CN103955189A - 一种带自保护的多泵液压站控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自保护的多泵液压站控制系统，包括软启动器，软启动器一端与动力线连接，动力线与动力电源连接，软启动器另一端分别与1号泵、2号泵及3号泵对应连接；动力线分别依次通过断路器、交流接触器及热继电器与1号泵、2号泵、3号泵连接，动力线另外分别与加油泵、加热器和冷却器连接，动力线另外通过断路器与PLC控制系统连接。本发明还公开了一种带自保护的多泵液压站控制方法。本发明液压站控制系统及方法，自动分配主工作电机和备用电机的工作时间，提高了使用寿命及工作效率，保证了安全和稳定。

Description

一种带自保护的多泵液压站控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于石油行业液压控制技术领域，涉及一种带自保护的多泵液压站控制系统，本发明还涉及一种带自保护的多泵液压站控制方法。

背景技术

在石油行业中，液压系统的应用比比皆是，小到钻井工具、大到液压钻机，均是利用液体的压力能来进行能量传递的传动方式，而液压系统的动力源就是液压站，具有传动平稳、输出波动小、可靠性高等优点，应用广泛。

传统的液压站控制系统采用的是电机直接启动，对供电系统冲击很大，并且系统一经启动，长时间工作，工作电机和柱塞泵磨损严重，而备用电机及柱塞泵一直处于闲置状态，从而出现机芯锈灼、油脂凝固、变质等状况，造成进出油口、阀芯的堵塞而影响了系统的正常使用，起不到备用系统的作用。另外传统液压站没有实现对蓄能器的检测，影响着整个液压系统的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种带自保护的多泵液压站控制系统，解决了现有技术中的主电机与备用电机工作时间分配不合理，导致系统状态严重失衡的问题。

本发明的另一目的是提供一种带自保护的多泵液压站控制方法。

本发明采用的技术方案是，一种带自保护的多泵液压站控制系统，包括软启动器，软启动器一端通过断路器QF2与动力线连接，动力线通过熔断器和断路器QF1与动力电源连接，软启动器另一端通过交流接触器KM7、交流接触器KM8及交流接触器KM9分别与1号泵、2号泵及3号泵对应连接；动力线依次通过断路器QF3、交流接触器KM1及热继电器F1与1号泵连接，动力线依次通过断路器QF4、交流接触器KM2及热继电器F2与2号泵连接，动力线依次通过断路器QF5、交流接触器KM3及热继电器F3与3号泵连接，动力线依次通过断路器QF6、交流接触器KM4及热继电器F4与加油泵连接，动力线依次通过断路器QF7及交流接触器KM5与加热器连接，动力线依次通过断路器QF8及交流接触器KM6与冷却器连接，动力线通过断路器QF9与PLC控制系统连接。

本发明采用的另一技术方案是，一种带自保护的多泵液压站控制方法，依赖于上述的系统，具体按照以下方式实施：

1)液压站控制系统单机组启动流程，各个泵组有自己的启动流程，当多个泵组启动时，采取的是连续等间隔对多台泵组逐一启动的方式；

2)液压站控制系统单机组关闭流程，各个泵组有自己的关闭流程，当系统关闭时，采取的是连续等间隔对多台泵组逐一关闭的方式；

3)手动模式下的启动，各个泵组、加热器、冷却器的启动采取分别单独控制的模式，各个泵组间没有逻辑互锁，对采集的传感器信号不做逻辑判断，只做指示，满足传感器损坏、个别设备故障时的应急控制；

4)手动模式下的关闭，各个泵组、加热器、冷却器的关闭也采取分别单独控制的模式，各个泵组间没有逻辑互锁，为一对一的控制模式，与手动模式下的启动相对应；

5)自动模式下的启动，在自动模式下，所有的系统设备均自动控制，自动分配各个泵组的工作时间，相互之间存在保护逻辑，并自动识别故障，自动切除故障电机并启动备用电机，当检测到油温异常时自动启动冷却器或加热器；当检测到油液位低于设定值时，自动启动加油泵为系统补油；当检测到蓄能器压力低于设定值时，给出报警延时停机信号；

6)自动模式下的关闭，与自动模式下的启动相对应，依次延时关闭相关泵组，即完成液压站系统的关闭；

7)急停控制，应急控制既包含手动模式下的急停按钮控制指令，也包含自动模式下软件系统逻辑判断后发出的急停控制指令。

本发明的有益效果是，系统能根据液压站的使用情况，自动分配主工作电机和备用电机的工作时间，大大提高液压站系统的使用寿命，当工作电机中的一台发生故障，系统可自动实现备用电机和故障电机之间的切换，退出故障电机，并发出故障信号和代码给上位机显示和存储。从而提高了液压站无故障连续工作的时间，提高了工作效率。另外系统为蓄能器配备了压力检测装置，实时检测蓄能器压力，保证系统压力的平稳输出，实现了液压站的自动控制，当系统发生紧急情况，系统可以自动启动应急策略，保证液压系统的安全和稳定。

与传统控制方法比较，PLC控制具有可靠性高，通用性强，扩展和维护方便，更适合多地和远程操控，并且系统安全级别高，可以实现实时监测各个液压站设备的工作状态，从而大大提高了液压系统的整体性能，实现液压站的自动监测和控制，即实现了液压站系统的安全、稳定、可靠、高效运行，还大大简化了控制系统的结构，更适合未来自动化、智能化钻井系统的需要。系统采用软启动器降低了机组启动时对电网的冲击，配置基于PLC的自动控制系统大大提高了系统的自动化和智能化程度，通过实现故障自动切换、欠功率自动停机、平均分配多个机组工作时间等功能把液压系统的效率、设备使用率提高到了极致，提高了液压站的平均无故障工作时间，延长了液压站的使用寿命，实现了系统稳定、安全控制。

附图说明

图1是本发明液压站控制系统的主体电路框图；

图2是本发明液压站控制系统中的PLC控制系统方案简图；

图3是本发明液压站控制系统中的PLC控制系统信号流图；

图4是本发明方法的液压站控制系统单机组启动流程图；

图5是本发明方法的液压站控制系统单机组关闭流程图；

图6是本发明方法的液压站控制系统手动模式启动流程图；

图7是本发明方法的液压站控制系统手动模式关闭流程图；

图8是本发明方法的液压站控制系统自动模式启动流程图；

图9为本发明方法的液压站控制系统1号泵、2号泵启动控制流程图；

图10为本发明方法的液压站控制系统1号泵、3号泵启动控制流程图；

图11为本发明方法的液压站控制系统2号泵、3号泵启动控制流程图；

图12是本发明方法的液压站控制系统自动模式关闭流程图；

图13是本发明方法的液压站控制系统急停控制流程图。

图中，1.软启动器，2.1号泵，3.2号泵，4.3号泵，5.加油泵，6.加热器，7.冷却器，8.PLC控制系统，

另外，QF1、QF2……QF9分别为断路器，KM1、KM2……KM9分别为交流接触器，F1、F2、F3、F4分别为热继电器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明液压站控制系统，为了避免电机启动造成电网电压波动，本发明结构中引入了软启动器1；为了实现液压站的自动控制，结构中还引入了PLC控制系统8；通过构建PLC控制系统8实现了自动模式和手动模式的单独控制及转换，提高了液压站的自动化控制水平，自动模式能够消除人为操作可能引起的各种不良的影响，而手动模式能够保证自动模式失效后的液压站仍然可靠运行。

参见图1，本发明液压站控制系统实施例的结构是，包括软启动器1，软启动器1一端通过断路器QF2与动力线连接(节点分别为L11、L21、L31)，动力线通过熔断器和断路器QF1与动力电源连接(节点分别为A、B、C、N)，软启动器1另一端通过交流接触器KM7、交流接触器KM8及交流接触器KM9分别与1号泵2、2号泵3及3号泵4对应连接；动力线(节点分别为L12、L22、L32)依次通过断路器QF3、交流接触器KM1及热继电器F1与1号泵2连接，动力线(节点分别为L13、L23、L33)依次通过断路器QF4、交流接触器KM2及热继电器F2与2号泵3连接，动力线(节点分别为L14、L24、L34)依次通过断路器QF5、交流接触器KM3及热继电器F3与3号泵4连接，动力线(节点分别为L15、L25、L35)依次通过断路器QF6、交流接触器KM4及热继电器F4与加油泵5连接，动力线(节点分别为L16、N1)依次通过断路器QF7及交流接触器KM5与加热器6连接，动力线(节点分别为L26、N2)依次通过断路器QF8及交流接触器KM6与冷却器7连接，动力线(节点分别为L36、N3)通过断路器QF9与PLC控制系统8连接。

参照图2，是本发明的PLC控制系统8的控制框图，PLC控制系统(8)包括PLC控制站，PLC控制站分别与电动机及软启动控制回路单元、传感器信号单元、控制指令信号单元、开关量输出单元和模拟量输出单元连接。电动机及软启动控制回路单元与各个电动机及软启动器1连接，用于控制电动机及软启动器1；传感器信号单元与各个传感器连接，用于采集各个传感器信号；控制指令信号单元与各个开关、按钮连接，用于采集各个开关、按钮指令信号；开关量输出单元与各个开关量执行机构连接，用于控制各个开关量输出；模拟量输出单元与各个模拟量执行机构连接，用于控制各个模拟量输出。

图3是本发明的PLC控制系统8的控制信号流向图，给出了各个单元的具体控制信号流向，包括DI信号、DO信号、AI信号、AO信号四大类控制信号，分别描述如下：

DI信号具体包括：各个主泵电机和软启动器1的启动与停止、自动控制与手动控制、补油泵电机的启动与停止、各个主泵电机和补油泵电机的运行及过载、各个主泵电机软启接触器运行、液压站温度、液压站液位、各个高压过滤器堵塞、各个回油过滤器堵塞等信号；

DO信号具体包括：各个主泵及旁路接触器闭合、补油泵接触器闭合、加热器接触器闭合、软启动器输出启动及停止信号、加热器启动、冷却器启动信号；

AI信号具体包括：系统压力信号、油温信号、油液位信号、蓄能器压力信号；

AO信号具体包括：溢流阀输出、卸荷阀输出、总换向阀输出。

参见图4-图13，为了实现液压站的自动控制、故障自动切换、紧急情况自动启动，本发明液压站控制系统的PLC控制系统8中预设有以下控制策略：

1)液压站控制系统单机组启动流程，见图4，各个泵组有自己的启动流程，当多个泵组启动时，采取的是连续等间隔对多台泵组逐一启动的方式，避免了多泵同时启动产生的尖峰电流，避免了形成对电网的冲击。

2)液压站控制系统单机组关闭流程，见图5，各个泵组有自己的关闭流程，当系统关闭时，采取的是连续等间隔对多台泵组逐一关闭的方式，避免了多泵同时关闭产生的压力波动，使得系统压力平稳下降，减少了对设备的冲击。

以下对手动模式下的启动、手动模式下的关闭、自动模式下的启动、自动模式下故障自动切换、自动模式下的关闭以及急停控制分别具体阐述。

3)手动模式下的启动，见图6，各个泵组、加油泵、加热器、冷却器启动采取分别单独控制的模式，各个泵组间没有逻辑互锁，对采集的传感器信号不做逻辑判断，只做指示，满足传感器损坏、个别设备故障时的应急控制。

4)手动模式下的关闭，见图7所示。各个泵组、加油泵、加热器、冷却器的关闭也采取分别单独控制的模式，各个泵组间没有逻辑互锁，为一对一的控制模式，与手动模式下的启动相对应。

5)自动模式下的启动，参照图8、图9、图10、图11，在自动模式下，所有的系统设备均自动控制，自动分配各个泵组的工作时间，相互之间存在保护逻辑，并自动识别故障，自动切除故障电机并启动备用电机，当检测到油温异常时自动启动冷却器或加热器；当检测到油液位低于设定值时，自动启动加油泵为系统补油；当检测到蓄能器压力低于设定值时，给出报警延时停机信号。图8中给出了自动模式下泵组启动的控制策略，图9中给出了1、2号泵组启动的控制逻辑，图10中给出了1、3号泵组启动的控制逻辑，图11中给出了2、3号泵组启动的控制逻辑。

下面以图9中的控制过程加以说明，图10、图11的控制过程与此类似。在自动模式下，当接受到启动指令后，系统先分析泵累计运行时间，给出待启动泵编号，根据系统判断，给出启动1、2号泵的指令，接下来系统将按顺序启动1、2号泵。首先判断泵1有无故障，如果没有故障，则发出1号泵启动指令，接下来准备启动2号泵，也是先判断泵2有无故障，如果没有故障，则发出2号泵启动指令，自此液压站启动完成；当1号泵启动正常，在启动2号泵时判断出2号泵有故障，则发出故障信号给上位机，同时准备启动3号泵，也是先判断泵3有无故障，如果没有故障，则发出3号泵启动指令，自此液压站启动完成；当1号泵启动正常，在启动2号泵时判断出2号泵有故障，则发出故障信号给上位机，同时准备启动3号泵也判断出3号泵有故障，同时发出故障信号给上位机，并报欠功率故障，延时关闭1号泵，液压站停止运行；当启动1号泵时判断出1号泵故障，则发出故障信号给上位机，同时准备启动2号泵，判断2号泵有无故障，如果无故障，发出2号泵启动指令，接下来准备启动3号泵，也是先判断3号泵有无故障，如有故障，报3号泵故障、系统欠功率故障给上位机，延时关闭2号泵，液压站停止运行，如果3号泵无故障，发出3号泵启动指令，液压站启动完成；当启动1号泵时判断出1号泵故障，在启动2号泵时仍判断出2号泵故障，报系统欠功率故障给上位机，液压站退出运行，等待检修维护。

6)自动模式下的关闭，见图12，与自动模式下的启动相对应，依次延时关闭相关泵组，即完成液压站系统的关闭。

7)急停控制，见图13，应急控制既包含手动模式下的急停按钮控制指令，也包含自动模式下软件系统逻辑判断后发出的急停控制指令，例如各个待检测的压力、温度、液位不满足设定值将立即或延时退出系统等。

Claims (4)

1.一种带自保护的多泵液压站控制系统，其特征在于：包括软启动器(1)，软启动器(1)一端通过断路器QF2与动力线连接，动力线通过熔断器和断路器QF1与动力电源连接，软启动器(1)另一端通过交流接触器KM7、交流接触器KM8及交流接触器KM9分别与1号泵、2号泵及3号泵对应连接；动力线依次通过断路器QF3、交流接触器KM1及热继电器F1与1号泵连接，动力线依次通过断路器QF4、交流接触器KM2及热继电器F2与2号泵连接，动力线依次通过断路器QF5、交流接触器KM3及热继电器F3与3号泵连接，动力线依次通过断路器QF6、交流接触器KM4及热继电器F4与加油泵(5)连接，动力线依次通过断路器QF7及交流接触器KM5与加热器(6)连接，动力线依次通过断路器QF8及交流接触器KM6与冷却器(7)连接，动力线通过断路器QF9与PLC控制系统(8)连接。

2.根据权利要求1所述的带自保护的多泵液压站控制系统，其特征在于：所述的PLC控制系统(8)包括PLC控制站，PLC控制站分别与电动机及软启动控制回路单元、传感器信号单元、控制指令信号单元、开关量输出单元和模拟量输出单元连接；

电动机及软启动控制回路单元与各个电动机及软启动器(1)连接，用于控制电动机及软启动器(1)；传感器信号单元与各个传感器连接，用于采集各个传感器信号；控制指令信号单元与各个开关、按钮连接，用于采集各个开关、按钮指令信号；开关量输出单元与各个开关量执行机构连接，用于控制各个开关量输出；模拟量输出单元与各个模拟量执行机构连接，用于控制各个模拟量输出。

3.根据权利要求1所述的带自保护的多泵液压站控制系统，其特征在于：所述的PLC控制系统(8)设置有自动控制和手动控制两种模式。

4.一种带自保护的多泵液压站控制方法，其特征在于，依赖于权利要求1或2的系统，具体按照以下方式实施：

1)液压站控制系统单机组启动流程，各个泵组有自己的启动流程，当多个泵组启动时，采取的是连续等间隔对多台泵组逐一启动的方式；

2)液压站控制系统单机组关闭流程，各个泵组有自己的关闭流程，当系统关闭时，采取的是连续等间隔对多台泵组逐一关闭的方式；

3)手动模式下的启动，各个泵组、加热器、冷却器的启动采取分别单独控制的模式，各个泵组间没有逻辑互锁，对采集的传感器信号不做逻辑判断，只做指示，满足传感器损坏、个别设备故障时的应急控制；

4)手动模式下的关闭，各个泵组、加热器、冷却器的关闭也采取分别单独控制的模式，各个泵组间没有逻辑互锁，为一对一的控制模式，与手动模式下的启动相对应；

5)自动模式下的启动，在自动模式下，所有的系统设备均自动控制，自动分配各个泵组的工作时间，相互之间存在保护逻辑，并自动识别故障，自动切除故障电机并启动备用电机，当检测到油温异常时自动启动冷却器或加热器；当检测到油液位低于设定值时，自动启动加油泵为系统补油；当检测到蓄能器压力低于设定值时，给出报警延时停机信号；

6)自动模式下的关闭，与自动模式下的启动相对应，依次延时关闭相关泵组，即完成液压站系统的关闭；

7)急停控制，应急控制既包含手动模式下的急停按钮控制指令，也包含自动模式下软件系统逻辑判断后发出的急停控制指令。