注水泵診斷控制系統(tǒng)研制

陶桂紅，劉 鵬，王 侃，蔣 偉，趙國起，張國棟，朱浩波（渤海裝備中成機(jī)械制造公司，天津300280）

注水泵診斷控制系統(tǒng)研制

陶桂紅，劉 鵬，王 侃，蔣 偉，趙國起，張國棟，朱浩波
（渤海裝備中成機(jī)械制造公司，天津300280）①

為了能夠更加直觀、方便地實(shí)時(shí)監(jiān)測油田注水泵的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷。設(shè)計(jì)了基于KingSC A D A的注水泵診斷控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及硬件、軟件設(shè)計(jì)思路。知識(shí)庫是本系統(tǒng)的核心部分，可預(yù)先將泵的各種故障存儲(chǔ)在庫中，診斷時(shí)自動(dòng)調(diào)用分析數(shù)據(jù)。現(xiàn)場測試結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測注水泵的運(yùn)行狀態(tài)，故障診斷結(jié)果和處理方法與現(xiàn)場維修結(jié)果相符。

注水泵；故障診斷；監(jiān)測；知識(shí)庫

油田注水是采油生產(chǎn)過程中最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。在油田注水系統(tǒng)中，往復(fù)式注水泵是注水過程中的主要設(shè)備，又是保證原油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。節(jié)能、高效、智能化的故障診斷系統(tǒng)對(duì)油田注水泵站日常工作、管理、維修有著重要意義［1］。

針對(duì)注水泵組運(yùn)行狀態(tài)無反饋、故障維修難度大、不能預(yù)警和及時(shí)保護(hù)等問題。開發(fā)以故障診斷系統(tǒng)為核心，數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理為手段的專家系統(tǒng)，提高油田注水?dāng)?shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化管理的水平。渤海石油裝備中成機(jī)械制造公司根據(jù)往復(fù)式注水泵的實(shí)際運(yùn)行和技術(shù)狀態(tài)，運(yùn)用注水泵診斷控制系統(tǒng)進(jìn)行適時(shí)和適度的管理與維修。有效地預(yù)防突發(fā)性事故，最大限度地減少故障，提高設(shè)備利用率。

本文所研究的注水泵診斷控制系統(tǒng)，可以根據(jù)采集到的各類數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成預(yù)警、報(bào)警，提示故障原因、處理方法等過程，并以圖形或漢字顯示出診斷結(jié)果。針對(duì)結(jié)果彈出視頻拆解教程，讓現(xiàn)場人員直觀地了解故障原因、拆解方法。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)統(tǒng)計(jì)易損件使用時(shí)間，當(dāng)易損件達(dá)到使用壽命時(shí)，提前7 d提示更換易損件，減少維護(hù)量，提高注水效率，現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好的效果。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用傳感器采集吸入壓力、排出壓力、排出流量、潤滑油溫度、振動(dòng)、潤滑油液位等信息，通過P L C進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，送入基于KingSC A D A系統(tǒng)開發(fā)的軟件，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄、分析、故障預(yù)警、診斷及排除等［2］。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1。注水泵機(jī)組簡圖及測點(diǎn)位置如圖2。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 注水泵機(jī)組及測點(diǎn)位置

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、特征提取、監(jiān)控調(diào)節(jié)和智能診斷等部分組成，主要功能有如下4點(diǎn)。

1） 數(shù)據(jù)采集。軟件能夠采集溫度、壓力、流量、液位、電流、電壓、電量、泄漏量等各種信號(hào)。涉及的產(chǎn)品測試零部件有箱體、曲軸、泵頭、流程管路等。

2） 特征提取。特征提取是對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)已建立的故障模式提取故障特征，形成有用的診斷依據(jù)。

3） 監(jiān)控調(diào)節(jié)。系統(tǒng)根據(jù)瞬時(shí)流量或者排出壓力的需要，每天、每時(shí)有效控制單臺(tái)、多臺(tái)泵的電能消耗。通過調(diào)整電機(jī)運(yùn)行效率，調(diào)節(jié)注水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到自動(dòng)控制注水泵的沖次，適應(yīng)不同注水量的需求。

4） 智能診斷。故障診斷自動(dòng)記錄，并彈出故障報(bào)警信息和建議的處理方法，且把故障原因及處理方法發(fā)送到值班人員的手機(jī)上。系統(tǒng)上有視頻鏈接，點(diǎn)擊鏈接可以自動(dòng)彈出易損件更換教程，讓人員清楚地了解到如何拆除、更換注水泵易損件。

3 系統(tǒng)智能診斷知識(shí)庫設(shè)計(jì)

知識(shí)庫是建立智能診斷系統(tǒng)的重點(diǎn)。知識(shí)庫中擁有的知識(shí)數(shù)量和質(zhì)量成為系統(tǒng)性能和問題解決的關(guān)鍵因素［3］。通過收集大港、華北、長慶、新疆油田等區(qū)域3 000余臺(tái)本公司生產(chǎn)的往復(fù)式注水泵使用情況，統(tǒng)計(jì)故障現(xiàn)象、類型。在注水泵診斷控制系統(tǒng)內(nèi)建立起本行業(yè)的專家知識(shí)庫。專家知識(shí)庫既包括注水泵的各種故障診斷模型，也包括每次對(duì)泵的處理結(jié)果的存儲(chǔ)。知識(shí)庫的應(yīng)用極大地降低了診斷工作量，提高工作效率。注水泵診斷控制系統(tǒng)知識(shí)庫如表1。

表1 注水泵診斷控制系統(tǒng)知識(shí)庫

4 系統(tǒng)智能診斷過程

本系統(tǒng)將知識(shí)庫作為標(biāo)準(zhǔn)診斷模式。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中參數(shù)，判斷出故障原因。如果匹配成功，即可得出結(jié)論。如果匹配不成功，繼續(xù)根據(jù)特征參數(shù)判斷原因［4］。故障診斷流程如圖3。

圖3 故障診斷流程

5 診斷實(shí)例

采用315 k W注水泵在油田區(qū)塊進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，利用注水泵診斷控制系統(tǒng)全面、實(shí)時(shí)地監(jiān)控注水泵運(yùn)行過程中的狀態(tài)。運(yùn)行時(shí)動(dòng)力端溫度過高，經(jīng)系統(tǒng)診斷后判定為軸承裝配不當(dāng)。現(xiàn)場工人根據(jù)3D動(dòng)畫真人語音拆解視頻教程，（包括泵的總體教程、各總成教程、零部件名稱教程、拆解泵時(shí)注意事項(xiàng)、以及泵的保養(yǎng)、維護(hù)教程）停機(jī)檢查，軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，經(jīng)更換后重新運(yùn)行，動(dòng)力端溫度穩(wěn)定在65℃。現(xiàn)場使用情況如圖4。

6 結(jié)論

1） 對(duì)復(fù)式注水泵的故障診斷及監(jiān)測，以前采用的各類分析方法很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理，影響了油田注水工作。

2） 本文設(shè)計(jì)的注水泵診斷控制系統(tǒng)在建立知識(shí)庫方面進(jìn)行深度調(diào)研和大膽創(chuàng)新，提高了系統(tǒng)故障診斷成功率。簡單直觀，便于工人使用，減少了維修工作量，降低維修費(fèi)用。為維修提供依據(jù)并指導(dǎo)檢修。

圖4 現(xiàn)場使用情況

［1］ 李開連，鄭生宏，雷長森，等．電參曲線分析法及在往復(fù)泵狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用［J］．石油礦場機(jī)械，2013，42（8）：61 63．

［2］ 段禮祥，張來斌，王朝暉，等．油田注水泵機(jī)組智能故障診斷系統(tǒng)［J］．石油機(jī)械，2001，29（8）：31 33．

［3］ 楊國安，潘國慶，王梅中，等．油田注水泵站智能診斷維護(hù)系統(tǒng)的研制與開發(fā)［J］．石油礦場機(jī)械，2005，34（2）：34 37．

［4］ 徐小力，滕啟，徐勇．注水泵機(jī)組故障特征分析及故障推理機(jī)制的建立［J］．石油礦場機(jī)械，2000，29（2）：38 40．

Research on Diagnosis and Controi System for Water Fiood Pum p

TAO Guihong，LIU Peng，WANG Kan，JANGWei，ZHAO Guoqi，ZHANG Guodong，ZHU Haobo
（Bohai Equip ment Zhongcheng M achineru Com panu，Tianjing300280，China）

The King SCAD Abased on diagnosis and control system of oilfield water flood pu m p is designed，w hich is used to be more intuitive and convenient to m onitor and fault diagnosis．The overall design and hard ware systems，software design ideas．Its core partis knowledge base，various kinds of fault patterns of the pu m p can be pre stored in the knowledge base，and the desired ana lyzing data can be input auto matically based on the knowledge base．T he testing and feedback of water flood pu m p servicing proof that the system is reliable for data measuring and accurate for fault diagnose，and convenience for utilization．

water flood pu m p；fault diagnosis；expert system；condition m onitoring；knowledge base

T E934．1

B

10．3969／j．issn．1001 3842．2015．06．020

1001 3482（2015）06 0086 03

①2014 12 25

陶桂紅（1973 ），女，天津人，工程師，主要從事采油裝備、注水設(shè)備研發(fā)及故障診斷，Email：tgh730602＠163．co m。