CN206819172U - 一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，包括PLC控制器、触摸屏、液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵。所述液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵均通过电缆连接PLC控制器，触摸屏与PLC控制器通过以太网通讯方式进行连接。所述PLC控制器接收液位传感器信号控制吸入阀的阀门开度，所述PLC控制器还接收压力传感器信号和流量传感器信号控制吸入泵的转速。本实用新型的系统使混砂车的液位控制更快速、压力和流量稳定。解决了液位偏差大时，液位调控的滞后问题，可更好地实现液位的平稳控制。

Description

一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及混砂车的液位控制系统，特别涉及一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统。

背景技术

混砂车主要用于加砂压裂作业中将液体(可以是清水、基液等)和支撑剂(石英砂或陶粒)、添加剂(固体或液体)按一定比例混合，向施工中的压裂车(组)以一定压力泵送不同砂比、不同黏度的压裂液进行压裂作业，该设备适用于陆地大、中型油井和气田的压裂、酸化施工作业。而液位的自动控制是混砂车控制系统中尤为重要的一环，传统的液位自动控制是根据液位偏差来同时调节吸入泵转速及吸入阀的开度来实现对液位的双重调控，但当偏差较大时，对吸入阀调节后，吸入泵依旧需要一定的时间才可达到设定转速，对液位的调控滞后、跟随性较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，用于油气田压裂作业过程中混砂车液位自动控制系统。作业过程中，将吸入压力设置为恒定值(如0.2MPa)，根据液位变化率PLC自动调节吸入阀开度的大小，系统再根据压力情况调节吸入泵转速。与传统的液位自动控制相比，本实用新型解决了液位偏差大时，液位调控的滞后问题，可更好地实现液位的平稳控制。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，包括PLC控制器、触摸屏、液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵。

所述液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵均通过电缆连接PLC控制器，触摸屏与PLC控制器通过以太网通讯方式进行连接。

所述液位传感器设置于罐体上，检测混砂车罐体液位信号，所述压力传感器设置于吸入泵管路上，检测吸入泵压力信号，所述流量传感器设置于吸入泵管路上，检测吸入泵管路流量信号，所述PLC控制器接收液位传感器信号控制吸入阀的阀门开度，所述PLC控制器还接收压力传感器信号和流量传感器信号，控制吸入泵的转速。

所述吸入阀为电动调节蝶阀，接收PLC控制器的4～20毫安阀门开度信号，并能够以 4～20毫安信号形式把阀门开度信号反馈回PLC控制器。

所述PLC控制器为小型可编程控制器装置，优选西门子S7200SMART。

所述触摸屏优选西门子SMART700。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

由于控制过程中引入吸入压力参数，吸入泵的转速根据吸入压力调节，由于压力作用，吸入泵的转速相较于未加入压力控制时，实际转速更接近设定转速，在调控过程中吸入泵滞后时间更短、跟随性更好。在原有双闭环控制的基础上，进一步减少了调控滞后的现象，减少液位波动，使液位控制更平稳、快速。

附图说明

图1是本实用新型的混砂车恒压稳流式液位自动控制系统结构示意图；

图2是本实用新型的液位闭环控制方法结构图；

图3是本实用新型的压力闭环控制方法结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，包括PLC控制器、触摸屏、液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵。

所述液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵均通过电缆连接PLC控制器，触摸屏与PLC控制器通过以太网通讯方式进行连接。

所述液位传感器设置于罐体上，检测混砂车罐体液位信号，所述压力传感器设置于吸入泵管路上，检测吸入泵压力信号，所述流量传感器设置于吸入泵管路上，检测吸入泵管路流量信号，所述PLC控制器接收液位传感器信号控制吸入阀的阀门开度，所述PLC控制器还接收压力传感器信号和流量传感器信号，控制吸入泵的转速。

所述吸入阀为电动调节蝶阀，接收PLC控制器的4～20毫安阀门开度信号，并能够以 4～20毫安信号形式把阀门开度信号反馈回PLC控制器。

所述PLC控制器为小型可编程控制器装置，优选西门子S7200SMART。

所述触摸屏优选西门子SMART700。

如图2和图3所示，一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统的控制方法为：在混砂车液位控制中引入吸入泵的吸入压力作为液位控制的输入参数，配合液位参数，采用液位和压力分别独立闭环控制方法对吸入阀开度和吸入泵转速进行控制，另外，在液位闭环中又加入了阀门开度反馈信号，在压力闭环中又加入了流量反馈信号，在每个闭环中又形成了串级闭环控制，使混砂车的液位控制更快速、压力和流量稳定；控制方法采用的步骤如下：

步骤一、在混砂车罐内设置液位传感器，PLC控制器通过液位传感器读取混砂车罐内液位信息，同时，在PLC控制系统中对罐体液位值进行设定，传感器检测的液位与液位设定值进行比较后，将差值输入PID控制器；

步骤二、PLC控制器内部的PID控制器根据输入的液位差值信号进行调节输出，输出信号为吸入阀的开度信号；

步骤三、吸入阀根据PLC输出的4～20毫安信号执行开度动作，同时阀门的蝶阀开度信息以4～20毫安信号形式反馈回PLC控制系统，形成阀门开度的闭环控制，阀门开度闭环与液位闭环串联形成液位-吸入阀的串级闭环控制回路，对混砂车罐内液位进行控制；

步骤四、在吸入管路上设置压力传感器，PLC控制器通过压力传感器读取吸入泵的吸入压力信息，同时，在PLC控制系统中对吸入压力进行设定，传感器的吸入压力与设定压力进行比较后，将差值输入PID控制器；

步骤五、PLC控制器内部的PID控制器根据输入的压力差值信号进行调节输出，输出信号为吸入泵的转速信号；

步骤六、吸入泵驱动系统根据PLC输出的4～20毫安信号对吸入泵进行转速调节，同时流量传感器将检测到的流量变化信号反馈给PLC控制系统，形成吸入泵的压力-流量串级控制系统，对混砂车罐内砂浆的输入流量和压力进行控制。

本控制方法在保证了罐内砂浆液位稳定的同时也保证了砂浆输入压力和流量的稳定，使罐内砂浆液位不会在调节时产生大波动。

本实用新型的控制过程为：

1、首先通过显示屏设置液位设定值及吸入压力设定值，通过显示屏或操作面板将吸入设置为自动控制状态。液位传感器的信号实时传送到PLC,系统不断地将液位传感器检测到的液位值与设定值作比较得出液位偏差，并计算得出液位的变化率。在不同的液位偏差下，不同的液位变化率对应转化为吸入阀不同的开启角度值，同时，将电动调节蝶阀检测到的阀门开度信号与该吸入阀开度值作比较，得出偏差，经PID算法处理后的信号作用于吸入阀，从而改变吸入阀的开度。

2、吸入泵的转速由吸入设定压力值决定，系统实时检测吸入压力信号并与设定压力值作比较，将吸入压力偏差信号经过PID算法处理，转化为吸入泵的排量信号作用于吸入泵，从而改变吸入泵转速。

通过不同液位偏差下的液位变化率调节吸入阀开度、吸入压力偏差调节吸入泵排量以实现对吸入排量的精准调控，并在偏差较大时，由于吸入压力参数的引入，可保证吸入泵的转速快速跟随，而尽可能的减小了吸入泵的滞后时间，准确、及时的调控液位高度以满足液位设定值的要求。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (4)

1.一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，其特征在于，包括PLC控制器、触摸屏、液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵；

所述液位传感器、压力传感器、流量传感器、吸入阀和吸入泵均通过电缆连接PLC控制器，触摸屏与PLC控制器通过以太网通讯方式进行连接；

所述液位传感器设置于罐体上，检测混砂车罐体液位信号，所述压力传感器设置于吸入泵管路上，检测吸入泵压力信号，所述流量传感器设置于吸入泵管路上，检测吸入泵管路流量信号，所述PLC控制器接收液位传感器信号控制吸入阀的阀门开度，所述PLC控制器还接收压力传感器信号和流量传感器信号，控制吸入泵的转速。

2.根据权利要求1所述的一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，其特征在于，所述吸入阀为电动调节蝶阀，接收PLC控制器的4～20毫安阀门开度信号，并能够以4～20毫安信号形式把阀门开度信号反馈回PLC控制器。

3.根据权利要求1所述的一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，其特征在于，所述PLC控制器为小型可编程控制器装置，优选西门子S7200SMART。

4.根据权利要求1所述的一种混砂车恒流稳压式液位自动控制系统，其特征在于，所述触摸屏优选西门子SMART700。