CN102707660A - 油井水泥干混站运行自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种油井水泥干混站运行自动控制系统，包括可编程序PLC和气源、原料进站转送、存储、干混和除尘的控制单元，通过对设在各自控制单元管路上的设备、仪表、气动碟阀、气动比例阀、压力传感器、称重传感器相关信号的采集控制，通过各单元的控制柜的控制，传输给可编程序PLC控制单元，通过PLC处理器、控制柜、配电柜对各自控制单元的传输信号处理、指令反馈、因特网传输、显示、打印，实现了油井水泥干混站运行自动控制，减少了工作人员，降低了劳动强度，提高了水泥混拌效率和合格率，节约了原材料，除尘外排达到国家室外排放标准，整个系统操作简单、方便、安全，可实现远程控制。

Description

油井水泥干混站运行自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种油井水泥干混站运行自动控制系统，改变以前的水泥干混全靠人力的局面，实现了从原料进站转送到成品出站的全自动控制。

背景技术

      在油井水泥干混系统出现以前，对水泥的干混操作基本是通过人工手动实现的，不仅干混效率很低，而且耗费大量的人力、物力，达不到固井作业对于干混水泥的要求。在这样一个背景前提下，科研人员通过多年的研究摸索，以及在干混站建设中总结出的经验，提出了油井水泥干混站运行自动控制的理念，旨在将油井水泥干混操作做到从原料进站，到成品出站的一条龙自动化控制系统。本套系统的优点首先在于将大大提高了水泥干混站水泥混拌工作的效率，以满足油田固井作业对成品水泥的需求；其次大大节省了人力、物力的支出，节约了成本；再次新型油井水泥干混系统最大的特点是能将原料水泥与添加剂进行充分的混拌，成品抽检合格率达到99%以上，大大提高了油田固井作业的成功率。

发明内容

本发明提供的是一种油井水泥干混站运行自动控制系统，克服传统的水泥干混人工操作效率低、耗费人力物力多而且混拌产品合格率低的缺陷。

本发明是通过以下方式实现的：油井水泥干混站运行自动控制系统，包括可编程序PLC控制单元、气源控制单元、原料进站转送控制单元、储存控制单元、干混控制单元和除尘控制单元，还包括气源管路、除尘管路、存储管路、干混管路、原料进站转送管路；气源控制单元包括对大型空气压缩机、冷干机或吸附式干燥机、小型空气压缩机启停和储气罐进冷干机或吸附式干燥机气动碟阀及称重传感器控制的控制柜；储存控制单元包括对设在原料储罐、添加剂储罐上的进气、进出料的气动碟阀或气动比例阀、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；干混控制单元包括对设在初混罐，批混罐、再混罐上的进气、进出料气动碟阀、射流混合器、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；除尘控制单元包括对设在除尘罐内部的引风机、除尘罐上的进气、出尘气动碟阀、压力传感器控制的控制柜 ；原料进站转送控制单元包括对设在转送罐上的进气、出料气动碟阀、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；可编程序PLC控制单元包括PLC处理器、控制柜、配电柜，对上述五个控制单元的控制柜信号采集处理、指令反馈、因特网传输、显示、打印。

气源管路是指大型空气压缩机的出气管与储气罐的进口相连，储气罐的出口通过出气管和出气管上的气动碟阀与冷干机相连，冷干机的出气口并联于原料储罐、添加剂储罐、成品储罐、混拌罐、除尘罐、转送罐上的带气动碟阀的进气管的管路，还包括气源管并联于药品罐到初混罐的带比例调节阀的出料管路以及转送罐出料的助吹管路。 

除尘管路是指大型空气压缩机通过出气管和气动碟阀与冷干机的进口相连，冷干机的出气口通过工作气源管线和气动碟阀并联于原料储罐，添加剂储罐、除尘罐、转送罐和成品储罐的除尘管路前端管路，及除尘罐的上部出口通过手动碟阀与引风机进口相连的管路。

存储管路是指原料储罐、添加剂储罐、成品储罐、除尘罐、转送罐和药品罐底部各自带气动碟阀原料输出管，添加剂输出管和除尘罐滤下的原料的输出管的并联管与初混罐、批混罐和再混罐底部的带气动碟阀的进料管并联的管路，还包括药品罐底部带气动比例阀的药品输出管与初混罐底部带气动蝶阀的进料连接管路。

干混管路是指设在初混罐底部与批混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路、设在批混罐底部与再混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路、设在初混罐底部与再混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路。

原料进站转送管路包括设在转送罐底部带气动碟阀的出料管与设在添加剂储罐上部的进料管和原料储罐上部的进料管路并联管路。

本发明与已有技术相比，具有以下优点：

1、大大提高了水泥干混站水泥混拌工作的效率，以满足油田固井

作业对成品水泥的需求。

2、大大降低了工人的劳动强度，节约原材料，可彻底解决现场的污染问题，除尘排放达到国家室外排放的标准；

3、可实现远程控制，设备本身操作简单、方便、可靠、安全；

4、新型油井水泥干混系统最大的特点是能将原料水泥与添加剂进行充分的混拌，成品抽检合格率达到99%以上，大大提高了油田固井作业的成功率。

附图说明

图1-本发明的自动控制系统的方框原理图；

图2-本发明原理结构流程示意图；

—阀门控制与阀位反馈控制柜      

—压力传感器

—称重传感器--

→ 信号线        －―→ profibus传输    －··→因特网传输线

    —— 走料管线     ―――气输管线           －·－排空管线

显示器：用作对服务器的操作；

服务器：接收显示器端传来的指令然后传送到PLC处理器执行；

触摸屏：直接对PLC处理器下达指令；

PLC处理器：接收服务器以及触摸屏的指令，然后下达到气动碟阀控制柜以及配电柜执行相关操作；接收现场压力传感器、称重传感器以及相关设备的启动、停止等相关信息，并整合这些信息上传到服务器；

配电柜：接收PLC处理器发送的指令，执行对现场设备远程启动、停止等操作；

气动蝶阀柜：接收PLC处理器发送的指令，执行对现场设备远程启动、停止等操作。

具体实施方式

油井水泥干混站运行自动控制系统，包括可编程序PLC控制单元、气源控制单元、原料进站转送控制单元、储存控制单元、干混控制单元和除尘控制单元，还包括气源管路、除尘管路、存储管路、干混管路、原料进站转送管路；气源控制单元包括对大型空气压缩机、冷干机或吸附式干燥机、小型空气压缩机启停和储气罐进冷干机或吸附式干燥机气动碟阀及称重传感器控制的控制柜；储存控制单元包括对设在原料储罐、添加剂储罐上的进气、进出料的气动碟阀或气动比例阀、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；干混控制单元包括对设在初混罐，批混罐、再混罐上的进气、进出料气动碟阀、射流混合器、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；除尘控制单元包括对设在除尘罐内部的引风机、除尘罐上的进气、出尘气动碟阀、压力传感器控制的控制柜 ；原料进站转送控制单元包括对设在转送罐上的进气、出料气动碟阀、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；可编程序PLC控制单元包括PLC处理器、控制柜、配电柜，对上述五个控制单元的控制柜信号采集处理、指令反馈、因特网传输、显示、打印。

本发明的工作原理及工作程序：

1、自动控制系统

在整个油井水泥干混运行自动控制系统当中，自动控制系统可以极大减少整个流程中所需的人工，并缩短整个水泥混拌流程的时间。在这套自动控制系统中，中央处理器PLC是整个自动控制系统的核心。

 在水泥自动混拌运行之初，PLC根据生产指令开始运行。首先打开气源管线上的气动蝶阀，将原料储罐和添加剂储罐中充满气体，当PLC通过压力传感器监测到罐内压力气体压力达到0.20Mpa左右后，便打开出料管线上的气动阀门，先后将原料和添加剂输送到初混罐中。在此过程中，PLC时刻监测储罐的罐内压力，当罐内气体压力超过0.26Mpa后及时关闭罐的充气管线的气动蝶阀，然后间断式打开除尘管线上的气动蝶阀泄压，待压力恢复正常后关闭除尘管线的气动蝶阀。

 在原料和添加剂输送至初混罐的过程中，PLC实时检测原料储罐、添加剂储罐和初混罐的称重传感器数值，待合适重量的原料和添加剂输送完毕后，关闭原料储罐以及添加剂储罐的出料气动蝶阀，然后打开出料管线的扫线气动蝶阀，将管线扫通之后，然后关闭初混罐的进料气动蝶阀。PLC控制气源管线供气给初混罐，初混罐中的压力达到一定数值后，PLC再控制气动蝶阀将初混罐中的材料输送到批混罐中。然后PLC控制气源管线供气给批混罐，等待批混罐中的压力达到一定数值，PLC再控制气动蝶阀将批混罐中的材料输送到再混罐中，至此，整个混拌操作结束。混拌完成后，再混罐中的材料即为可以进行固井作业的成品水泥，为了不影响下次混拌工作的进行，需要将再混罐中的成品水泥输送到成品罐中。

2、操作程序     

开启大型空气压缩机，将气包压力维持在0.6Mpa。在显示器或触摸屏处下达要进行的混拌操作指令，确定需要混拌的原料及添加剂的重量，然后将指令下达到PLC，以下就是程序自动执行混拌操作的过程：

 首先气包通过气源管线将气体输送到储存系统各个等待出料的原料储罐，将原料储罐的压力充到0.22Mpa 左右。开启初混罐的进料气动蝶阀以及排空气动蝶阀（此时除尘系统处于正常工作状态），之后开启等待出料的原料储罐的出料蝶阀，开始出料。PLC自动检测初混罐称重传感器反馈的信息，当初混罐中的原料重量达到所需混拌的重量时，程序自动关闭原料储罐的出料阀以及充气阀，开启出料扫线阀。扫线大概5-10秒钟后，关闭扫线阀，同时关闭初混罐的进料阀以及排空阀。

其次程序执行原理相同的操作，将添加剂储罐中的添加剂输送到初混罐中，等待程序执行混拌操作。

再次当程序检测到初混罐中的原料及添加剂按一定重量比例输送完毕后，开始执行混拌操作。自动程序首先打开初混罐的排空气动蝶阀，然后打开初混罐的底部充气气动蝶阀，对初混罐进行气化。气化2～3分钟结束，关闭初混罐排空气动蝶阀，保持给初混罐充气，直到压力达到0.22Mpa左右，关闭初混罐充气气动蝶阀。打开批混罐的进料气动蝶阀以及批混罐的排空气动蝶阀，之后打开初混罐的出料气动蝶阀。此时初混罐中的原料和添加剂就会经过初混罐与批混罐中间的管道混合器输送到批混罐当中，在这个过程当中，原料和添加剂已经进行了初次混拌；然后程序执行相同操作，将批混罐中的原料与添加剂的混合水泥输送到再混罐中。至此，整个混拌操作结束，可以在再混罐处提取样品进行抽检。

原料储罐和添加剂储罐通过进料过滤器进料，进料过滤器安装到原料储罐和添加剂储罐的手动蝶阀处。              

在整个流程中，原料储罐、添加剂储罐、混拌罐、转送罐和成品储罐的排空管线通过法兰和除尘管线连接到除尘罐上，通过手动蝶阀的开启和引风机的运转，可将排出的灰尘及时收纳重复利用，不至于排放到空气中。

Claims (6)

1.油井水泥干混站运行自动控制系统，包括可编程序PLC控制单元、气源控制单元、原料进站转送控制单元、储存控制单元、干混控制单元和除尘控制单元，还包括气源管路、除尘管路、存储管路、干混管路、原料进站转送管路；气源控制单元包括对大型空气压缩机、冷干机或吸附式干燥机、小型空气压缩机启停和储气罐进冷干机或吸附式干燥机的气动碟阀及称重传感器控制的控制柜；储存控制单元包括对设在原料储罐、添加剂储罐上的进气、进出料的气动碟阀或气动比例阀、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；干混控制单元包括对设在初混罐，批混罐、再混罐上的进气、进出料气动碟阀、射流混合器、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；除尘控制单元包括对设在除尘罐内部的引风机、除尘罐上的进气、出尘气动碟阀、压力传感器控制的控制柜 ；原料进站转送控制单元包括对设在转送罐上的进气、出料气动碟阀、压力传感器、称重传感器控制的控制柜；可编程序PLC控制单元包括PLC处理器、控制柜、配电柜，对上述五个控制单元的控制柜信号采集处理、指令反馈、因特网传输、显示、打印。

2.根据权利要求1所述的油井水泥干混站运行自动控制系统，其特征在于气源管路是指大型空气压缩机的出气管与储气罐的进口相连，储气罐的出口通过出气管和出气管上的气动碟阀与冷干机相连，冷干机的出气口并联于原料储罐、添加剂储罐、成品储罐、混拌罐、除尘罐、转送罐上的带气动碟阀的进气管的管路，还包括气源管并联于药品罐到初混罐的带比例调节阀的出料管路以及转送罐出料的助吹管路。

3.根据权利要求1所述的油井水泥干混站运行自动控制系统，其特征在于除尘管路是指大型空气压缩机通过出气管和气动碟阀与冷干机的进口相连，冷干机的出气口通过工作气源管线和气动碟阀并联于原料储罐，添加剂储罐、除尘罐、转送罐和成品储罐的除尘管路前端管路，及除尘罐的上部出口通过手动碟阀与引风机进口相连的管路。

4.根据权利要求1所述的油井水泥干混站运行自动控制系统，其特征在于存储管路是指原料储罐、添加剂储罐、成品储罐、除尘罐、转送罐和药品罐底部各自带气动碟阀原料输出管，添加剂输出管和除尘罐滤下的原料的输出管的并联管与初混罐、批混罐和再混罐底部的带气动碟阀的进料管并联的管路，还包括药品罐底部带气动比例阀的药品输出管与初混罐底部带气动蝶阀的进料连接管路。

5.根据权利要求1所述的油井水泥干混站运行自动控制系统，其特征在于干混管路是指设在初混罐底部与批混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路、设在批混罐底部与再混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路、设在初混罐底部与再混罐底部之间的各自带气动碟阀和混合器的进口或出口管路。

6.根据权利要求1所述的油井水泥干混站运行自动控制系统，其特征在于原料进站转送管路包括设在转送罐底部带气动碟阀的出料管与设在添加剂储罐上部的进料管和原料储罐上部的进料管路并联管路。

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