本發(fā)明涉及油田生產(chǎn)裝置領(lǐng)域，具體地說是一種油田沉降罐抽水智能控制裝置和控制方法。

背景技術(shù)：

油田生產(chǎn)站庫中有各種大罐等存儲設(shè)備，如污水罐、一次沉降罐、二次沉降罐、三相油水分離器、緩沖罐等。在油田站庫生產(chǎn)中，對于污水罐、一次沉降罐、二次沉降罐、三相油水分離器這幾種設(shè)備主要的功能是通過一段靜置、穩(wěn)定的時間使原油和水進(jìn)行分離。原油分離生產(chǎn)是一個動態(tài)連續(xù)的過程，原油通過上層油槽溢出進(jìn)入儲油罐，水通過排水管排放到水罐。要使油水分離效果達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，需要將油水界面控制在一定的范圍內(nèi)，否則將出現(xiàn)排出油含水過高或排出水含油不達(dá)標(biāo)。

現(xiàn)階段，油田生產(chǎn)過程對于油水界面采用界面儀器法或人工萬用表電流測量法。由于油水混合層根據(jù)油品性質(zhì)不同而不同，是一個很模糊的過渡層，在界面儀設(shè)置過程中，由于參數(shù)變化導(dǎo)致界面儀測量結(jié)果忽上忽下，很多時候需要配合人工檢查進(jìn)行校對，調(diào)整界面儀參數(shù)，同時界面儀成本、維護(hù)價格較高。人工萬用表電流測量法不能實時測量，同時測量過程中對人身安全存在隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種液位控制效果好且自動化程度高的油田沉降罐抽水智能控制裝置和方法。

本發(fā)明的原理是：依據(jù)人工萬用表電流測量法原理，在罐內(nèi)布置水位控制上、中、下三個檢測測量點，對測量點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、算法處理，通過控制裝置對排水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)水位在控制上下限范圍內(nèi)，保證了生產(chǎn)排水、排油達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

首先，本發(fā)明提供一種油田沉降罐抽水智能控制裝置，其技術(shù)方案是：

油田沉降罐抽水智能控制裝置包括沉降罐以及其下部連接的排水管，且所述排水管上安裝排水調(diào)節(jié)閥，還包括分別安裝在沉降罐內(nèi)上、中、下三個檢測測量點的電阻檢測傳感器以及與各個電阻檢測傳感器通過傳感器電纜連接的控制器，所述控制器的輸出端通過控制輸出連接線連接所述排水調(diào)節(jié)閥并控制其動作；

所述控制器包括MCU處理器模塊，MCU處理器模塊的信號輸入端連接依次連接采集處理模塊、信號放大模塊，MCU處理器模塊內(nèi)置水位拐點算法模塊和PID調(diào)節(jié)算法模塊，MCU處理器模塊的控制輸出端連接控制輸出模塊；其中：

所述電阻檢測傳感器用于對檢測測量點位置的電阻進(jìn)行檢測，并形成微電流信號；

所述信號放大模塊用于微電流信號的放大；

所述采集處理模塊用于對放大后的電流信號進(jìn)行采集；

所述水位拐點算法模塊用于信號采集后數(shù)據(jù)處理，找到水位和油層信號的突變拐點，確定罐內(nèi)水位的位置；

所述PID調(diào)節(jié)算法模塊根據(jù)罐內(nèi)水位計算出排水調(diào)節(jié)閥的最佳開度，給出最佳輸出信號值；

所述輸出控制模塊用于將PID調(diào)節(jié)算法模塊的輸出信號值轉(zhuǎn)換為電信號給排水調(diào)節(jié)閥。

進(jìn)一步的，所述電阻檢測傳感器內(nèi)還安裝有溫度傳感器，所述MCU處理器模塊內(nèi)還裝有溫度補償模塊；其中：

所述溫度傳感器用于對沉降罐內(nèi)檢測測量點位置的溫度進(jìn)行檢測；

所述溫度補償模塊用于根據(jù)溫度傳感器的采集數(shù)據(jù)對檢測測量點電阻的檢測結(jié)果進(jìn)行溫度補償。

進(jìn)一步的，所述MCU處理器模塊還裝有RS485遠(yuǎn)傳模塊、時鐘電路、存儲模塊以及電源模塊，其中：

RS485遠(yuǎn)傳模塊用于和中控室監(jiān)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，將采集數(shù)據(jù)和控制結(jié)果輸送給監(jiān)控系統(tǒng)軟件；

時鐘電路用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的時間校準(zhǔn)；

存儲模塊用于存儲采集到的信號數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)；

電源模塊用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的供電。

進(jìn)一步的，所述 MCU處理器模塊還通過模擬開關(guān)裝有編程接口和通訊串口；其中：

模擬開關(guān)用于切換編程接口和通訊串口，節(jié)省MCU處理器的引腳資源使用；

編程接口用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的編程下載和參數(shù)調(diào)試；

通訊串口用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的數(shù)據(jù)通訊和參數(shù)調(diào)試；

進(jìn)一步的，所述上、中、下三個檢測測量點的電阻檢測傳感器在液位深度方向上間隔不超過0.5米。

進(jìn)一步的，所述電阻檢測傳感器采用耐油、耐腐蝕合金金屬傳感器；所述傳感器電纜采用具有耐油、耐溫、耐腐蝕性能的電纜；所述控制器采用防爆儀表外殼。

接著，提供一種基于上述油田沉降罐抽水智能控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

（1）首先，在沉降罐上、中、下三個檢測測量點布置電阻檢測傳感器，檢測測量點對罐內(nèi)該監(jiān)測點位置的電阻進(jìn)行檢測，形成微電流信號；

（2）其次，微電流信號經(jīng)過放大、采集后，進(jìn)入MCU處理器模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷測量點位置介質(zhì)是純水、油水混合以及純油三者的哪一種；

（3）最后，對結(jié)果進(jìn)行判斷分析，通過PID算法輸出控制信號調(diào)節(jié)沉降罐排水調(diào)節(jié)閥的通斷，維持罐內(nèi)水位平穩(wěn)正常。

進(jìn)一步的，當(dāng)下限檢測傳感器信號分析液位處于罐油水混合層或罐上部原油層時，控制器通過PID調(diào)節(jié)算法模塊計算并輸出信號控制排水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉或關(guān)小信號，使水位逐步控制正常；當(dāng)下限檢測傳感器1、中間層檢測傳感器都處于罐下部純水層時，控制器通過PID調(diào)節(jié)算法模塊計算并輸出信號控制調(diào)節(jié)閥開大，降低水位至正常。

進(jìn)一步的，當(dāng)上位機需要數(shù)據(jù)時，控制器可以通過RS485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

本發(fā)明的控制裝置采用防爆儀表外殼，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、控制輸出功能?？刂蒲b置內(nèi)部集成水位拐點算法、PID調(diào)節(jié)算法軟件；與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、設(shè)備簡單、安裝方便，對罐體原有結(jié)構(gòu)沒有影響；

2、設(shè)備成本低，穩(wěn)定性高，生產(chǎn)過程完全滿足生產(chǎn)要求，不需要人工干預(yù)調(diào)節(jié)參數(shù)；

3、水位控制效果好，具有溫度補償修正；

4、降低人工勞動強度，排除人工檢測安全隱患；

5、不受罐容積、安裝地點情況影響；

6、不受罐體內(nèi)介質(zhì)影響，精度高；

7、儀表維修維護(hù)方便，不須泄壓、停產(chǎn)。

附圖說明

圖1-本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)原理圖；

圖中1-下限檢測傳感器，2-中間層檢測傳感器，3-上限檢測傳感器，4-控制器，5-控制輸出連接線，6-排水調(diào)節(jié)閥，7-排水管，8-罐下部純水層，9-罐油水混合層，10-罐上部原油層，11-沉降罐，12-傳感器連接電纜，13-傳感器檢測模塊，14-采集處理模塊，15-MCU處理器，16-控制輸出模塊。

具體實施方式

為進(jìn)一步公開本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖通過實施例作詳細(xì)說明：

實施例1

參見圖1，油田沉降罐抽水智能控制裝置包括下限檢測傳感器1、中間層檢測傳感器2、上限檢測傳感器3、控制器4、控制輸出連接線5、傳感器連接電纜12以及排水調(diào)節(jié)閥6。下限檢測傳感器1、中間層檢測傳感器2以及上限檢測傳感器3在液位深度方向上間隔0.5米。

油田沉降罐抽水智能控制裝置的控制方法如下：下限傳感器1、中間層檢測傳感器2、上限檢測傳感器3這三個傳感器反饋的電流信號，檢測三個傳感器處于罐內(nèi)介質(zhì)的位置，當(dāng)下限檢測傳感器信號分析處于罐油水混合層9或罐上部原油層10時，控制器4輸出調(diào)節(jié)閥關(guān)閉或關(guān)小信號，使水位逐步控制正常。當(dāng)下限檢測傳感器1、中間層檢測傳感器2都處于罐下部純水層8時，控制器4通過PID模塊計算輸出信號控制調(diào)節(jié)閥開大，降低水位至正常。通過檢測三個傳感器所處在介質(zhì)中的位置不同而所得到的信號不同，控制器對信號進(jìn)行處理分析，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥使罐內(nèi)水位平穩(wěn)正常，從而使沉降罐排油、排水指標(biāo)正常。

參見圖2，油田沉降罐抽水智能控制裝置的控制原理：傳感器檢測模塊傳感器13信號接入處理，通過放大和采集模塊后，形成數(shù)字信號進(jìn)入MCU處理器模塊15，MCU處理器模塊15對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過對檢測傳感器的信號進(jìn)行水位拐點分析、PID調(diào)節(jié)，將處理結(jié)果輸送到AO控制輸出模塊16。當(dāng)上位機需要數(shù)據(jù)時，智能控制器可以通過RS485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

本發(fā)明的方法是通過上中下檢測測量點、信號放大模塊、采集模塊、溫度補償模塊、MCU處理器模塊、采集處理模塊、水位拐點檢測模塊、PID模塊、輸出控制模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊實現(xiàn)的。檢測測量點對罐內(nèi)該監(jiān)測點位置的電阻進(jìn)行檢測，形成微電流信號，對電流信號進(jìn)行放大、采集，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷測量點位置介質(zhì)是：純水、油水混合、純油三者的哪一種。對結(jié)果進(jìn)行判斷分析，通過PID算法輸出控制信號調(diào)節(jié)大罐排水調(diào)節(jié)閥。

實施例2

在實施例1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，三個檢測傳感器內(nèi)部還包含溫度傳感器，控制器4還包括溫度補償模塊。具體如下：三個檢測傳感器和溫度傳感分別與信號放大模塊、采集模塊、溫度補償模塊相連接，采集處理模塊與MCU處理器模塊相聯(lián)，電源管理電路、復(fù)位芯片及電路、晶振電路和撥碼開關(guān)電路與MCU處理器模塊相聯(lián)，MCU處理器內(nèi)置水位拐點檢測和PID調(diào)節(jié)算法模塊，MCU處理器模塊控制輸出控制模塊和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊，完成現(xiàn)場排水調(diào)節(jié)閥的控制。