電動修井機的自動化控制系統(tǒng)研究

寇斯奇

【摘 要】改革開放至今，我國經(jīng)濟得到了顯著提高，各行各業(yè)都得到了顯著提升，都要以能源作為自身行業(yè)發(fā)展的保障。石油對國家來說非常重要，是發(fā)展的動力來源，掌握了石油，就等于掌握了一個國家的命脈。2006年，《十一五規(guī)劃綱要》提出節(jié)能減排，并逐步成為基本國策。修井機作為開采油田的必備且重要的機械設備自然也要滿足國家需要，符合國家標準。本文對電動修井機的自動化控制系統(tǒng)進行研究。

【關鍵詞】自動化控制系統(tǒng)；電動修井機；通信；PLC

修井機在開采石油中扮演著重要角色，能夠在快速開采石油的同時，確保開采的安全性，是石油開采行業(yè)中不可忽缺的設備之一。修井機的作用是維修抽油泵、下放油管等，此外對于采油過程中出現(xiàn)的故障進行排查與處理，將沉落在油井底的物品打撈上來，對井口設備進行安裝等。我國修井作業(yè)過程中，使用的修井機通常都柴油發(fā)動機，雖然柴油發(fā)動機熱效率高、故障較少、保養(yǎng)容易、工作可靠等，但其工作效率低、轉速低，制造修井機的費用較高，出現(xiàn)問題時很難處理，工作時會發(fā)出巨大的噪音，并且啟動時也比較困難等。如果發(fā)動機的工作時間超過允許工作時間的最大范圍，發(fā)動機表面就極易出現(xiàn)裂痕

使得發(fā)動機出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象。上訴原因不僅阻礙了修井機的工作效率，還會對環(huán)境造成一定的污染。在“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，要對現(xiàn)有修井機進行改進，電動修井機與自動化控制系統(tǒng)的結合也然成為一種趨勢。

一、修井機目前的現(xiàn)狀及問題

（一）柴油機的使用效率低。柴油機通過燃燒，將熱能轉換為動能，但在轉換過程中，大量熱能會被消耗，導致轉換率不高。

（二）柴油機的功率使用率較低。在具體工作中，對油管進行提升與下放，都要對油管進行裝卸，需要大量時間。通過對現(xiàn)場進行實地勘察得知，對油管進行提升與下放所需要的時間為裝卸油管所需時間的二分之一。這就表示，柴油機有最少一半的時間處于空載狀態(tài)，這也是為什么柴油機的功率使用率較低的主要因素。

（三）柴油機會對自然環(huán)境造成一定的污染。工作時修井機會排放有毒氣體，如二氧化碳、一氧化碳等，會對環(huán)境造成十分嚴重的破壞，工作人員吸入大量有害氣體會造成頭腦眩暈，會給工作帶來極其嚴重的不安全性；修井機在工作時所發(fā)出的噪音比一般工程施工發(fā)出的噪音還要大。

二、電動修井機主電路設計

對于主電路來說，要按照一定的工藝要求對主電動機、液壓鉗油泵電機以及剎車油泵電機進行操作，進而控制這些設備的啟停。所使用的變頻器為VACON公司的NXS系列變頻器；主電機使用的是三相異步電動機，這里對電動機的數(shù)據(jù)有一些要求，額定電壓380V、額定轉速500r/min、額定頻率50HZ、額定電流240A。軟啟動器裝置則使用的是ABB公司的PTST834，啟動功率30kW，PLC能夠控制散熱風機M1、安全鉗泵M4等都按照既定順序啟動、停止。QM為斷路器，能夠保護過載電流；FR為熱繼電器，當電動機溫度超高時，對其進行保護。

三、電動修井機控制系統(tǒng)的組成與功能

（一）電動修井機控制系統(tǒng)功能

電動修井機控制系統(tǒng)包括：剎車油泵驅動電動機、輔助電動機、變空氣壓縮機、變頻器控制電路。還包括其他輔助系統(tǒng)，如空調系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。其功能包括：第一，對油管進行提升與下降，提升電動修井機。控制電動和變頻器的運轉情況。第二，一般來說，用液壓鉗油泵進行油管裝卸工作，接觸器能夠對上述裝置進行自動控制，控制其開啟與停止。第三，對液壓閥進行控制。第四，能夠顯示系統(tǒng)溫度、電壓、電流等參數(shù)。如果出現(xiàn)異常，如電流過大、電機超載、溫度持續(xù)增加等問題，能夠對此類現(xiàn)象進行實時監(jiān)控，遇到問題時也會及時發(fā)出警報。第五，能夠對系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)，如照明、空調系統(tǒng)等進行控制。

（二）控制系統(tǒng)組成部分

根據(jù)實際的設計要求與工藝理念，對PLC系統(tǒng)進行輸入變量、輸出變量參數(shù)選擇。系統(tǒng)的流量、溫度、電流、電壓等參數(shù)能夠對系統(tǒng)進行控制，這些參數(shù)作為模擬量；將電動機啟停、啟動以及停止變頻器、對電動機進程正反轉控制等，都視作系統(tǒng)的數(shù)字控制量。除此之外，系統(tǒng)中的變頻器故障復位、等都作為控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸出。

系統(tǒng)所使用的PLC為SIMATIC S7-300，CPU選擇的是SIMATIC 315-2PN/DP，存儲器的內(nèi)存則是256KB，轉載存儲器的內(nèi)存為8MB。數(shù)字量輸入模塊所有使用的則是SM321，具備16點位，輸出模塊使用的則是SM322。

四、電動修井機的程序設計

電氣控制系統(tǒng)程序主要包括兩部分，分別是PLC控制程序和人機監(jiān)控程序和。在自動化系統(tǒng)中，系統(tǒng)的人機界面的觸摸屏為MP277，開發(fā)平臺是4 Basic，PLC的組態(tài)軟件為SGHTDTIC HYS7 V8。用PLC進行組態(tài)，人機界面組態(tài)軟件為WINdows Flexible。此外，還要對監(jiān)控系統(tǒng)、顯示畫面等進行組態(tài)。

（一）對PLC控制程序進行設計

PLC控制程序主要包括修井機工作主程序、系統(tǒng)頻率輸出子程序等。修井機工作主程序的功能有很多，主要包括能夠控制變頻器的啟動和停止、控制液壓系統(tǒng)泵的啟動和停止等；模擬量輸入處理子程序主的功能包括對流量等進行控制，對其進行轉換與標定；系統(tǒng)頻率輸出子程序則能夠實現(xiàn)系統(tǒng)頻率轉換以及對統(tǒng)輸出頻率進行限制。

（二）對人機界面進行設計

人機界面能夠操控設備的運行情況，并對其進行監(jiān)控；能夠根據(jù)需要對界面進行轉換，根據(jù)具體情況進行優(yōu)化。對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控主要有報警顯示、查看狀態(tài)主界面等等。顯示界面除了能夠顯示信息以外，還能顯示報警、顯示故障情況等，操作人員可以根據(jù)實際需要，實現(xiàn)各個界面的任意轉換、一旦出現(xiàn)異常情況。系統(tǒng)就會發(fā)出報警顯示，與報警裝置對應的報警燈就會閃爍，此外，與系統(tǒng)相連接的聲音裝置就會發(fā)出嗡鳴聲。對系統(tǒng)操作時，只需要觸屏就能實現(xiàn)。

五、系統(tǒng)調試

將通過STEP 7繪制的梯形圖進行下載，拷貝到PLC中，將WINCC Flexible下載到人機交互界面中，在系統(tǒng)具體調試中，根據(jù)一定的順序通電，如果打亂順序會造成設備出現(xiàn)故障。此外，還要打開PLC監(jiān)視系統(tǒng)，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，通過PLC系統(tǒng)、人機監(jiān)視系統(tǒng)等共同作用，對輸出量和輸入量等參數(shù)進行檢查。接入電壓為24、電流為200mA的電源，對系統(tǒng)的模擬量進行檢測。根據(jù)設備實際動作情況、工藝需要和報警情況，對程序進行編寫，并根據(jù)實際需要對程序進行改進。

六、結束語

綜上所述，本文對電動修井機的自動化控制系統(tǒng)進行分析。對電動修井機控制系統(tǒng)的組成與功能、電動修井機主電路設計、修井機目前的現(xiàn)狀及問題、系統(tǒng)調試、電動修井機的程序設計進行探究，對原有修井機工作效率進行優(yōu)化，能夠提升能源使用率，降低其對自然環(huán)境的污染將自動化控制系統(tǒng)應用到電動修井機中，安全可靠，能夠最大限度提升其工作效率。

【參考文獻】

[1]馮學軍.電動修井機技術簡析[J].油氣田地面工程，2017，29（12）：97-98.

[2]高天彪，柳旭陽，孟艷春. JY5160TXJl0 型車載式電驅修井機[J] .石油機械，2017，37（7）46-48.

[3]謝永金.我國修井機發(fā)展的技術現(xiàn)狀與展望[J].石油機械，2017，33（10）：72-75

[4]陳蔚茜，鄧德太.淺談國內(nèi)通井機的發(fā)展趨勢[J].石油礦場機械，2017，33（5）：93.