CN102902230A - 用于消泡装置中的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

用于消泡装置中的自动控制系统，属消泡自动控制技术领域。系统包括PLC可编程控制器、模拟量扩展模块、传感器、热继电开关和触摸屏，PLC可编程控制器分别连接模拟量扩展模块、四个热继电开关和触摸屏，模拟量扩展模块连接温度、液位和压力传感器，四个热继电开关连接真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件，在触摸屏上设置相应的参数，用不同传感器探测实时的温度、液位和压力值，通过模拟量扩展模块采集传感器的值并由PLC可编程控制器的CPU处理后发出控制信号控制真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件的启停，同时系统的运行状态也通过CPU处理后显示在触摸屏上，便于用户进行监视和控制。采用本系统自动化程度高，快速消泡效果良好。

Description

用于消泡装置中的自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于消泡装置中的自动控制系统，属消泡装置中的自动控制技术领域。

背景技术

在泡沫钻井过程中，在地面生成的泡沫通过钻杆注入井中，然后经环空排出，这个过程需要大量的泡沫。这些泡沫无法进行有效的收集、输运和流转，所以需要对它们进行消除。目前，泡沫消除的方法有物理法和化学法。相对于化学法急剧降低泡沫基液的起泡能力来说，物理法以其良好的可循环利用性成为消泡的优先选择。现有的物理消泡工艺一般采用机械冲击和加热等方法，例如专利号为CN200810158147.8、发明名称为“利用热辐射消除钻井液泡沫的消泡方法和装置”的专利即为此列，但是目前的装置自动化程度较低，工作人员的劳动强度大，不利于消泡现场的人工控制。

发明内容

为了克服现有背景技术所存在的缺陷和不足，以实现消泡装置的自动控制，本发明提供一种用于消泡装置中的自动控制系统，通过在触摸屏上设置温度传感器、液位传感器和压力传感器的上下限值，来控制各个开关的启停，从而达到快速自动消泡的目的。

本发明的技术方案如下：

一种用于消泡装置中的自动控制系统，包括PLC可编程控制器、模拟量扩展模块、传感器、热继电开关组和触摸屏，其特征在于PLC可编程控制器的输入端连接模拟量扩展模块的输出，其输出端连接热继电开关组中的四个热继电开关，触摸屏用RS232接口线与PLC可编程控制器相连接，模拟量扩展模块的三个输入端分别连接温度传感器、液位传感器和压力传感器；四个热继电开关分别连接真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件；

所述的触摸屏通过EB8000软件在其上设置有开机界面、菜单界面、系统简介界面、操作规程界面、运行操作界面和设置界面；菜单界面上设置有系统菜单选项，点击不同选项可进入相关界面；系统简介界面简单介绍了该系统；操作规程界面介绍了系统的操作注意事项；运行操作界面显示了系统的运行状态，该界面上设置有消泡装置图示、真空泵开关按钮、水泵开关按钮、热辐射部件开关按钮、伴热带开关按钮、手动自动切换按钮、故障复位按钮、设置按钮和实时状态显示；设置界面上设置有参数输入框。

本发明中所使用的PLC可编程控制器型号为Siemens公司的S7-200CN，其CPU模块型号是224CN；模拟量扩展模块型号为Siemens公司的EM231；热继电开关型号为正泰JRS1-09-25；触摸屏型号为威纶MT6070iH。

本发明自动控制系统是通过模拟量扩展模块采集温度传感器、液位传感器和压力传感器的模拟量值，经模数转换后将其输出的数字量送入到PLC可编程控制器，通过PLC可编程控制器对钻井液泡沫的消泡装置上的真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件输出控制信号以控制其启停，同时触摸屏将对应设备的实时状态显示在触摸屏上以便于用户监控系统的运行状态。

本发明中作为控制对象的消泡装置是采用负压和热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置,该消泡装置包括一个圆柱形罐体，罐体的顶部带有泡沫入口、气体出口并装有带压力传感器的压力计，泡沫入口连接控制阀门；气体出口连接真空泵；罐体内部上方设置带孔隔板,带孔隔板下方设置热辐射部件，罐体内部中间位置位于热辐射部件下方设置伞状板,热辐射部件和伞状板中间设置温度传感器；罐体侧面中、下部设有液位传感器，罐体外围覆盖一层伴热带；罐体底部带有排液排渣口，排液排渣口连接水泵；压力计上的压力传感器、温度传感器及液位传感器分别和自动控制系统相连接；自动控制系统分别和真空泵、热辐射部件、伴热带及水泵的电源控制开关相连接。

上述的罐体内的负压由连接在罐体上方气体出口的真空泵抽气产生；罐体内的压强由罐体顶端的压力计显示。罐体内的温度上升通过热辐射部件及伴热带来提供能量。

本发明自动控制系统对上述消泡装置进行控制以实现快速消泡，其消泡原理如下：

泡沫从泡沫入口流入兼具负压和热辐射的罐体内时，由于压力骤减，气泡体积膨胀，气体聚并和排液发生，泡沫密度减小，液膜中的自由水析出使液膜变薄,在热辐射场的作用下，泡沫液膜中剩余的自由水和捕获水迅速蒸发，导致液膜破裂，泡沫消除。在罐体内同时装热辐射和负压产生装置，利用热辐射和负压两种作用同时进行，极大提高消泡效率。

一种上述自动控制系统中PLC可编程控制器的工作方法，步骤如下：

1）打开本自动控制系统的总开关，待触摸屏开机后点击屏幕中央的图标进入菜单界面，分别点击系统简介选项和操作规程选项可查看相应的系统简介以及操作注意事项；

2）点击菜单界面上的运行操作选项进入到运行操作界面，系统默认为手动模式工作方式，在手动模式工作方式下，则直接通过触摸屏上的按钮由人工控制真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件的启停；否则转到下一步；

3）点击手动自动切换按钮设置系统工作状态为自动模式工作方式，在自动模式工作方式下，点击设置按钮，在设置界面上设置系统的运行参数，例如设置排液排渣口开始排液时的液位高度为80CM，排液排渣口停止排液时的液位高度设为0CM；伴热带和热辐射部件开始加热时的温度设为50℃，停止加热时的温度设为100℃；真空泵开始抽气时的压强设为-0.06Mpa,停止抽气时的压强设为-0.08Mpa，参数设置完成后返回运行操作界面；

4）打开进液阀门，泡沫通过泡沫入口通入罐体内进行泡沫消除；

5）泡沫在系统控制下自动消除，消泡后的泡沫基液由PLC可编程控制器控制水泵将其从排液排渣口排出；

6）待消泡结束后关闭进液阀门，关闭系统电源开关。

本发明控制系统的明显效果如下：

分为手动和自动两种模式，手动模式下可以在触摸屏上直接控制真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件的启停，自动模式下可以在触摸屏上设置消泡装置的温度、液位和压力参数，通过比较消泡装置的温度、液位和压力传感器检测到的实时值控制开关的启停，同时，操作人员可以通过触摸屏监视装置的运行状态，极大程度的降低了工作人员的劳动强度，增加了消泡效率。

附图说明

图1是本发明自动控制系统的结构示意图。

其中：1、PLC可编程控制器，2、模拟量扩展模块，3、触摸屏，4、温度传感器，5、液位传感器，6、压力传感器，7、热继电开关组，8、真空泵，9、水泵，10、伴热带，11、热辐射部件。

图2是本发明自动控制系统的显示屏上的运行操作界面的示意图。

其中：12、消泡装置图示，13、真空泵开关按钮，14、热辐射部件开关按钮，15、伴热带开关按钮，16、水泵开关按钮，17、实时状态显示，18、手动自动切换按钮，19、故障复位按钮，20、设置按钮。

图3是本发明自动控制系统的控制对象消泡装置的结构示意图。

其中:21、泡沫入口，22、带孔隔板，23、罐体，24、伞状板，25、压力计，26、气体出口，27、热辐射部件，28、液位传感器，29、排液排渣口，30、伴热带，31、温度传感器，32、水泵，33、真空泵，34、进液阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

本发明实施例1如图1-2所示，一种用于消泡装置中的自动控制系统，包括PLC可编程控制器1、模拟量扩展模块2、温度传感器4、液位传感器5、压力传感器6、热继电开关7和触摸屏3，其特征在于PLC可编程控制器1的输入端连接模拟量扩展模块2的输出，其输出端连接热继电开关组7上的四个开关，触摸屏3用RS232接口线与PLC可编程控制器1相连接，模拟量扩展模块2的三个输入端分别连接温度传感器4、液位传感器5和压力传感器6；四个热继电开关分别连接真空泵8、水泵9、伴热带10和热辐射部件11；

所述的触摸屏3通过EB8000软件在其上设置有开机界面、菜单界面、系统简介界面、操作规程界面、运行操作界面和设置界面；菜单界面上设置有系统菜单选项，点击不同选项可进入相关界面；系统简介界面简单介绍了该系统；操作规程界面介绍了系统的操作注意事项；运行操作界面显示了系统的运行状态，该界面上设置有消泡装置图示12、真空泵开关按钮13、水泵开关按钮16、热辐射部件开关按钮14、伴热带开关按钮15、手动自动切换按钮18、故障复位按钮19、设置按钮20和实时状态显示17；设置界面上设置有参数输入框。

实施例2

一种上述自动控制系统中PLC可编程控制器的工作方法，步骤如下：

1）打开本自动控制系统的总开关，待触摸屏开机后点击屏幕中央的图标进入菜单界面，分别点击系统简介选项和操作规程选项可查看相应的系统简介以及操作注意事项；

2）点击菜单界面上的运行操作选项进入到运行操作界面，系统默认为手动模式工作方式，在手动模式工作方式下，则直接通过触摸屏上的按钮由人工控制真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件的启停；否则转到下一步；

3）点击手动自动切换按钮设置系统工作状态为自动模式工作方式，在自动模式工作方式下，点击设置按钮，在设置界面上设置系统的运行参数，例如设置排液排渣口开始排液时的液位高度为80CM，排液排渣口停止排液时的液位高度设为0CM；伴热带和热辐射部件开始加热时的温度设为50℃，停止加热时的温度设为100℃；真空泵开始抽气时的压强设为-0.06Mpa,停止抽气时的压强设为-0.08Mpa，参数设置完成后返回运行操作界面；

4）打开进液阀门，泡沫通过泡沫入口通入罐体内进行泡沫消除；

5）泡沫在系统控制下自动消除，消泡后的泡沫基液由PLC可编程控制器控制水泵将其从排液排渣口排出；

6）待消泡结束后关闭进液阀门，关闭系统电源开关。

Claims (2)

1.一种用于消泡装置中的自动控制系统，包括PLC可编程控制器、模拟量扩展模块、传感器、热继电开关组和触摸屏，其特征在于PLC可编程控制器的输入端连接模拟量扩展模块的输出，其输出端连接热继电开关组中的四个热继电开关，触摸屏用RS232接口线与PLC可编程控制器相连接，模拟量扩展模块的三个输入端分别连接温度传感器、液位传感器和压力传感器；四个热继电开关分别连接真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件；

所述的触摸屏通过EB8000软件在其上设置有开机界面、菜单界面、系统简介界面、操作规程界面、运行操作界面和设置界面；菜单界面上设置有系统菜单选项，点击不同选项可进入相关界面；系统简介界面简单介绍了该系统；操作规程界面介绍了系统的操作注意事项；运行操作界面显示了系统的运行状态，该界面上设置有消泡装置图示、真空泵开关按钮、水泵开关按钮、热辐射部件开关按钮、伴热带开关按钮、手动自动切换按钮、故障复位按钮、设置按钮和实时状态显示；设置界面上设置有参数输入框。

2.一种利用权利要求1所述的自动控制系统中PLC可编程控制器的工作方法，步骤如下：

1）打开本自动控制系统的总开关，待触摸屏开机后点击屏幕中央的图标进入菜单界面，分别点击系统简介选项和操作规程选项可查看相应的系统简介以及操作注意事项；

2）点击菜单界面上的运行操作选项进入到运行操作界面，系统默认为手动模式工作方式，在手动模式工作方式下，则直接通过触摸屏上的按钮由人工控制真空泵、水泵、伴热带和热辐射部件的启停；否则转到下一步；

3）点击手动自动切换按钮设置系统工作状态为自动模式工作方式，在自动模式工作方式下，点击设置按钮，在设置界面上设置系统的运行参数，例如设置排液排渣口开始排液时的液位高度为80CM，排液排渣口停止排液时的液位高度设为0CM；伴热带和热辐射部件开始加热时的温度设为50℃，停止加热时的温度设为100℃；真空泵开始抽气时的压强设为-0.06Mpa,停止抽气时的压强设为-0.08Mpa，参数设置完成后返回运行操作界面；

4）打开进液阀门，泡沫通过泡沫入口通入罐体内进行泡沫消除；

5）泡沫在系统控制下自动消除，消泡后的泡沫基液由PLC可编程控制器控制水泵将其从排液排渣口排出；

6）待消泡结束后关闭进液阀门，关闭系统电源开关。

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