專利名稱：基于plc控制的鉆井泥漿儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油井鉆探設(shè)備的報(bào)警系統(tǒng)，特別涉及鉆井泥漿液位 的報(bào)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
江蘇油田位于被稱為"地質(zhì)學(xué)家考場"的蘇北大地上，積累了一系列對(duì) 付各種復(fù)雜地層，進(jìn)行各種高難度鉆探作業(yè)任務(wù)的成功經(jīng)驗(yàn)。但在鉆井作業(yè) 的過程中對(duì)于井漏、井涌等地層的情況反應(yīng)還處于一個(gè)比較原始的階段—— 主要靠人工來坐崗記錄，其準(zhǔn)確性差，實(shí)時(shí)性不足，在井漏或井涌時(shí)，不能 及時(shí)采取措施。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種基于PLC控制的鉆井泥槳儲(chǔ)罐液位報(bào)警 系統(tǒng)，使其能對(duì)鉆井液泥漿的液位自動(dòng)監(jiān)控并發(fā)出警報(bào)，、提醒工作人員進(jìn) 行處理。
本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的基于PLC控制的鉆井泥
漿儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)，包括設(shè)置在多個(gè)泥漿儲(chǔ)罐上的超聲波液位測量儀，超
聲波液位測量儀將各泥漿儲(chǔ)罐的液位信號(hào)發(fā)送給PLC, PLC將收集到的多 路信號(hào)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)計(jì)算得到泥漿總量的信號(hào)并送給顯示 器進(jìn)行顯示；同時(shí)，計(jì)算機(jī)將泥漿總量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，兩者偏差達(dá) 到一定的值后，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)出燈光或聲音 警報(bào)。
本實(shí)用新型通過對(duì)泥漿液位測量并經(jīng)計(jì)算得到泥漿總量，經(jīng)比較后給出
3報(bào)警信號(hào)，方便了鉆井過程中，對(duì)泥漿液位數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的測量，使得操作 人員能夠及時(shí)的判斷泥漿量的狀態(tài)。從而達(dá)到對(duì)井漏、井涌等地層的情況得 到一個(gè)很好的預(yù)防效果。該裝置可用于油井鉆探作業(yè)中。

圖1為本實(shí)用新型工作原理圖。
具體實(shí)施方式

如圖1，為基于PLC控制的鉆井泥漿儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)，包括設(shè)置在多 個(gè)泥漿儲(chǔ)罐上的超聲波液位測量儀，超聲波液位測量儀將各泥漿儲(chǔ)罐的液位 信號(hào)發(fā)送給PLC, PLC將收集到的多路信號(hào)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī) 經(jīng)計(jì)算得到泥漿總量的信號(hào)并送給顯示器進(jìn)行顯示；同時(shí)，計(jì)算機(jī)將泥漿總 量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，兩者偏差達(dá)到一定的值后，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào) 給報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)出燈光或聲音警報(bào)。
該系統(tǒng)中，超聲波液位探測儀西門子公司生產(chǎn)的型號(hào)為 7ML1201-1EK00的超聲波液位計(jì)；PLC采用西門子公司的SIMATIC S7-200 PLC作為控制核心；計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
西門子7ML1201-1EK00超聲波液位計(jì)具有完善的物/液位測控功能.數(shù) 據(jù)傳輸功能強(qiáng)大且穩(wěn)定性高，抗干擾性強(qiáng)。7ML1201-1EK00系列超聲波液 位計(jì)又是西門子公司最新研發(fā)的一種智能型非接觸式液位測量儀表，具有自 動(dòng)功率調(diào)整，增益控制，溫度補(bǔ)償功能，同時(shí)，該液位計(jì)性價(jià)比優(yōu)越，精度 高，具有模擬量，開關(guān)量及數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸出功能，隔爆型外殼，適用于環(huán) 境惡劣等石油化工防爆場合。
SIMATIC S7-200 PLC是一種通用型的PLC,能夠適合自動(dòng)化工程中的 各種場合。有著模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置、以及各使 用單位易于掌握等特點(diǎn)。S7-200配置主控制器CPU214 ，模擬量數(shù)據(jù)采集 模塊、電源模塊以及通訊模塊。S7-200是一個(gè)多處理器控制器，CPU214有高速數(shù)據(jù)處理和高速邏輯控制的能力，它基本能夠解決所有的自動(dòng)化任務(wù)， 例如開環(huán)控制、閉環(huán)控制、順序控制、通訊、數(shù)據(jù)處理、過程控制等。電 源故障屬系統(tǒng)的可恢復(fù)性故障， 一旦重新受電，處理器可以自動(dòng)恢復(fù)正常工
作而無需操作人員的任何干預(yù)。所以，鉆井泥漿液位報(bào)警系統(tǒng)以S7-200 PLC 控制核心的，使得該系統(tǒng)具有極高的可靠性，在主控制器發(fā)生故障時(shí)，無需 人工干預(yù)，自動(dòng)無擾動(dòng)切換并報(bào)警，顯示故障位置。內(nèi)置的自檢功能使系統(tǒng) 保證系統(tǒng)的可靠性，方便了用戶對(duì)系統(tǒng)的操作和維護(hù)，減少了成本。
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有超長的使用壽命，易于維護(hù)，適應(yīng)于油田鉆井的惡 劣環(huán)境、不斷移動(dòng)等特點(diǎn)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以使我們的操作人員可以直接 監(jiān)測到每個(gè)泥漿罐的實(shí)時(shí)液位、實(shí)時(shí)體積以及每個(gè)泥漿罐體積的實(shí)時(shí)變化趨 勢等等，同時(shí)，操作人員可以根據(jù)每口井的不同特點(diǎn)，方便設(shè)置與其對(duì)應(yīng)的 運(yùn)行參數(shù)，如泥漿罐的截面積、報(bào)警量、報(bào)警時(shí)間等等，另外，還能存儲(chǔ)我 們每口井的歷史數(shù)據(jù)，以便于我們今后能在第一時(shí)間進(jìn)行査詢。所以，對(duì)于 鉆井泥槳液位報(bào)警系統(tǒng)，配置工業(yè)控制計(jì)算機(jī)更加有利于泥漿信息管理，有 利于泥漿液位準(zhǔn)確的監(jiān)控，有利于泥槳液位快捷的報(bào)警。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根 據(jù)PLC來的實(shí)時(shí)液位信號(hào)，再根據(jù)各泥漿儲(chǔ)罐的截面積，計(jì)算出泥漿的實(shí) 時(shí)體積量。
顯示器和報(bào)警裝置，可配置具有防爆聲光報(bào)警器、防爆顯示屏等設(shè)備， 完全按照石油化工行業(yè)防爆現(xiàn)場的配置要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)鉆井發(fā)生井涌或 井漏時(shí)，防爆聲光報(bào)警器能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、形象的提醒我們現(xiàn)場鉆井的操作 人員。另外，現(xiàn)場操作人員還可以通過防爆顯示屏，直接了解泥漿的實(shí)時(shí)信 息，可以便于操作人員進(jìn)行準(zhǔn)確的操作。
該系統(tǒng)工作時(shí)，超聲波液位測量儀將各泥漿儲(chǔ)罐的液位信號(hào)發(fā)送給 PLC， PLC將收集到的多路信號(hào)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)計(jì)算得到泥 漿總量的信號(hào)并送給顯示器進(jìn)行顯示；同時(shí)，計(jì)算機(jī)將泥漿總量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，兩者偏差達(dá)到一定的值后，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給報(bào)警裝置， 報(bào)警裝置發(fā)出燈光或聲音警報(bào)。該系統(tǒng)中控制程序包括兩部分，其一為下位
機(jī)控制程序，安裝S7-200的CPU內(nèi)，用于將探測到的信號(hào)處理成液位實(shí)時(shí) 信號(hào)；其二為上位機(jī)控制程序，安裝在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)。
下位機(jī)控制程序部分采用西門子軟件STEP 7 MicroWIN 4.0，該軟件可 以使用以下任何一種編程語言STL， FBD和LADDER,這樣就更方便操 作人員學(xué)習(xí)使用。另外，各種語言之間可以相互切換。
上位機(jī)控制程序部分采用西門子軟件WinCC 6.0，采用了基于微軟操作 系統(tǒng)開發(fā)的編程軟件，支持IEC1131-3所規(guī)定的全部五種編程語言，是一套 全新的控制系統(tǒng)平臺(tái)。該軟件包含大量圖形工具，使用戶能夠快速簡單地開 發(fā)系統(tǒng)，而且提供了工業(yè)界最為強(qiáng)大的功能，包括實(shí)時(shí)過程的監(jiān)視和監(jiān)督控 制，報(bào)警和報(bào)警管理，歷史趨勢，統(tǒng)計(jì)過程控制，基于用戶的安全系統(tǒng)，方 便的系統(tǒng)擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)等。圖形設(shè)計(jì)系統(tǒng)用于自由地組態(tài)畫面，并完全通過圖 形對(duì)象進(jìn)行操作，圖形對(duì)象具有動(dòng)態(tài)屬性，并可對(duì)屬性進(jìn)行在線修改。另外， 用戶界面有直觀的學(xué)習(xí)功能可滿足各種要求。
計(jì)算后的泥漿體積量和設(shè)定值比較，如果偏差值滿足一定的條件，則進(jìn) 行準(zhǔn)確的報(bào)警。
具體判斷如下(」AV:為采集的體積量與初始值的偏差值) 報(bào)警狀態(tài)井涌」AV〉0
在上位機(jī)上設(shè)定當(dāng)前的體積總量SET—V,得出AV=—V-SET—V
① 當(dāng)AVX),并開始啟動(dòng)定時(shí)器TIM1，定時(shí)時(shí)間為5分鐘(說明 暫設(shè)定，在上位機(jī)控制程序中，可以任意修改)，如果在此5分鐘內(nèi)，0<AV^3
(說明暫設(shè)定，在上位機(jī)控制程序中，可以任意修改)，則不進(jìn)行報(bào)警， 同時(shí)，當(dāng)定時(shí)器TIM1計(jì)時(shí)完畢后，復(fù)位并重新開始定時(shí)；
② 當(dāng)AV〉0，并開始啟動(dòng)定時(shí)器TIM1，定時(shí)時(shí)間為5分鐘，如果在此5分鐘內(nèi)，AV^3，則進(jìn)行報(bào)警，并同時(shí)把定時(shí)器TIM1復(fù)位，再重新定 時(shí)；
報(bào)警狀態(tài)井漏」AV<0
① 當(dāng)AV〈0，并開始啟動(dòng)定時(shí)器TIM2，定時(shí)時(shí)間為5分鐘，如果在 此5分鐘內(nèi)，-3^」AV<0，則不進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)，當(dāng)定時(shí)器TIM2計(jì)時(shí)完 畢后，復(fù)位并重新開始定時(shí)；
② 當(dāng)AV〈0，并開始啟動(dòng)定時(shí)器TIM2，定時(shí)時(shí)間為5分鐘，如果在 此5分鐘內(nèi)，AV^-3，則進(jìn)行報(bào)警，并同時(shí)把定時(shí)器TIM2復(fù)位，再重新定 時(shí)；
正常狀態(tài)-3<AV<3
當(dāng)-3<AV<3 ，整個(gè)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài) 本系統(tǒng)還能進(jìn)行液位體積顯示
儲(chǔ)罐泥漿液位《進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上可以進(jìn)行面積設(shè) 定Sfef一S，可以得出體積V;H^EF—S，并在顯示器上顯示、數(shù)據(jù)歸檔、 實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線。
同時(shí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上有報(bào)警顯示，報(bào)警記錄。
當(dāng)發(fā)生"井漏"，"井涌"時(shí)，系統(tǒng)聲光報(bào)警，并且報(bào)警檢測停止。當(dāng)報(bào)警 全部復(fù)位后，檢測系統(tǒng)可以投入運(yùn)行。 該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn) 1、系統(tǒng)成本低
本系統(tǒng)是通過西門子PLC采集現(xiàn)場超聲波液位計(jì)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精確控 制，準(zhǔn)確報(bào)警。鉆井泥漿儲(chǔ)罐可以任意擴(kuò)展為更多個(gè)，而整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)核心 元件不需要增加。另外，還可以很方便的把鉆井上其它小型控制系統(tǒng)接入該 泥漿報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了集中控制系統(tǒng)。這樣，就大大的節(jié)省了投資成本。本控制系統(tǒng)測量設(shè)備采用高精度西門子超聲波液位計(jì)，而計(jì)算核心又是
以西門子PLC為基礎(chǔ)，模擬量輸入、輸出精度為13 bits，正常情況下精度 不會(huì)改變，具有120分貝的共模抑制比，在工頻諧波下具有60分貝的差模 抑制比，大大提高了測量數(shù)據(jù)的正確性、穩(wěn)定性。所以說，該系統(tǒng)的精度是 很高的。
3、可以進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控
通過無線網(wǎng)絡(luò)，坐在家里的辦公室就可以對(duì)現(xiàn)場的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 及時(shí)了解現(xiàn)場動(dòng)態(tài)，為下一步的決策提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
權(quán)利要求1、基于PLC控制的鉆井泥漿儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于包括設(shè)置在多個(gè)泥漿儲(chǔ)罐上的超聲波液位測量儀，超聲波液位測量儀將各泥漿儲(chǔ)罐的液位信號(hào)發(fā)送給PLC，PLC將收集到的多路信號(hào)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)計(jì)算得到泥漿總量的信號(hào)并送給顯示器進(jìn)行顯示；同時(shí)，計(jì)算機(jī)將泥漿總量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，兩者偏差達(dá)到一定的值后，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)出燈光或聲音警報(bào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及油井鉆探設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)的基于PLC控制的鉆井泥漿儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)，包括設(shè)置在多個(gè)泥漿儲(chǔ)罐上的超聲波液位測量儀，超聲波液位測量儀將各泥漿儲(chǔ)罐的液位信號(hào)發(fā)送給PLC，PLC將收集到的多路信號(hào)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)計(jì)算得到泥漿總量的信號(hào)并送給顯示器進(jìn)行顯示；同時(shí)，計(jì)算機(jī)將泥漿總量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，兩者偏差達(dá)到一定的值后，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)出燈光或聲音警報(bào)。該系統(tǒng)方便了鉆井過程中對(duì)泥漿液位數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的測量，使得操作人員能夠及時(shí)的判斷泥漿量的狀態(tài)。從而達(dá)到對(duì)井漏、井涌等地層的情況得到一個(gè)很好的預(yù)防效果，其可安全應(yīng)用于油井鉆探作業(yè)中。
文檔編號(hào)E21B47/04GK201347773SQ20092003789
公開日2009年11月18日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者磊 王, 羅常斌, 顏曉軍, 高艷榮, 玉 黃, 黃金林 申請人:王 磊;顏曉軍;黃金林;羅常斌;黃 玉;高艷榮