CN204386855U - 注水泵站和注水泵站的节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种注水泵站的节能系统，包括：泵房，包括：多个信号采集模块，每个信号采集模块与一套注水泵组相连；多个采集柜，每个采集柜与一个信号采集模块相连，采集柜分别对信号采集模块采集对应注水泵组的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号进行信号转换和封装处理，并对外无线发送封装处理后的信号；监控室，包括：系统控制柜接收多个采集柜发送的封装处理后的信号；上位机与系统控制柜相连，上位机根据多个采集柜发送的封装处理后的信号对多套注水泵组进行控制。本实用新型能提高注水泵组的运行效率，降低人力成本和操作工人的劳动强度，实现节能降耗。本实用新型还公开了一种包括该注水泵站的节能系统的注水泵站。

Description

注水泵站和注水泵站的节能系统

技术领域

本实用新型涉及油田技术领域，特别涉及一种注水泵站的节能系统和一种注水泵站。

背景技术

随着油田综合含水率的上升，注水能耗也在急剧上升。国内油田中，注水耗电约占油田总耗电量的33％～56％，有的油田注水耗电甚至超过总耗电量的60％，其中，注水泵站中能耗又约占整个注水系统能耗的70％～80％。目前油田注水泵多使用离心泵，离心泵虽然具有排量大运行稳定的优点，但其高效区范围狭窄，运行效率一般低于70％。另外油田注水泵经过多年运行，磨损严重，特性发生改变，泵效偏低。因此，注水泵站的节能降耗对于降低油田生产成本具有重要的意义。

相关技术中，由于注水泵站自动化程度低，且主要为了电动机和保护而建立自动化设备，因此泵效及机组运行参数检测处于人工按时巡检方式，分析人员通过抄表记录得到的数据来分析注水泵组的运行状态，进而得到分析结果，最后操作工人根据分析结果调节注水泵组的启停与开度来实现注水泵站的节能降耗，该注水泵站的节能降耗方式的方框示意图如图1所示。

相关技术中注水泵站的节能降耗方式存在的缺点是：

1)、未实现自动监控，导致操作工人劳动强度大，人力成本高。

2)、未实现闭环自动控制，人工巡检方式进行系统检测的效率低，而且一旦发生故障会严重影响生产和威胁人身安全。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少从一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种注水泵站的节能系统，该注水泵站的节能系统能够实现闭环自动控制和自动监控，从而有效提高注水泵组的运行效率，降低操作工人的劳动强度和人力成本，实现节能降耗，并提高注水泵站的安全性能。

本实用新型的另一个目的在于提出一种注水泵站。

为达到上述目的，本实用新型一方面提出了一种注水泵站的节能系统，所述注水泵站包括多套注水泵组，所述注水泵站的节能系统包括：泵房，所述泵房包括：多个信号采集模块，每个所述信号采集模块与一套所述注水泵组相连，每个所述信号采集模块采集对应注水泵组的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号；多个采集柜，每个所述采集柜与一个所述信号采集模块相连，所述采集柜分别对所述流量信号、所述压力信号、所述温度信号和所述调节阀信号进行信号转换和封装处理，并对外无线发送封装处理后的信号；监控室，所述监控室包括：系统控制柜，所述系统控制柜接收所述多个采集柜发送的所述封装处理后的信号；上位机，所述上位机与所述系统控制柜相连，所述上位机根据所述多个采集柜发送的所述封装处理后的信号获取需求流量，并根据所述需求流量对所述多套注水泵组进行控制。

本实用新型提出的注水泵站的节能系统，通过每个信号采集模块采集对应注水泵组的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号，进而多个采集柜分别对各采集模块采集的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号进行信号转换和封装处理，并对外无线发送封装处理后的信号，系统控制柜接收多个采集柜发送的封装处理后的信号，最后上位机根据多个采集柜发送的封装处理后的信号获取需求流量，并根据需求流量对多套注水泵组进行控制。该注水泵站的节能系统能够实现闭环自动控制和自动监控，从而有效提高注水泵组的运行效率，降低操作工人的劳动强度和人力成本，实现节能降耗，并提高注水泵站的安全性能。

优选地，所述采集柜通过线缆与所述多个信号采集模块相连。

优选地，所述多个采集柜通过Zigbee(一种低速短距离传输的无线网络协议)网络与所述系统控制柜进行通信。

优选地，每个所述信号采集模块包括流量计、压力传感器、温度传感器和电动调节阀门状态采集接口，所述流量计、所述压力传感器、所述温度传感器和所述电动调节阀门状态采集接口分别与所述信号采集模块对应的所述采集柜相连。

优选地，所述上位机为组态上位机。

为达到上述目的，本实用新型另一方面还提出了一种注水泵站，该注水泵站包括多套注水泵组和所述的注水泵站的节能系统，所述多套注水泵组分别与所述注水泵站的节能系统相连。

本实用新型提出的注水泵站，通过注水泵站的节能系统实现闭环自动控制和自动监控，从而有效提高注水泵站中注水泵组的运行效率，降低操作工人的劳动强度和人力成本，实现节能降耗，且安全性能高。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中注水泵站的节能降耗方式的方框示意图；

图2为根据本实用新型实施例的注水泵站的节能系统的方框示意图；

图3为根据本实用新型一个具体实施例的注水泵站的节能系统的组态上位机中实时监测界面的示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的注水泵站的节能系统的上位机中节能系统模型的示意图；

图5为根据本实用新型一个实施例的注水泵站的节能系统的上位机中数据交换方式的方框示意图；以及

图6为根据本实用新型实施例的注水泵站的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本实用新型实施例提出的注水泵站的节能系统和注水泵站。

注水泵站包括多套注水泵组1，如图2所示，本实用新型实施例的注水泵站的节能系统2包括泵房21和监控室22。其中，泵房21包括多个信号采集模块211和多个采集柜212，监控室22包括系统控制柜221和上位机222。其中，每个信号采集模块211与一套注水泵组1相连，每个信号采集模块211采集对应注水泵组1的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号等信号。每个采集柜212与一个信号采集模块211相连，采集柜212分别对流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号等信号进行信号转换和封装处理，并对外无线发送封装处理后的信号。系统控制柜221接收多个采集柜212发送的封装处理后的信号。上位机222与系统控制柜221相连，上位机222根据多个采集柜212发送的封装处理后的信号获取需求流量，并根据需求流量对多套注水泵组1进行控制以实现闭环自动控制。

需要说明的是，在本实用新型的一个实施例中，注水泵组1可以包括电动调节阀门、离心泵和电机等。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，采集柜212可以通过线缆与多个信号采集模块211相连。进一步地，在本实用新型的一个实施例中，泵房21和监控室22之间可以采用无线方式例如ZigBee的方式传输信号，其中，多个采集柜212可以通过免费2.4G频段的Zigbee网络与系统控制柜221进行通信包括数据传递，从而可以有效降低操作工人的劳动强度和时间成本，还可以降低注水泵站的人力成本，提高数据传输的时效性。其中，Zigbee网络具有自组网特性，可以灵活选择信号传输链路。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，每个信号采集模块211可以包括流量计、压力传感器、温度传感器和电动调节阀门状态采集接口，流量计、压力传感器、温度传感器和电动调节阀门状态采集接口分别与信号采集模块211对应的采集柜212相连。其中，流量计用于检测注水泵组1的流量，并根据注水泵组1的流量生成流量信号。压力传感器用于检测注水泵组1的压力，并根据注水泵组1的压力生成压力信号。温度传感器用于检测注水泵组1的温度，并根据注水泵组1的温度生成温度信号。电动调节阀门状态采集接口用于检测注水泵组1中电动调节阀门的启停状态与开度，并根据电动调节阀门的启停状态与开度生成调节阀信号。具体地，在本实用新型的一个实施例中，每个信号采集模块211可以包括一个流量计、3个压力传感器、4个温度传感器和1个电动调节阀门状态采集接口，此时，压力信号和温度信号可以为4～20mA信号。

在本实用新型的一个实施例中，流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号等信号为模拟量的电流信号，采集柜212分别将流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号等信号进行信号转换为数字量信号，进而按照Zigbee网络需求的格式对数字量信号进行封装。

具体地，在本实用新型的另一个实施例中，泵房21还可以包括干线压力传感器，干线压力传感器用于检测多套注水泵组1的出口干线压力，并根据多套注水泵组1的出口干线压力生成出口干线压力信号。具体地，在本实用新型的一个实施例中，出口干线压力信号可以为4～20mA信号。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，上位机222为组态上位机。在本实用新型的一个具体实施例中，组态上位机可以包括组态工具，通过组态工具的实时监测界面可以完成多套注水泵组1的注水过程自动监测。具体地，组态上位机包括有多级操作画面，从而可以实时动态地显示注水泵站各设备的工艺参数和综合信息等数据，例如多个采集柜212发送的封装处理后的信号，其中，组态上位机的实时监测界面如图3所示。

需要说明的是，可以在上位机222上利用Matlab开发智能模型库，建立电机效率和注水泵组1的节能效率模型，并根据经验公式建立如图4所示的节能系统模型以实时计算注水泵站的需求流量，进而根据需求流量动态分配单台注水泵的工况指标例如控制电动调节阀门的启停状态与开度，在优化单台注水泵的同时，优化多套注水泵组1中注水泵的工况组合，提高注水泵组1的运行效率，降低工人的劳动强度，达到节能降耗和提高安全性能的目的。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，上位机222可以采用基于OPC(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE)技术的Matlab与组态工具之间的动态数据交换方法，来实现组态OPC服务器采集的现场实时数据与MATLAB仿真运算所得数据的交换，从而简化了上位机222中复杂控制算法的编制及运算过程，提高上位机222代码的执行效率。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，节能系统数学模型采用数值分析的方法评估注水泵站的节能系统2的节能性能，评估时选取了对注水泵站的能耗损失影响较大的使用因素：离心泵的进口流量、离心泵效率与离心泵流量的关系、电机负载与电机效率的关系等，并就上述部分使用因素对注水泵组1的节能特性的影响，建立了相应的修正方法以在使用条件变化例如工艺变化时，对注水泵组1的节能效率模型进行自动修正和优化。该节能系统数学模型能够在维持出口干线压力的前提下，使注水泵站的节能系统2的输入功率最优，最终实现节能目标。

上述注水泵站的节能系统2通过对多套注水泵组1的联合监控，可以实现区域注水联调，不仅可以提高注水泵站的生产效率，降低注水泵站的安全隐患，还可以通过多注水泵站的数据分析计算节能方案，实现节约注水泵站的能耗。另外，用户可以通过注水泵站的节能系统2实时监测注水泵与注水泵组1的运行效率，便于找出低效注水泵组1和低效的原因，从而为治理注水泵站的高能耗找到方向，并为治理注水泵站的效果提供评价依据。

本实用新型提出的注水泵站的节能系统，通过每个信号采集模块采集对应注水泵组的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号，进而多个采集柜分别对各采集模块采集的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号进行信号转换和封装处理，并对外无线发送封装处理后的信号，系统控制柜接收多个采集柜发送的封装处理后的信号，最后上位机根据多个采集柜发送的封装处理后的信号获取需求流量，并根据需求流量对多套注水泵组进行控制。该注水泵站的节能系统能够实现闭环自动控制和自动监控，从而有效提高注水泵组的运行效率，降低操作工人的劳动强度和人力成本，实现节能降耗，并提高注水泵站的安全性能。

本实用新型另一方面还提出了一种注水泵站，如图6所示，该注水泵站包括多套注水泵组1和的注水泵站的节能系统2，多套注水泵组1分别与注水泵站的节能系统2相连。

本实用新型提出的注水泵站，通过注水泵站的节能系统实现闭环自动控制和自动监控，从而有效提高注水泵站中注水泵组的运行效率，降低操作工人的劳动强度和人力成本，实现节能降耗，且安全性能高。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种注水泵站的节能系统，所述注水泵站包括多套注水泵组，其特征在于，所述注水泵站的节能系统包括：

泵房，所述泵房包括：

多个信号采集模块，每个所述信号采集模块与一套所述注水泵组相连，每个所述信号采集模块采集对应注水泵组的流量信号、压力信号、温度信号和调节阀信号；

多个采集柜，每个所述采集柜与一个所述信号采集模块相连，所述采集柜分别对所述流量信号、所述压力信号、所述温度信号和所述调节阀信号进行信号转换和封装处理，并对外无线发送封装处理后的信号；

监控室，所述监控室包括：

系统控制柜，所述系统控制柜接收所述多个采集柜发送的所述封装处理后的信号；

上位机，所述上位机与所述系统控制柜相连，所述上位机根据所述多个采集柜发送的所述封装处理后的信号获取需求流量，并根据所述需求流量对所述多套注水泵组进行控制。

2.如权利要求1所述的注水泵站的节能系统，其特征在于，所述采集柜通过线缆与所述多个信号采集模块相连。

3.如权利要求2所述的注水泵站的节能系统，其特征在于，所述多个采集柜通过Zigbee网络与所述系统控制柜进行通信。

4.如权利要求1所述的注水泵站的节能系统，其特征在于，每个所述信号采集模块包括流量计、压力传感器、温度传感器和电动调节阀门状态采集接口，所述流量计、所述压力传感器、所述温度传感器和所述电动调节阀门状态采集接口分别与所述信号采集模块对应的所述采集柜相连。

5.如权利要求1所述的注水泵站的节能系统，其特征在于，所述上位机为组态上位机。

6.一种注水泵站，其特征在于，包括多套注水泵组和如权利要求1-5中任一项所述的注水泵站的节能系统，所述多套注水泵组分别与所述注水泵站的节能系统相连。