CN201103551Y - 一种用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其中泵控泵压流可调自动注水装置包括注水泵、注水泵电机及其控制开关、增压泵及其驱动电机、变频调速器、压力变送器、流量计、转速传感器；泵控泵压流可调控制器包括智能控制单元、调节单元、仪表装置，仪表装置分别与压力变送器、转速传感器和/或流量计相连，用来采集各个泵的出入口的压力及流量信号；智能控制单元与仪表装置相连，智能控制单元通过仪表装置采集来的信号与预设控制信号参数进行对比，分析来对所述的调节单元进行控制调节，从而达到控制调节变频调速器的目的，采用本实用新型解决了现有注水系统的测试手段不全，自动化程度低，安全性能差等问题。

Description

一种用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器
技术领域
本实用新型涉及工业控制技术领域，具体涉及油田注水系统的泵控泵压流可调自动注水装置的控制器。
背景技术
油田注水是当今油田开发中确保稳产的重要技术措施。现有的注水技术中，压力、流量不可调，且泵效低，其工作效率多数在72.1％上下，单耗大，其平均在6.94KWH/m3左右，油田注水系统成为油田生产的耗能大户。因此，为了改变这种状况，实用新型专利号ZL02224695.9，提出了泵控泵(PCP)技术发明，即泵控泵压流可调自动注水装置，使能耗大，劳动强度高注水系统改造成为可能。但是现有的注水技术中，存在注水系统的测试手段不全，自动化程度低，不能实现自动控制，安全性能差等问题，不利于泵控泵技术发明的推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决油田注水系统中泵控泵的控制问题，而提供一种用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其中所述泵控泵压流可调自动注水装置包括注水泵、变频调速器、压力变送器、流量计、转速传感器、注水泵电机及其控制开关、增压泵及其驱动电机，其特征在于，所述泵控泵压流可调控制器包括智能控制单元、调节单元、仪表装置，所述仪表装置分别与所述压力变送器、转速传感器和/或流量计相连，用来采集各个泵的出入口的压力及流量信号；所述智能控制单元与所述仪表装置相连，所述的智能控制单元通过所述仪表装置采集来的信号与预设控制信号参数进行对比，分析来对所述的调节单元进行控制调节，从而达到控制调节所述变频调速器的目的。
进一步地，所述仪表装置包括第一、第二、第三、第四和第五仪表接口、监测仪表、仪表控制开关，所述第一仪表接口与所述注水泵出口的压力变送器相连，用来采集所述注水泵出口的压力信号；所述第二仪表接口与所述增压泵出口的压力变送器相连，用来采集所述增压泵出口的信号；所述第三仪表接口与所述增压泵入口的压力变送器相连，用来采集所述增压泵入口的压力信号；所述第四仪表接口与所述注水泵入口前的流量计相连，用于采集所述注水泵流量信号；所述第五仪表接口与所述的增压泵的转速传感器相连，用于采集增压泵的转速信号；所述智能控制单元分别与所述各监测仪表相连，所述的智能控制单元通过对所述各个监测仪表采集来的信号与预设控制信号参数进行对比，分析，通过所述调节单元对所述的变频调速器进行调节；所述的仪表控制开关与所述注水泵电机的控制开关相连，通过所述的智能控制单元来控制仪表控制开关的通断进而控制所述注水泵电机的控制开关的通断。
进一步地，所述的调节单元具有两种调节工作模式，一种是手动调节模式，另一种是自动调节模式。
进一步地，所述的智能控制单元内包括欧姆龙CPM2A可编程控制器。
进一步地，所述的智能控制单元内包括西门子的PLC控制器。
进一步地，所述的仪表调节单元采用PID自适应手动、自动无扰切换调节器。
进一步地，所述的智能控制单元的控制流程如下：
1)将仪表接口采集来的各个信号分别送到监测仪表中；
2)监测仪表将从仪表接口送来的信号再送到智能控制单元；
3)通过智能控制单元对监测仪表送来的信号与预设的参数值进行对比、分析，进而控制调节单元对变频调速器进行调节；其中，辅助系统在正常情况下运行，仪表装置通过数据采集，智能控制单元通过控制调节单元，保证注水泵工作在高效区，通过仪表数据连锁，保证变频器安全运行。
进一步地，所述的智能控制单元的程序控制流程如下：
1)设置注水压力、注水流量控制参数值为P0、Q0值；
2)监测值P、Q与设定的控制参数P0、Q0比较；
3)判断P与P0，Q与Q0是否相等，如不相等执行步骤4)；如相等执行步骤7)；
4)判断是自动控制，执行步骤5)；是手动控制，执行步骤6)；
5)通过对采集来的信号与预设的参数进行对比分析，智能控制单元对变频调速器进行控制调整，执行步骤3)；
6)通过对采集来的信号与预设的参数进行对比分析，辅助手动控制对变频调速器进行控制调整，执行步骤3)；
7)控制结束。
本发明进一步提供一种包括前述泵控泵压流可调控制器的泵控泵压流可调自动注水装置。
进一步地，所述的泵控泵压流可调自动注水装置中设有两个所述的泵控泵压流可调控制器，分别用于远程控制调节和现场控制调节，所述两个泵控泵压流可调控制器可以切换使用。
采用本实用新型泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，解决了现有的注水技术中，注水系统的测试手段不全，自动化程度低，不能实现自动控制，安全性能差等问题，所以使得泵控泵技术发明得到更进一步的推广应用。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：
图1为本实用新型控制器与外部连接结构示意图；
图2为本实用新型控制原理图；
图3为应用本实用新型注水装置的实物接线图；
图4为本实用新型控制器控制流程图；
图5为本实用新型控制器的程序控制流程图；
图6为应用本实用新型控制器的泵控泵压流可调自动注水装置的主控线路图；
图7为应用本实用新型控制器的泵控泵压流可调自动注水装置的转换控制图。
具体实施方式
如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器由仪表装置、智能控制单元1、调节单元20组成。其中，仪表装置包括仪表接口15、16、17、18、19、控制开关21。注水泵2的入口和增压泵4的出口通过管道相连接，通过电缆注水泵电机的控制开关9和注水泵驱动电机3相连，变频调速器6和增压泵驱动电机5相连，安装在注水泵2出口管道的压力变送器10，检测注水泵出口处的压力P出，并将其变成电信号，通过仪表接口15送至智能控制单元1；安装在增压泵与注水泵之间的管道的压力变送器11，检测增压泵出口的压力P出，并将其变成电信号通过仪表接口16送至智能控制单元1；安装在增压泵4入口管道的压力变送器12，检测增压泵入口的压力P入，并将其变成电信号通过仪表接口17送至智能控制单元1；在增压泵的入口处设置流量计13，用于检测增压泵4入口处的流量，并将其流量值变成电信号通过仪表接口18送至智能控制单元1；增压泵驱动电机5与增压泵4之间设置有转速传感器14，用于检测增压泵的转速，并将其变成电讯号通过仪表接口19送至智能控制单元1；增压泵驱动电机5的变频调速器6的状态信号送给智能控制单元1；同时智能控制单元1通过分析，比较仪表装置采集来的信号与预设信号，控制调节单元20接口，从而控制调节变频调速器6的速率。此处，还可以根据实际情况的需要，通过切换来实现手动或自动调节，对压流进行调节。控制开关21是注水泵电机高压开关9的控制开关，进而用于控制开启关闭注水泵2实现联锁功能。
注水泵2出口处还连接有出口阀，在增压泵4的入口管道上安装有入口阀。流量计13也可装在注水泵2和增压泵4之间，因为增压泵4和注水泵2为串联，流量计13位置在增压泵4前后检测量一样，均为注水流量值。在增压泵4与注水泵2之间的检测点为增压泵4的出口处的压力(即压力变送器11)检测点，对它的检测，主要是用来保证系统的安全运行。
如图2所示为本实用新型控制系统的原理图。在本实用新型的一个实施例中，设定的压力P0或流量Q0值输入到调节单元20，在手动情况下，润滑冷却都正常，仪表参数设定之后，再启动(或停止)水泵电机的控制信号，一般先启动增压泵再启动注水泵，停机时先停注水泵后停增压泵。而后将设定信号送至变频调速器6，从而控制增压泵电机5的转速；在自动情况下，设定信号和输出压力或流量信号进行比较运算，其结果就是输出信号经信号电缆控制变频调速器6，进而再控制增压泵电机5的转速，从而控制增压泵输出的压力或流量，形成闭环，增压泵出口管道与注水泵2入口连接，最终达到控制注水泵出口压力或流量的目的，形成闭环控制。
通过手动或自动操作，可使注水泵在高效区工作，经测试平均泵效提高3-7％，从而可有效地降低注水单耗，达到注水泵系统节能15％效果。
如图3所示为本实用新型的泵控泵压流可调自动注水装置的实物接线图。在本实用新型的一个实施例中，泵控泵压流可调自动注水装置包括现场变送器、PCP仪表控制柜、PCP变频柜、PCP增压泵机组。
现场变送器用于采集各种信号，如注水泵出口压力，汇管压力等，并通过信号电缆输入到PCP仪表控制柜，仪表控制柜通过与预设的参数设置进行信号对比、分析，处理，PCP仪表控制柜再与PCP变频柜相连，通过控制电缆将PCP仪表控制柜的处理结果对PCP变频柜进行变频控制，PCP变频柜通过电力电缆与PCP增压泵机组相连，最终实现对增压泵的调整，从而实现按设定信号控制注水泵出口压力和流量的目的。
如图4所示为本实用新型控制器控制流程图。在本实用新型的一个实施例中，监控仪表可以使用香港上润WP系列智能监控仪表；智能控制单元PLC控制器可以采用欧姆龙CPM2A可编程控制器或西门子的PLC控制器；调节单元20采用PID自适应手动、自动无扰切换调节器；辅助元器件包含：接触器、继电器、按钮、指示灯、报警器及信号转换设备。
所述智能控制单元的控制流程如下：
1、将仪表接口采集来的各个信号分别送到监测仪表N中；
2、N个监测仪表将从仪表接口送来的信号再送到PLC控制器；
3、通过PLC控制器或PID调节器对监测仪表送来的信号与预设的参数值进行对比、分析，进而控制调节单元20对变频调速器进行调节；辅助系统在正常情况下才可运行，通过仪表数据采集系统，保证注水泵工作在高效区，通过仪表数据连锁，保证变频器安全运行。
如图5所示为本实用新型仪表控制器的控制流程图。在本实用新型的一个实施例中，PLC程序的控制流程如下：
1)设置注水压力、注水流量控制参数值为P0、Q0值；
2)比较监测值P、Q与设定的控制参数P0、Q0；
3)判断P与P0，Q与Q0是否相等，如不相等执行步骤4)；如相等执行步骤7)；
4)判断是自动控制还是手动控制，如果是自动控制，则执行步骤5)；如果是手动控制，则执行步骤6)；
5)通过对采集来的信号与预设的参数进行对比分析，PID解调器对变频调速器进行控制调整，执行步骤3)；
6)通过对采集来的信号与预设的参数进行对比分析，辅助手动控制对变频调速器进行控制调整，执行步骤3)；
7)控制结束。
图6为应用本实用新型控制器的泵控泵压流可调自动注水装置的主控线路图。在运用本实用新型的一个实施例中，本泵控泵的控制系统采用两个本实用新型的控制器来实现现场及远程控制。其中，一个控制器置于现场泵房即：RWV-1就地电调，另一个控制器置于远程控制的机房即仪表柜中即：仪表控制调节器；当其中的一个控制器在进行操作时另一个控制器操作无效。选择现场调节，RWV-1就地电调通过接收到的各个信号与所设定的信号进行比较，按照控制器中的控制程序进行处理输出，通过实际的需要选择手动或自动调节，从而达到对M430转速变频集成电路进行调节的控制目的；选择远程控制调节，仪表控制调节器通过接收到的各个信号与所设定的信号进行比较，按照控制器中的控制程序进行处理输出，通过实际的需要选择手动或自动调节，从而达到对M430转速变频集成电路进行调节控制目的。
如图7所示为应用本实用新型控制器的泵控泵压流可调自动注水装置的转换控制图。在运用本实用新型的一个实施例中，当所示KA0液位开关闭合，即液位达到规定的位置继电器带动开关KA0闭合，当线③与线⑧相连时，且KA3闭合，则就地调节控制起作用；当线③与线⑨相连时，且KA2闭合，则远程调节控制起作用；当线③与线⑩相连时，且KA1闭合，则手动调节控制起作用；图中KA5起到与上述KA1、KA2、KA3联锁的作用。

Claims (10)

1、一种用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其中所述的泵控泵压流可调自动注水装置包括注水泵、注水泵电机及其控制开关、增压泵及其驱动电机、变频调速器、压力变送器、流量计、转速传感器，其特征在于，所述的泵控泵压流可调控制器包括智能控制单元、调节单元、仪表装置，仪表装置分别与所述的压力变送器、转速传感器和/或流量计相连，用来采集各个泵的出入口的压力及流量信号；所述的智能控制单元与所述仪表装置相连，所述的智能控制单元通过所述仪表装置采集来的信号与预设控制信号参数进行对比，分析来对所述的调节单元进行控制调节，从而达到控制调节变频调速器的目的。
2、如权利要求1所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述仪表装置包括第一、第二、第三、第四、第五仪表接口、监测仪表、仪表控制开关；所述第一仪表接口与所述注水泵出口的压力变送器相连，用来采集所述注水泵出口的压力信号；所述第二仪表接口与所述增压泵出口的压力变送器相连，用来采集所述增压泵出口的信号；所述第三仪表接口与所述增压泵入口的压力变送器相连，用来采集所述增压泵入口的压力信号；所述第四仪表接口与所述注水泵入口前的流量计相连，用于采集所述注水泵流量信号；所述第五仪表接口与所述的增压泵的转速传感器相连，用于采集增压泵的转速信号；所述智能控制单元分别与所述各监测仪表相连，所述的智能控制单元通过对所述各个监测仪表采集来的信号与预设控制信号参数进行对比，分析，通过所述调节单元对所述的变频调速器进行调节；所述的仪表控制开关与所述注水泵电机的控制开关相连，通过所述的智能控制单元来控制仪表控制开关的通断进而控制所述注水泵电机的控制开关的通断。
3、如权利要求1或2所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述的调节单元具有两种调节工作模式：一种是手动调节模式，另一种是自动调节模式。
4、如权利要求1或2所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述的智能控制单元内包括欧姆龙CPM2A可编程控制器。
5、如权利要求1或2所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述的智能控制单元内包括西门子的PLC控制器。
6、如权利要求1或2所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述的仪表调节单元采用PID自适应手动、自动无扰切换调节器。
7、如权利要求1或2所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述的智能控制单元的控制流程如下：
1)将仪表接口采集来的各个信号分别送到监测仪表中；
2)监测仪表将从仪表接口送来的信号再送到智能控制单元；
3)通过智能控制单元对监测仪表送来的信号与预设的参数值进行对比、分析，进而控制调节单元对变频调速器进行调节；其中，辅助系统在正常情况下运行，仪表装置通过数据采集，智能控制单元通过控制调节单元，保证注水泵工作在高效区，通过仪表数据连锁，保证变频器安全运行。
8、如权利要求1或2所述的用于泵控泵压流可调自动注水装置的控制器，其特征在于：所述的智能控制单元的程序控制流程如下：
1)设置注水压力、注水流量控制参数值为P0、Q0值；
2)监测值P、Q与设定的控制参数P0、Q0比较；
3)判断P与P0，Q与Q0是否相等，如不相等执行步骤4)；如相等执行步骤7)；
4)判断是自动控制还是手动控制，如果是自动控制，则执行步骤5)；如果是手动控制，则执行步骤6)；
5)通过对采集来的信号与预设的参数进行对比分析，智能控制单元对变频调速器进行控制调整，执行步骤3)；
6)通过对采集来的信号与预设的参数进行对比分析，辅助手动控制对变频调速器进行控制调整，执行步骤3)；
7)控制结束。
9、一种泵控泵压流可调自动注水装置，其特征在于，所述的泵控泵压流可调自动注水装置包括有权利要求1或2所述的控制器。
10、如权利要求9所述的泵控泵压流可调自动注水装置，其特征在于：所述的泵控泵压流可调自动注水装置中设有两个如权利要求1或2所述的控制器，分别用于远程控制调节和现场控制调节，所述两个控制器可以切换使用。
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