電潛泵水力模擬實驗控制系統設計

大慶油田采油七廠

電潛泵水力模擬實驗控制系統設計

藺肇友大慶油田采油七廠

電潛泵水力模擬實驗系統主要服務于電潛泵設計人員開發。設計人員可以利用該系統檢測設計泵的水力特性狀況，為進一步改進設計提供依據。該系統采用MCGS組態軟件，使用研華_PCI 1710數據采集卡及西門子S7200PPIPLC，完成電潛泵試驗過程中入口壓力、入口流量、出口壓力、出口流量、輸入軸扭矩、轉速和計量罐液位等信號的采集、記錄和顯示。

電潛泵；水力模擬；組態；數據采集

電潛泵水力模擬實驗系統主要服務于電潛泵設計人員開發。設計人員可以利用該系統檢測設計泵的水力特性狀況，為進一步改進設計提供依據。

1 系統組成及原理

電潛泵水力模擬實驗系統能夠進行不同型號電潛泵的水力特性測試與試驗。模擬實驗系統主要檢測參數包括輸入扭矩、輸入轉速、入口壓力、流量、出口壓力和出口流量等。系統由供水單元Ⅰ、電潛泵試驗臺Ⅱ、計量單元Ⅲ和數據采集控制單元Ⅳ等四個模塊組成，系統組成原理如圖1所示。

（1）供水單元由水箱、過濾器、球閥、離心泵、壓力傳感器和電磁流量計等元件組成。試驗過程將兩個球閥完全打開。數據采集控制單元檢測供水單元中壓力傳感器和電磁流量計的信號，顯示電潛泵入口壓力和流量。

（2）電潛泵試驗臺由電潛泵、變頻電機、變頻器、扭矩傳感器和光電編碼器等組成。數據采集控制單元輸出電壓信號，控制變頻器輸出不同頻率信號，控制電機轉速，帶動泵以不同的轉速轉動。檢測扭矩傳感器和光電編碼器的信號，顯示輸入軸的扭矩和轉速。

（欄目主持 張秀麗）

圖1 系統組成

（3）計量單元由壓力傳感器、節流閥、電磁流量計、電動球閥、計量罐、液位計、管道泵和球閥等元件組成。手動改變節流閥的開口大小，調節電潛泵輸出端的負載壓力。數據采集控制單元檢測壓力傳感器、電磁流量計和液位計的信號，顯示電潛泵出口的壓力、流量和計量罐的液位。

2 控制系統設計方案

控制系統的原理如圖2所示。

圖2 控制系統原理

控制系統依據實驗系統的要求，能夠采集供水單元中的壓力和流量信號，電潛泵實驗臺的扭矩和轉速信號，計量單元的壓力、流量和液位信號，并完成3臺泵的啟停，電潛泵的轉速調節和電動球閥的開啟。

控制系統使用數據采集卡和PLC完成信號的采集并進行模數轉換。將數據采集卡和PLC采集的信號輸入計算機，在組態界面顯示；同時組態界面輸出泵和電動球閥的啟停，以及電潛泵設定轉速信號，由數據采集卡和PLC控制電動球閥的啟停和電潛泵的啟停，并調節電潛泵的轉速。

3 組態監控設計

組態軟件設計應用昆侖通泰公司的MCGS組態軟件。在組態軟件界面“組態設備0”添加框中添加數據采集卡（研華_PCI1710）；在“通用串口父設備及其子設備1”中添加PLC（西門子S7200 PPI）。設置PCI1710的設備地址為計算機給數據采集卡分配的I/O基地址，最小采樣周期為400ms，模擬量輸入為單端輸入和各通道的變量名。數據處理選擇工程轉換，輸入模數轉換后信號的最小值和最大值，對應的傳感器量程的最小值和最大值。設置通用串口父設備端口號為COM1口，波特率9600，8位數據位，1位停止位，偶校驗，S7200 PPI的設備地址為2，設備連接、設備調試和數據處理與PCI數據采集卡設置相同。

界面設計使用標簽工具，顯示各參數的當前值，設置標簽工具的屬性為數據顯示，數據類型為數值型，顯示整數位3位、小數位1位，連接各信號地址變量名；百分比填充工具，用于顯示計量罐液位高低，設置最大值和最小值，連接液位信號地址對應的變量名；輸入框工具，完成變頻器轉速的寫入，連接設定轉速的變量名；按鈕工具，完成電潛泵的啟停，連接電潛泵啟停的變量名。組態界面如圖3所示。

圖3 組態界面

4 結論

通過水力模擬實驗系統的部分實驗可知，該系統能夠記錄和顯示電潛泵工作過程的相關參數，完成輸入壓力、輸入流量、輸出壓力、輸出流量、輸入軸扭矩和輸入軸轉速的檢測與顯示，直觀地顯示水力模擬實驗時的相關參數變化曲線，可供研究人員研究電潛泵水力特性。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.016