專利名稱：Plc智能自動(dòng)混砂系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法，具體是一種PLC智能自動(dòng) 混砂系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
水力割縫工藝技術(shù)是用水做介質(zhì)，攜帶一定配比的石英砂(即攜砂液)通過(guò)高壓 泵車，將攜砂液送至井底管柱連接的高壓耐磨噴嘴，將套管、水泥環(huán)、油層砂巖穿透，從而增 加滲流面積，是油田增產(chǎn)增注非常有力的一項(xiàng)施工技術(shù)。自水力割縫工藝在油田逐步推廣 以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)的混砂系統(tǒng)一直延續(xù)比較陳舊的施工工藝，攜砂液的砂比、進(jìn)出口水的排量完全 是靠感覺(jué)，比較模糊?，F(xiàn)有的水力割縫工藝所使用的混砂車，雖加裝了各種流量計(jì)及儀表， 但未能真正實(shí)現(xiàn)智能供液及自動(dòng)混砂。PLC即可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，是一種取代傳統(tǒng)繼 電器控制裝置專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC采用可以 編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等 操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等優(yōu) 點(diǎn)。目前PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交 通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，但還未見(jiàn)應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)混砂的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供一種PLC智能自動(dòng)混砂系統(tǒng)及其控制方法，可 解決攜砂液的人工，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC智能自動(dòng)混砂系統(tǒng)是由中央處理器、A/D轉(zhuǎn) 換器、D/A轉(zhuǎn)換器、液晶顯示屏組成的中央處理單元，以及與其相連的進(jìn)口電磁流量計(jì)、出 口電磁流量計(jì)、超聲波液位檢測(cè)儀、同位素砂比計(jì)、壓力變送器、攪拌機(jī)、石英砂進(jìn)料口、進(jìn) 水口、進(jìn)口泵、出口泵構(gòu)成；其中，與混砂池相連的超聲波液位檢測(cè)儀與PLC的輸入端連接； 進(jìn)口電磁流量計(jì)和進(jìn)口泵連接后與PLC的輸入端連接；出口電磁流量計(jì)、同位素砂比計(jì)和 出口泵連接后與PLC的輸入端連接；壓力變送器和壓裂車連接后與PLC的輸入端連接；進(jìn) 水口、石英砂進(jìn)料口均通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和PLC的輸出端連接后開(kāi)口于混砂池；進(jìn)口泵、攪拌 機(jī)、出口泵均通過(guò)電磁繼電器和PLC的輸出端連接。應(yīng)用PLC系統(tǒng)自動(dòng)混砂的控制方法是中央處理器發(fā)出指令經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 成模擬量以后，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)水口、石英砂進(jìn)料口的工作，同時(shí)，中央處理器通過(guò) 電磁繼電器控制進(jìn)口泵、攪拌機(jī)、出口泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；進(jìn)口電磁流量計(jì)、出口電磁流量計(jì)、超 聲波液位檢測(cè)儀、同位素砂比計(jì)、壓力變送器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字 量后進(jìn)入中央處理器，經(jīng)過(guò)中央處理器運(yùn)算后得出的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上；所述的各 種元件通過(guò)流量信號(hào)、液位信號(hào)、砂比信號(hào)、壓力信號(hào)與設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)相連，并由組態(tài)軟件操控；所述的進(jìn)口電磁流量計(jì)、出口電磁流量計(jì)、超聲波液位檢測(cè)儀、同位素砂比計(jì)、壓力 變送器傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的流量信號(hào)、液位信號(hào)、砂比信號(hào)、壓力信號(hào)以4-20mA的電流信 號(hào)傳輸；所述的PLC控制系統(tǒng)以4-20mA的電流信號(hào)輸出控制石英砂進(jìn)料口、進(jìn)水口、進(jìn)口 泵、出口泵、攪拌機(jī)的工作。采用上述技術(shù)方案的積極效果本發(fā)明將PLC與混砂系統(tǒng)的各種儀器相連，通過(guò) PLC控制石英砂進(jìn)料口、進(jìn)水口、進(jìn)口泵、出口泵、攪拌機(jī)的工作，同時(shí)進(jìn)口電磁流量計(jì)、出 口電磁流量計(jì)、超聲波液位檢測(cè)儀、同位素砂比計(jì)、壓力變送器將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給 PLC，解決了水力割縫施工現(xiàn)場(chǎng)的人工模糊配液?jiǎn)栴}，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加砂、自動(dòng)補(bǔ)液、實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)技術(shù)參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的技術(shù)參數(shù)自動(dòng)配制水力割縫施工所需的攜砂液，提高了 水力割縫施工速度和技術(shù)等級(jí)，減少現(xiàn)場(chǎng)配液所需的人力物力，降低生產(chǎn)成本。
四

圖1是本發(fā)明中PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)工作框圖；圖2是本發(fā)明中的自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的工藝流程框圖。圖中1進(jìn)水口，2進(jìn)口泵，3石英砂進(jìn)料口，4出口泵，5攪拌機(jī)，6壓裂車，7進(jìn)口 電磁流量計(jì)，8出口電磁流量計(jì)，9超聲波液位檢測(cè)儀，10同位素砂比計(jì)，11壓力變送器，12 混砂池，13中央處理器，14A/D轉(zhuǎn)換器，15D/A轉(zhuǎn)換器，16液晶顯示屏，17a、17b電動(dòng)調(diào)節(jié)閥， 18a、18b、18c電磁繼電器。五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1是本發(fā)明中PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)工作框圖，圖2是本發(fā)明中的自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖，結(jié)合圖1、圖2所示，PLC智能自動(dòng)混砂系統(tǒng)是由中央處理器13、A/D轉(zhuǎn)換器14、 D/A轉(zhuǎn)換器15、液晶顯示屏16組成的中央處理單元，以及與其相連的進(jìn)口電磁流量計(jì)7、出 口電磁流量計(jì)8、超聲波液位檢測(cè)儀9、同位素砂比計(jì)10、壓力變送器11、攪拌機(jī)5、石英砂進(jìn) 料口 3、進(jìn)水口 1、進(jìn)口泵2、出口泵4構(gòu)成；其中，與混砂池12相連的超聲波液位檢測(cè)儀9與 PLC的輸入端連接；進(jìn)口電磁流量計(jì)7和進(jìn)口泵2連接后與PLC的輸入端連接；出口電磁流 量計(jì)8、同位素砂比計(jì)10和出口泵4連接后與PLC的輸入端連接；壓力變送器11和壓裂車 6連接后與PLC的輸入端連接；進(jìn)水口 1、石英砂進(jìn)料口 3均通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17a、電動(dòng)調(diào)節(jié) 閥17b和PLC的輸出端連接后開(kāi)口于混砂池12 ；進(jìn)口泵2、攪拌機(jī)5、出口泵4均通過(guò)電磁 繼電器18a、電磁繼電器18b、電磁繼電器18c和PLC的輸出端連接。其中，中央處理器采用 CPU224中央處理器，數(shù)字量模塊采用SM321數(shù)字量輸入模塊和SM322數(shù)字量輸出模塊，模擬 量模塊采用EM231模擬量輸入模塊和EM232模擬量輸出模塊。以上的CPU224中央處理器、 SM321數(shù)字量輸入模塊、SM322數(shù)字量輸出模塊、EM231模擬量輸入模塊、EM232模擬量輸出 模塊、進(jìn)口電磁流量計(jì)7、出口電磁流量計(jì)8、超聲波液位檢測(cè)儀9、同位素砂比計(jì)10和壓力 變送器11在市面上均有銷售。圖3是本發(fā)明的工藝流程框圖，圖中的虛線部分表示切斷電流，如圖所示，應(yīng)用 PLC系統(tǒng)自動(dòng)混砂的控制方法是首先將石英砂進(jìn)料口 3加滿所需用料，然后運(yùn)行PLC控制 系統(tǒng)，中央處理器13發(fā)出指令經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器15轉(zhuǎn)換成模擬量以后，分別給定進(jìn)水口 1、石 英砂進(jìn)料口 3的工作電流，進(jìn)水口 1、石英砂進(jìn)料口 3上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17a、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17b
4接收電流后，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17a、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17b的開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)水口 1、石英砂進(jìn)料 口 3的進(jìn)料流量；同時(shí)，中央處理器13通過(guò)電磁繼電器18b開(kāi)啟攪拌機(jī)5進(jìn)行攪拌混砂。 進(jìn)口電磁流量計(jì)7、出口電磁流量計(jì)8、超聲波液位檢測(cè)儀9、同位素砂比計(jì)10將采集到的數(shù) 據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進(jìn)入中央處理器13，經(jīng)過(guò)中央處理器13運(yùn)算后得出 的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏16上。攜砂液經(jīng)過(guò)出口泵4進(jìn)入壓裂車6，經(jīng)過(guò)壓裂車6加壓后 即可進(jìn)行水力割縫，同時(shí)，與壓裂車6相連接的壓力變送器11將采集到的壓力信號(hào)傳入A/ D轉(zhuǎn)換器14。方案中所涉及的進(jìn)口電磁流量計(jì)7、出口電磁流量計(jì)8、超聲波液位檢測(cè)儀9、同位 素砂比計(jì)10、壓力變送器11通過(guò)流量信號(hào)、液位信號(hào)、砂比信號(hào)、壓力信號(hào)與設(shè)備的開(kāi)關(guān)信 號(hào)相連，并由組態(tài)軟件操控，組態(tài)軟件為市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)發(fā)的成熟軟件。所述的進(jìn)口電磁流 量計(jì)7、出口電磁流量計(jì)8、超聲波液位檢測(cè)儀9、同位素砂比計(jì)10、壓力變送器11傳輸?shù)?PLC控制系統(tǒng)的流量信號(hào)、液位信號(hào)、砂比信號(hào)、壓力信號(hào)以4-20mA的電流信號(hào)傳輸；所述 的PLC控制系統(tǒng)以4-20mA的電流信號(hào)輸出控制石英砂進(jìn)料口 3、進(jìn)水口 1、進(jìn)口泵2、出口泵 4、攪拌機(jī)5的工作。所述的進(jìn)口電磁流量計(jì)7傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的流量信號(hào)以4_20mA的電流信號(hào) 傳輸，其中，4_20mA的電流信號(hào)等比例由低到高對(duì)應(yīng)0-240m3/h的流量值；所述的出口電磁 流量計(jì)8傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的流量信號(hào)以4-20mA的電流信號(hào)傳輸，其中，4_20mA的電流 信號(hào)等比例由低到高對(duì)應(yīng)0-180m3/h的流量值；所述的超聲波液位檢測(cè)儀9傳輸?shù)絇LC控 制系統(tǒng)的液位信號(hào)以4-20mA的電流信號(hào)傳輸，其中，4-20mA的電流信號(hào)等比例由低到高對(duì) 應(yīng)0-1. 5m的液位值；所述的同位素砂比計(jì)10傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的砂比信號(hào)以4_20mA的 電流信號(hào)傳輸，其中，4-20mA的電流信號(hào)等比例由低到高對(duì)應(yīng)0-60%的砂比值；所述的壓 力變送器11傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的壓力信號(hào)以4-20mA的電流信號(hào)傳輸，其中，4_20mA的 電流信號(hào)等比例由低到高對(duì)應(yīng)0-60MPa的壓力值；所述的PLC控制系統(tǒng)以4_20mA的電流信 號(hào)輸出控制石英砂進(jìn)料口 3的工作，其中，4-20mA的電流信號(hào)等比例由低到高對(duì)應(yīng)0-5m3/ h的石英砂用量；所述的PLC控制系統(tǒng)以4-20mA的電流信號(hào)輸出控制進(jìn)水口 1的工作，其 中，4-20mA的電流信號(hào)等比例由低到高對(duì)應(yīng)0-150m3/h的水量；所述的攪拌機(jī)5轉(zhuǎn)速恒定為 IlOrpm, PLC控制系統(tǒng)通過(guò)電磁繼電器18b控制攪拌機(jī)5的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。設(shè)計(jì)配制體積百分比為4%的攜砂液，具體操作如下先將石英砂進(jìn)料口 3的料斗 加滿石英砂，然后接通電源，啟動(dòng)電腦，運(yùn)行組態(tài)軟件，輸入攜砂液的期望性能指標(biāo)，即體積 百分比為4%，點(diǎn)擊自動(dòng)配液按鈕，打開(kāi)進(jìn)水口 1和石英砂進(jìn)料口 3，同時(shí)開(kāi)啟進(jìn)口泵2供 水，通過(guò)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17a調(diào)節(jié)進(jìn)水口 1的流量為96m3/h，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17b調(diào)節(jié)石英 砂進(jìn)料口 3的流量為4m3/h，開(kāi)啟攪拌機(jī)5進(jìn)行攪拌混砂。同時(shí)，觀察超聲波液位檢測(cè)儀9、 同位素砂比計(jì)10、壓力變送器11反饋的技術(shù)參數(shù)，當(dāng)攜砂液的砂比值小于4%時(shí)，通過(guò)控制 石英砂進(jìn)料口 3上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17b的開(kāi)度，加大石英砂進(jìn)料口 3的流量，當(dāng)攜砂液的砂比 值大于4%時(shí)，通過(guò)控制石英砂進(jìn)料口 3上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17b的開(kāi)度，減小石英砂進(jìn)料口 3 的流量。另外，系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)斷電的功能，當(dāng)攜砂液的壓力反饋大于40MPa時(shí)，自動(dòng)切斷 電流，使PLC控制系統(tǒng)的所有組件停止工作，保護(hù)系統(tǒng)。剛開(kāi)始混料的時(shí)候，混砂池12為空，因此液位反饋高于0. 6m的時(shí)候，并且攜砂液 達(dá)到預(yù)期目標(biāo)時(shí)，再打開(kāi)出口泵4，并且要保證混砂池12不能溢出；當(dāng)液位反饋高于0. 8m
5時(shí)，關(guān)閉所有石英砂進(jìn)料口 3以及進(jìn)水口 1，停止加料；等到液位反饋下降到0. 8m以下的時(shí) 候，再重新開(kāi)啟進(jìn)水口 1以及石英砂進(jìn)料口 3的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17a和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥17b。
權(quán)利要求
一種PLC智能自動(dòng)混砂系統(tǒng)，其特征在于是由中央處理器(13)、A/D轉(zhuǎn)換器(14)、D/A轉(zhuǎn)換器(15)、液晶顯示屏(16)組成的中央處理單元，以及與其相連的進(jìn)口電磁流量計(jì)(7)、出口電磁流量計(jì)(8)、超聲波液位檢測(cè)儀(9)、同位素砂比計(jì)(10)、壓力變送器(11)、攪拌機(jī)(5)、石英砂進(jìn)料口(3)、進(jìn)水口(1)、進(jìn)口泵(2)、出口泵(4)構(gòu)成；其中，與混砂池(12)相連的超聲波液位檢測(cè)儀(9)與PLC的輸入端連接；進(jìn)口電磁流量計(jì)(7)和進(jìn)口泵(2)連接后與PLC的輸入端連接；出口電磁流量計(jì)(8)、同位素砂比計(jì)(10)和出口泵(4)連接后與PLC的輸入端連接；壓力變送器(11)和壓裂車(6)連接后與PLC的輸入端連接；進(jìn)水口(1)、石英砂進(jìn)料口(3)均通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(17a、17b)和PLC的輸出端連接后開(kāi)口于混砂池(12)；進(jìn)口泵(2)、攪拌機(jī)(5)、出口泵(4)均通過(guò)電磁繼電器(18a、18b、18c)和PLC的輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的中央處理器 采用CPU224中央處理器；所述的數(shù)字量模塊采用SM321數(shù)字量輸入模塊和SM322數(shù)字量輸 出模塊；所述的模擬量模塊采用EM231模擬量輸入模塊和EM232模擬量輸出模塊。
3.一種應(yīng)用PLC系統(tǒng)自動(dòng)混砂的控制方法，其特征在于中央處理器(13)發(fā)出指令經(jīng) 過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器(15)轉(zhuǎn)換成模擬量以后，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(17a、17b)控制進(jìn)水口(1)、石英 砂進(jìn)料口(3)的工作，同時(shí)，中央處理器(13)通過(guò)電磁繼電器(18a、18b、18c)控制進(jìn)口泵 ⑵、攪拌機(jī)(5)、出口泵⑷的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；進(jìn)口電磁流量計(jì)(7)、出口電磁流量計(jì)⑶、超聲 波液位檢測(cè)儀(9)、同位素砂比計(jì)(10)、壓力變送器(11)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器 (14)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進(jìn)入中央處理器(13)，經(jīng)過(guò)中央處理器(13)運(yùn)算后得出的數(shù)據(jù)顯示 在液晶顯示屏(16)上；所述的各種元件通過(guò)流量信號(hào)、液位信號(hào)、砂比信號(hào)、壓力信號(hào)與設(shè) 備的開(kāi)關(guān)信號(hào)相連，并由組態(tài)軟件操控；所述的進(jìn)口電磁流量計(jì)(7)、出口電磁流量計(jì)(8)、 超聲波液位檢測(cè)儀(9)、同位素砂比計(jì)(10)、壓力變送器(11)傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的流量 信號(hào)、液位信號(hào)、砂比信號(hào)、壓力信號(hào)以4-20mA的電流信號(hào)傳輸；所述的PLC控制系統(tǒng)以 4-20mA的電流信號(hào)輸出控制石英砂進(jìn)料口(3)、進(jìn)水口(1)、進(jìn)口泵(2)、出口泵(4)、攪拌機(jī) (5)的工作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種PLC智能自動(dòng)混砂系統(tǒng)及其控制方法，是由中央處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、液晶顯示屏組成的中央處理單元，以及與其相連的進(jìn)口電磁流量計(jì)、出口電磁流量計(jì)、超聲波液位檢測(cè)儀、同位素砂比計(jì)、壓力變送器、攪拌機(jī)、石英砂進(jìn)料口、進(jìn)水口、進(jìn)口泵、出口泵構(gòu)成。其控制方法是中央處理器發(fā)出指令控制進(jìn)水口、石英砂進(jìn)料口、進(jìn)口泵、攪拌機(jī)、出口泵的工作；進(jìn)口電磁流量計(jì)、出口電磁流量計(jì)、超聲波液位檢測(cè)儀、同位素砂比計(jì)、壓力變送器將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)入PLC，經(jīng)過(guò)PLC運(yùn)算后得出的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上。將PLC與混砂系統(tǒng)的各種儀器相連，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加砂、自動(dòng)補(bǔ)液、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)參數(shù)，減少現(xiàn)場(chǎng)配液所需的人力物力，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)E21B43/26GK101915081SQ20101019294
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者張亞勝 申請(qǐng)人:大慶油田井泰石油工程技術(shù)股份有限公司