，我們運用PID控制調節出口閥的開度從而控制油、水箱的液位以及天然氣壓力在工藝要求最合適的范圍內，最后由螺桿泵將油、水、氣混合輸出。為了防止螺桿泵空轉損壞泵體，因此，螺桿泵廠家利用變頻柜采集分離器出口壓力通過PID調節輸出頻率控制螺桿泵的轉速，當壓力低于設定輸出最低頻率時停機。但是，由于空液位時分離器內還有部分天然氣壓力，變送器仍然能檢測到，所以變頻柜輸出始終達不到最低頻率輸出停機，螺桿泵始終在空轉以至于損壞。因此，對螺桿泵的控制改造勢在必行。

2、改造方案

(1)采用變頻器作執行機構輸出頻率調節混輸泵電機轉速來控制水箱液位。

(2)將水出口電動閥手動全開，確保混輸泵入口始終有液。

(3)利用已有的PLc設備PID控制程序塊實現變頻器液位控制。

(4)為了防止螺桿泵空轉，停機控制在變頻柜里實現。

(5)在上位機用組態王6.53組態實現液位顯示、上下限報警以及變頻器輸入信號的顯示。

3、硬件連接

在混輸泵變頻控制系統中，將采用兩線制接法，鋪設一根兩芯電纜，電纜的一端接PLC的PID控制輸出(4-20mA)，另一端接變頻柜信號輸入，這樣就實現了4-20mA模擬量信號采集的硬件連接。由變頻器根據PID控制輸出信號強弱實現混輸泵變頻輸出與啟停動作。下圖就是混輸泵變頻控制結構圖:

4、系統組態

(1)下位機組態及編程:硬件連接好后，運用STEP7v5.4軟件對PLC硬件進行組態保證軟硬件連接正常。硬件組態好后，對控制系統編程，本程序分為三部分:主程序、各個子程序和中斷程序。系統初始化的一些工作及液位顯示放在主程序中完成，邏輯運算放在子程序中，利用定時中斷功能實現PID控制的定時采樣及輸出控制。下位機組態完成后將編譯好的程序通過以太網接口下裝到PLC中，PLC就自動進入運行狀態，下圖就是程序流程圖。

(2)上位機監控組態:本系統使用的軟件是組態王6.54。在組態王選好PLc設備，設置PLC地址為192.168.0.1:2以后就可以實現下位機和上位機的以太網通信，最后實現從PLc寄存器中讀數據，在組態王流程圖畫面上顯示現場實時數據、PID參數設定、液位高低報警。

5、效果分析

在改造之前，控制系統采用檢測進口壓力腔制螺桿泵電機的轉速，由于出口壓力復雜，它既包括油和水混合后自重的壓力也有氣體壓力甚至還有外界因素的影響，所以不能準確地反映分離器內液量的多少，以至于在進行現場調試運行時無法達到預期的效果。然而，混輸泵變頻控制系統改造后，混輸泵空轉這個問題就解決了，而且通過PLC對水箱液位的控制效果也很好。

由于聯十七站來液量小，而且分離出來的油要進大罐，因此對最大排量150M3/h混輸泵的投用極為不利，如果控制不好長期干抽對混輸泵損害極大，前期試用已造成一次軸泵燒死。通過混輸泵變頻控制的改造不僅使混輸泵投運正常，延長了混輸泵的使用壽命，而且提高了它的工作效率。在確保外輸泵正常工作的同時，通過變頻控制和自動啟停混輸泵，也起到了節能降耗的作用。