專利名稱：電控型地面防噴器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油天然氣井控技術(shù)領(lǐng)域，是一種地面防噴器遠(yuǎn)程 控制裝置，特別是電控型的地面防噴器控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，石油天然氣地面防噴器控制裝置多數(shù)采用的是遠(yuǎn)程遙控，主 要是氣控方式。
氣控方式是利用壓縮空氣對地面防噴器遠(yuǎn)程控制臺的控制操作。結(jié) 構(gòu)比較簡單，通過高壓送氣管線連接控制臺的氣缸，實現(xiàn)對防噴器的控 制。高壓管線內(nèi)壓縮空氣里的水氣容易凝結(jié)成水在管線內(nèi)流動，并積存 在較低洼的地方形成積水。在寒冷地帶使用氣控方式時積水就會結(jié)成冰， 導(dǎo)致堵塞氣路通道現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致高壓空氣管線被凍裂。嚴(yán)重影響對防 噴器遠(yuǎn)程控制臺的控制操作。另外，采用氣控方式，在司鉆臺或輔助臺 上不能及時顯示遠(yuǎn)程控制臺的轉(zhuǎn)闊位置。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種電控型地面防噴器控制裝置，實現(xiàn)通
過HMI面板/按鈕箱對遠(yuǎn)程控制臺進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。實現(xiàn)對地面防噴器控制 操作信號傳遞可靠、動作靈敏，并且通過磁性開關(guān)的信號在HMI面板/ 按鈕箱上顯示遠(yuǎn)程臺的轉(zhuǎn)閥位置。
本實用新型所采取的技術(shù)方案是電控型地面防噴器控制裝置包括 PLC模塊，觸摸屏，傳感器、氣馬達(dá)調(diào)壓閥，還包括滿足電控型遠(yuǎn)程遙 控用的電控箱和電磁閥箱、HMI面板/按鈕控制箱。采用PR0FIBUS通訊
電纜傳遞控制信號，采用供電電纜為HMI面板/按鈕箱供電。對PLC編程， 對觸摸屏編輯界面，通過HMI面板/按鈕箱對遠(yuǎn)程控制臺進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。
電控系統(tǒng)的電器部分包括控制部分供電系統(tǒng)、PLC模塊部分部分和 電機(jī)控制部分。電控系統(tǒng)動力電為380V/50Hz或460V/60Hz.
控制部分供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)是空氣開關(guān)QF2上火接兩相動力電 380V/460V，在空氣開關(guān)QF2的上火接指示燈HL1，顯示整個電控系統(tǒng)是 否有電，在指示燈HL1之前接熔斷器FU進(jìn)行保護(hù)?？諝忾_關(guān)QF2的下火 接變壓器TA， TA將兩相動力電變?yōu)?20V電壓，變壓器TA的下火接不間 斷電源UPS， UPS為控制部分提供備用電源。為檢測控制部分的供電是否 為UPS消耗蓄電池供電，在不間斷電源UPS上火并入中間繼電器KA1的 線圈，當(dāng)UPS上火有電時，KA1的線圈吸合，則中間繼電器KA1的常開 觸點閉合，將信號輸入PLC模塊數(shù)字量輸入模塊。不間斷電源UPS的下 火接直流電源Tl和T2，將220VAC電源變?yōu)?4VDC。其中Tl僅為PLC 模塊的CPU供電，T2為PLC模塊的其余模塊供電，并給HMI面板/按鈕 箱提供24V電源。在不間斷電源UPS下火并入中間繼電器KA2的常開觸 點和報警電鈴。當(dāng)有報警信號時，PLC模塊控制中間繼電器KA2的線圈 吸合，繼而中間繼電器KA2的常開觸點閉合，電鈴?fù)姲l(fā)出報警聲響。 在直流電源T2的下火有指示燈HL2， HL2指示24V控制電源是否供電。
PLC模塊部分電路結(jié)構(gòu)是分為模擬量輸入AI模塊，數(shù)字量輸入DI 模塊，數(shù)字量輸出DO模塊三個部分。壓力傳感器SP和液位傳感器SQ 連接模擬量輸入AI模塊，傳感器連接AI模塊的數(shù)量在4一10個之間。 壓力傳感器用來記錄防噴器控制系統(tǒng)各處的壓力值，包括蓄能器壓力， 管匯壓力，環(huán)形壓力，氣源壓力。通過PLC模塊計算發(fā)出報警，通過變 送，在HMI面板/按鈕箱上遠(yuǎn)程顯示壓力值。液位傳感器SQ記錄油箱液 位，通過PLC模塊計算發(fā)出油箱液位低、高報警。Sl、 S2為顯示三位四 通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的磁性開關(guān)，根據(jù)防噴器控制對象數(shù)量的不同，對應(yīng)
三位四通轉(zhuǎn)閥的數(shù)量不同，磁性開關(guān)的數(shù)量也相應(yīng)改變。Sl、 S2磁性開 關(guān)連接DI模塊。顯示三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的磁性開關(guān)S1和磁性開 關(guān)S2數(shù)量各為4-15個。DI模塊連接有環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥出口壓力增壓 調(diào)節(jié)按鈕SB3; DI模塊連接有環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥出口壓力減壓調(diào)節(jié)按鈕 SB4; DI模塊連接有報警發(fā)生時對報警信號進(jìn)行確認(rèn)的按鈕SB5; DI模 塊連接有試驗報警的按鈕SB6; DI模塊連接有檢測UPS上火是否有電的 中間繼電器KA1的常開觸點；DI模塊連接有檢測電機(jī)自動位置的雙向旋 鈕開關(guān)的選擇開關(guān)SA; DI模塊連接有顯示電機(jī)運行狀態(tài)的交流接觸器 KM的常開輔助觸點；DI模塊連接有防止在HMI面板上對遠(yuǎn)程控制臺誤操 作的二次確認(rèn)按鈕SB7; DI模塊連接有檢測電機(jī)是否過載缺相的熱繼電 器FR的常開觸點。
YV1和YV2為控制三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的電磁闊，根據(jù)防噴器 數(shù)量的不同，對應(yīng)三位四通轉(zhuǎn)閥的數(shù)量不同，電磁閥的數(shù)量也相應(yīng)改變。 為控制三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的電磁閥YV1和電磁閥YV2的數(shù)量各有 4-15個。電磁閥YV1和電磁閥YV2連接D0模塊。DO模塊還連接有為控 制環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥增壓的電磁閥YV15， DO模塊還連接有為控制環(huán)形氣 馬達(dá)調(diào)壓閥減壓的電磁閥YV16。DO模塊還連接有報警燈HL4，報警燈HL4 的數(shù)量在3—IO個之間。DO模塊還連接有報警發(fā)生時控制警鈴報警的中 間繼電器KA2的線圈；DO模塊還連接有控制電機(jī)自動運行的中間繼電器 KA3的線圈。在電機(jī)自動狀態(tài)時，當(dāng)蓄能器壓力低于設(shè)定的電機(jī)啟動值 時，PLC控制中間繼電器KA3的線圈吸合，繼而中間繼電器KA3的常開 觸點閉合，電機(jī)的控制回路接通，電機(jī)運轉(zhuǎn)，油泵為蓄能器打壓。當(dāng)蓄 能器的壓力高于設(shè)定的電機(jī)停止值時，PLC模塊控制中間繼電器KA3的 線圈釋放，繼而中間繼電器KA3的常開觸點斷開，電機(jī)的控制回路斷開， 電機(jī)停止運轉(zhuǎn)。
電機(jī)部分的電路結(jié)構(gòu)是電機(jī)部分的主回路斷路器QF1的上火接
三相動力電，下火接交流接觸器KM，交流接觸器KM的下火接熱繼電器 FR，熱繼電器的下火接三相電動機(jī)M。三相電動機(jī)M的轉(zhuǎn)動帶動電動油 泵為蓄能器打高壓油。電機(jī)部分的控制回路為斷路器QF1的一項下火 L2接雙向旋鈕開關(guān)SA，通過SA可以使電機(jī)處于自動控制狀態(tài)或手動控 制狀態(tài)。雙向旋鈕開關(guān)SA的手動控制位置串連停止按鈕SB1，停止按鈕 SB1后串連起動按鈕SB2，起動按鈕SB2兩端并聯(lián)交流接觸器KM的常開 輔助觸點。雙向旋鈕開關(guān)SA的自動控制位置串連中間繼電器KA3的常開 觸點，當(dāng)蓄能器的壓力不足時，PLC模塊控制KA3的線圈吸合，從而KA3 的常開觸點吸合。在中間繼電器KA3的常開觸點后串入交流接觸器KM 的線圈，KM的線圈后串熱繼電器FR的常閉觸點，然后回接QF1的另一 相下火。為顯示電機(jī)是否在自動控制位置，在雙向旋鈕開關(guān)SA的自動控 制位置后連接指示燈HL3。當(dāng)防噴器控制裝置的蓄能器容量增加時，可 再增加一套電機(jī)控制系統(tǒng)，即電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)量為2套。
本實用新型采用PLC模塊做主站，HMI面板/按鈕箱做從站的主從控 制系統(tǒng)，主站PLC模塊和從站HMI面板/按鈕箱之間采用現(xiàn)在比較成熟的 高可靠性的PR0FIBUS工業(yè)總線進(jìn)行通訊。在HMI面板/按鈕箱上可以方 便的對防噴器組進(jìn)行開關(guān)操作。當(dāng)需要操作防噴器時，在HMI面板/按鈕 箱按下相應(yīng)的按鈕，通過PR0FIBUS工業(yè)總線傳送一個數(shù)字量輸入信號進(jìn) 入PLC模塊，然后由PLC模塊發(fā)出一個數(shù)字量輸出信號給電磁閥箱相應(yīng) 的電磁閥，二位五通的電磁閥動作，使相應(yīng)的三位四通轉(zhuǎn)閥的氣缸通氣， 推動氣缸活塞，帶動轉(zhuǎn)閥換向手柄，使遠(yuǎn)程控制臺上相應(yīng)的三位四通轉(zhuǎn) 閥換向，從而關(guān)閉防噴器。當(dāng)氣缸的活塞到達(dá)控制位置時，氣缸兩端的 磁性開關(guān)接通并發(fā)出電信號，將轉(zhuǎn)閥的位置傳入PLC模塊，從而在HMI 面板/按鈕箱上顯示出。并且在觸摸屏上可以對防噴器組的形式進(jìn)行設(shè)定 和修改，使用者可以根據(jù)不同鉆井階段防噴器的配置來選擇不同的組合。
由于采用了傳感器，能夠輸出連續(xù)的模擬量信號，可以記錄壓力值
的趨勢曲線，通過曲線，可以觀察到蓄能器、管匯、環(huán)形壓力的變化情 況。在更改報警點和電機(jī)自動起停的設(shè)置上只需在觸摸屏上更改即可完 成，方便、快捷、準(zhǔn)確。為確保系統(tǒng)安全型和準(zhǔn)確性，在更改系統(tǒng)配置 時增加了用戶密碼，不同級別的用戶可以有不同的操作權(quán)限。系統(tǒng)還配 備了一套備用電源系統(tǒng)，即UPS系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)的主電源供應(yīng)出現(xiàn)故
障時，UPS系統(tǒng)將自動啟動，能夠保證控制系統(tǒng)的遙控操作至少兩小時以上。
本實用新型還在環(huán)形調(diào)壓使用了氣馬達(dá)式調(diào)壓閥，使用環(huán)形壓力可 以通過手動或氣動設(shè)定在需要的值。當(dāng)氣源失效時調(diào)壓閥保持調(diào)定的壓 力。
本實用新型的有益效果本實用新型電控型地面防噴器控制裝置通
過HMI面板和按鈕箱對地面防噴器控制臺進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，實現(xiàn)對地面防
噴器控制操作信號傳遞可靠、動作靈敏，并且能通過磁性開關(guān)的信號來 顯示遠(yuǎn)程臺的轉(zhuǎn)閥位置。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是本實用新型電控型地面防噴器控制裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l.控制部分供電系統(tǒng)，2. PLC模塊部分，3.電機(jī)部分。
具體實施方式

實施例l:參閱圖1。本實用新型電控型地面防噴器控制裝置，包括 PLC模塊、觸摸屏、傳感器、氣馬達(dá)調(diào)壓閥，還包括電控型遠(yuǎn)程遙控用
的電控箱和電磁閥箱、HMI面板/按鈕控制箱和PR0FIBUS通訊電纜。
參閱附圖2。電控系統(tǒng)的電器部分包括控制部分供電系統(tǒng)(l)、 PLC 模塊部分(2)和電機(jī)控制部分(3)。電控系統(tǒng)動力電為380V/50Hz。本實
施例電控型地面防噴器控制裝置是為控制防噴器的7個控制對象設(shè)計 的。
控制部分供電系統(tǒng)(l)的電路結(jié)構(gòu)是空氣開關(guān)QF2接兩相動力電 380V,在空氣開關(guān)QF2的上火接指示燈HL1，在指示燈HL1之前接熔斷器 FU。空氣開關(guān)QF2的下火接變壓器TA， TA將兩相動力電變?yōu)?20V電壓， 變壓器TA的下火接不間斷電源UPS。在不間斷電源UPS上火并入中間繼 電器KA1的線圈。不間斷電源UPS的下火接直流電源T1和直流電源T2。 其中Tl為PLC模塊的CPU供電，T2為PLC模塊的其余模塊供電，并給 HMI面板/按鈕箱提供24V電源。在不間斷電源UPS下火并入中間繼電器 KA2的常開觸點和報警電鈴。在直流電源T2的下火有指示燈HL2。
PLC模塊部分(2)電路結(jié)構(gòu)是分為模擬量輸入AI模塊，數(shù)字量輸 入DI模塊，數(shù)字量輸出DO模塊三個部分。壓力傳感器SP和液位傳感器 SQ連接模擬量輸入AI模塊，所述的壓力傳感器為4個，液位傳感器1 個，傳感器連接AI模塊的數(shù)量是5個。Sl、 S2磁性開關(guān)連接DI模塊。 顯示三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的磁性開關(guān)Sl和磁性開關(guān)S2數(shù)量各為7 個。DI模塊連接有環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥出口壓力增壓調(diào)節(jié)按鈕SB3; DI模 塊連接有環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥出口壓力減壓調(diào)節(jié)按鈕SB4; DI模塊連接有 報警發(fā)生時對報警信號進(jìn)行確認(rèn)的按鈕SB5; DI模塊連接有試驗報警的 按鈕SB6; DI模塊連接有檢測UPS上火是否有電的中間繼電器KA1的常 開觸點；DI模塊連接有檢測電機(jī)自動位置的雙向旋鈕開關(guān)的選擇開關(guān) SA; DI模塊連接有顯示電機(jī)運行狀態(tài)的交流接觸器KM的常開輔助觸點； DI模塊連接有防止在HMI面板上對遠(yuǎn)程控制臺誤操作的二次確認(rèn)按鈕 SB7; DI模塊連接有檢測電機(jī)是否過載缺相的熱繼電器FR的常開觸點。 電磁閥YV1和電磁閥YV2連接DO模塊。為控制三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置 的電磁閥YV1和電磁閥YV2的數(shù)量各有7個。為控制氣馬達(dá)增壓的電磁 閥YV15和控制氣馬達(dá)減壓的電磁閥YV16各有1個。DO模塊還連接有報
警燈HL4，報警燈HL4的數(shù)量是3個。D0模塊還連接有報警發(fā)生時控制 警鈴報警的中間繼電器KA2的線圈；DO模塊還連接有控制電機(jī)自動運行 的中間繼電器KA3的線圈。
電機(jī)控制部分(3)的數(shù)量為l套。電機(jī)控制部分(3)的電路結(jié)構(gòu)是 電機(jī)控制部分(3)的主回路斷路器QF1的上火接三相動力電，下火接交 流接觸器KM，交流接觸器KM的下火接熱繼電器FR，熱繼電器的下火接 三相電動機(jī)M。電機(jī)控制部分(3)的控制回路為斷路器QF1的一項下火 L2接雙向旋鈕開關(guān)SA。雙向旋鈕開關(guān)SA的手動控制位置串連停止按鈕 SB1，停止按鈕SB1后串連起動按鈕SB2，起動按鈕SB2兩端并聯(lián)交流接 觸器的常開輔助觸點KM。雙向旋鈕開關(guān)SA的自動控制位置串連中間繼 電器KA3的常開觸點。在中間繼電器KA3后串入交流接觸器的線圈KM， 線圈KM后串連熱繼電器的常閉觸點FR，然后回接QF1的另一相下火。 在雙向旋鈕開關(guān)SA的自動控制位置后連接指示燈HL3。
權(quán)利要求1、一種電控型地面防噴器控制裝置，包括PLC模塊、觸摸屏、傳感器、氣馬達(dá)調(diào)壓閥，還包括電控型遠(yuǎn)程遙控用的電控箱和電磁閥箱、HMI面板/按鈕控制箱和PROFIBUS通訊電纜，其特征在于電控系統(tǒng)的電器部分包括控制部分供電系統(tǒng)(1)、PLC模塊部分(2)和電機(jī)控制部分(3)，電控系統(tǒng)動力電為380V/50Hz或460V/60Hz；控制部分供電系統(tǒng)(1)的電路結(jié)構(gòu)是空氣開關(guān)QF2上火接兩相動力電380V或460V，在空氣開關(guān)QF2的上火接指示燈HL1，在指示燈HL1之前接熔斷器FU，空氣開關(guān)QF2的下火接變壓器TA，TA將兩相動力電變?yōu)?20V電壓，變壓器TA的下火接不間斷電源UPS，在不間斷電源UPS上火并入中間繼電器KA1的線圈，不間斷電源UPS的下火接直流電源T1和直流電源T2，其中T1為PLC模塊的CPU供電，T2為PLC模塊的其余模塊供電，并給HMI面板/按鈕箱提供24V電源，在不間斷電源UPS下火并入中間繼電器KA2的常開觸點和報警電鈴，在直流電源T2的下火有指示燈HL2；PLC模塊部分(2)電路結(jié)構(gòu)是分為模擬量輸入AI模塊，數(shù)字量輸入DI模塊，數(shù)字量輸出DO模塊三個部分，壓力傳感器SP和液位傳感器SQ連接模擬量輸入AI模塊，傳感器連接AI模塊的數(shù)量在4-10個之間，S1、S2磁性開關(guān)連接DI模塊，顯示三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的磁性開關(guān)S1和磁性開關(guān)S2數(shù)量各為4-15個，DI模塊連接有環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥出口壓力增壓調(diào)節(jié)按鈕SB3；DI模塊連接有環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥出口壓力減壓調(diào)節(jié)按鈕SB4；DI模塊連接有報警發(fā)生時對報警信號進(jìn)行確認(rèn)的按鈕SB5；DI模塊連接有試驗報警的按鈕SB6；DI模塊連接有檢測UPS上火是否有電的中間繼電器KA1的常開觸點；DI模塊連接有檢測電機(jī)自動位置的雙向旋鈕開關(guān)的選擇開關(guān)SA；DI模塊連接有顯示電機(jī)運行狀態(tài)的交流接觸器KM的常開輔助觸點；DI模塊連接有防止在HMI面板上對遠(yuǎn)程控制臺誤操作的二次確認(rèn)按鈕SB7；DI模塊連接有檢測電機(jī)是否過載缺相的熱繼電器FR的常開觸點，電磁閥YV1和電磁閥YV2連接DO模塊，為控制三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置的電磁閥YV1和電磁閥YV2的數(shù)量各有4-15個，DO模塊還連接有為控制環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥增壓的電磁閥YV15，DO模塊還連接有為控制環(huán)形氣馬達(dá)調(diào)壓閥減壓的電磁閥YV16，DO模塊還連接有報警燈HL4，報警燈HL4的數(shù)量在3-10個之間，DO模塊還連接有報警發(fā)生時控制警鈴報警的中間繼電器KA2的線圈；DO模塊還連接有控制電機(jī)自動運行的中間繼電器KA3的線圈；電機(jī)控制部分(3)的電路結(jié)構(gòu)是電機(jī)控制部分(3)的主回路斷路器QF1的上火接三相動力電，下火接交流接觸器KM，交流接觸器KM的下火接熱繼電器FR，熱繼電器的下火接三相電動機(jī)M，電機(jī)控制部分(3)的控制回路為斷路器QF1的一項下火L2接雙向旋鈕開關(guān)SA，雙向旋鈕開關(guān)SA的手動控制位置串連停止按鈕SB1，停止按鈕SB1后串連起動按鈕SB2，起動按鈕SB2兩端并聯(lián)交流接觸器KM的常開輔助觸點，雙向旋鈕開關(guān)SA的自動控制位置串連中間繼電器KA3的常開觸點，在中間繼電器KA3的常開觸點后串入交流接觸器KM的線圈，KM的線圈后串連熱繼電器FR的常閉觸點，然后回接QF1的另一相下火，在雙向旋鈕開關(guān)SA的自動控制位置后連接指示燈HL3。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電控型地面防噴器控制裝置，其特征是: 所述的壓力傳感器為4個，液位傳感器l個，所述的顯示三位四通轉(zhuǎn)閥 開、關(guān)位置的磁性開關(guān)Sl和磁性開關(guān)S2數(shù)量各為4-15個。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電控型地面防噴器控制裝置，其特征是 所述的為控制三位四通轉(zhuǎn)閥開、關(guān)位置電磁閥YV1和電磁閥YV2的數(shù)量 各有4-15個，為控制氣馬達(dá)調(diào)壓閥增壓的電磁閥YV15為1個，為控制 氣馬達(dá)調(diào)壓閥減壓的電磁閥YV16為1個。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電控型地面防噴器控制裝置，其 特征是所述的電機(jī)控制部分(3)的數(shù)量為1-2套,
專利摘要電控型地面防噴器控制裝置，應(yīng)用于石油天然氣防噴器的遠(yuǎn)程控制。包括PLC模塊、觸摸屏、傳感器、氣馬達(dá)調(diào)壓閥，還包括電控型遠(yuǎn)程遙控用的電控箱和電磁閥箱、HMI面板/按鈕控制箱和PROFIBUS通訊電纜。其特征在于電控系統(tǒng)的電器部分包括控制部分供電系統(tǒng)、PLC模塊部分和電機(jī)控制部分。電控系統(tǒng)動力電為380V/50Hz或460V/60Hz。效果是通過HMI面板和按鈕箱對地面防噴器控制臺進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，實現(xiàn)對地面防噴器控制操作信號傳遞可靠、動作靈敏，并且能通過磁性開關(guān)的信號來顯示遠(yuǎn)程臺的轉(zhuǎn)閥位置。
文檔編號E21B33/06GK201057015SQ200720148878
公開日2008年5月7日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者何偉紅, 張立剛, 娜 王, 王曉穎, 聶海濱, 鄒連陽 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;北京石油機(jī)械廠