基于PLC的混砂车自动控制系统研究.pdf

2015年第44卷
石油矿场机被
第12期第74页
OIL FIELD EQUIPMENT
2015,44(12):74-76
文童编号:1001-3482(2015)12-0074-03
基于PLC的混砂车自动控制系统研究
邱宗斌,李启新,武志学
(庆钻探工程公司长庆井下技术作业公司,西安710018)
摘要:混砂车是压裂作业的关键设备之一,自动化控制是混砂车的一个重要发展方向。分析了混砂
车自动控制系统的功能需求和性能要求,构建了系统的整体结构,并从采集模块硬件、PLC选型、
PID控制、软件设计等方面对系统进行了设计。室内和现场应用试验结果表明:该系统精度高、运
行稳定、操作简单,能够满足预期。
关键词:混砂车;PLC;自动控制系统;压裂;PID
中图分类号:TE934.2
文献标识码:B
doi:10.3969/j.isn.1001-3482.2015.12.019
Research on the Automatic Control System of Blender Based on PLC
QIU Zongbin, LI Qixin, WU Zhixue
(Changging Dowwhole Technical Service Company, CCDC, Xi'an 710018, China)
Abstract: The blender is one of the key equipments of fracturing operation, and automatic control
s an important development direction of the blender. The blender automatic control system func
tional requirements and performance requirements are analyzed, so the overall structure of the
system is constructed, and design and implementation of the system from the aspects of the acqui
sition module hardware, the selection of PLC, PID control, software design,etc. Lab test and field
application results show that the system is high precision, stable operation, simple operation, can
meet the expected desigr
Keywords: blender vehicle; PLC; automatic control system; fracturing; PID
水力压裂采用高压水力注入并下,使油气层形化控制提出了更高的要求。随着传感技术、自动控
成裂缝,再加注一些压裂砂等支撑剂支持裂缝,从而制等技术的发展,研制具有自动控制的混砂车对解
实现油气田增产的目的。压裂车组是压裂施工的主决上述问题有重要意义
要设备,通常由压裂泵车、混砂车、管汇车、仪表车等
组成,随着低渗油气田、复杂油气田的开发需要,压
混砂车自动控制系统总体设计
裂车组朝着高压、大排量、大功率等方向发展2。1.1系统功能
其中,混砂车是整个压裂车组的核心设备之一,它为
混砂车由传动、供液和输砂3部分组成,工作时
压裂作业提供稳定的支撑剂,其工作性能反映了整由基液泵向混砂罐提供清水,砂泵提供干砂,液添泵
个压裂车组的技术水平?。然而,在压裂作业过程提供胶联剂等,在混砂罐充分混合后,由输砂泵排出
中,混砂车经常会出现混合液面高度不能精确控制给压裂泵车的柱塞泵。自动控制系统要实现的功能
从而造成抽空和漫罐、加砂过快、加砂不均匀、砂比主要有:
高等问题,不能满足工艺需要,因此对混砂车的自动
1)采集功能。对发动机转速、润滑油的油温
收稿日期:2015-07-0
作者简介:邱宗斌(1975-),男,甘肃泾川人,工程师,主要从事油田工程服务、试油压裂作业工作
44卷第12期
邱宗斌,等:;基于PlLC的混砂车自动控制系统研究
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油压,基液泵、搅龙、液添泵、输砂泵等流量,混合罐2系统设计与实现
的液面高度,输砂泵密度等运行参数进行实时采集。
2)数据处理和运算功能。将采集到的各种运2.1采集模块
行数据传至PLC后,经运算处理后,将各种运算结
系统的采集模块主要对各运行参数进行采集
果转化为控制信号传至控制器上,完成对混砂车各发动机的转速采用HZ-860型磁电转速传感器,将
部件的控制,同时,再通过各种传感器对设备运行的发动机转动的角位移转换为PLC能够读取的电信
实际参数与理论参数进行对比,不断地对结果进行号;混砂罐液位采用FMR250型雷达液位计来检
修正
测,通过发射一定频率的电磁脉冲,根据电磁脉冲返
3)执行功能。能够对发动机的启动、油门大回的时间来确定液位高度,相比超声波液位计具有
小、停年,基液泵、揽龙、液添泵、输砂泵的流量,混砂更好的抗干扰性能;温度采用热电偶进行检测;密度
罐液面高度,混合液密度等参数进行控制。
采用WS3051-Y-MD型罐装智能在线密度计来检
1.2系统的总体设计与要求
测,其具有量程宽、稳定性好、精度高等优点;流量采
混砂车自动控制系统的拓扑结构如图1所示。用LWGY型涡轮流量传感器测量,其具有较高的
通过各种传感器采集系统的各种运行参数,PLC对防腐蚀、抗电磁干扰和抗震动能力,根据基液泵、输
采集来的数据进行运算和处理,并将结果转化为控.砂泵等流量的特点,选用合适的型号;压力采用
制信号传至执行元件,实现对基液泵、搅龙、液添泵、HM20型通用型压力变送器,其具有工作温度范围
输砂泵以及混合罐液位的控制,并实时将检测到的宽、測量精度高、稳定性好等优点
液位高度、流量、密度等参数反馈至PIC,实际参数
2PLC选型
与理论参数进行对比分析,再对系统参数进行修正。
PLC控制器是自动控制系统中最核心的部分,
承担着数据处理和逻辑运算功能。。混砂车的控制
PLC
系统是压裂车组仪表车的从站,PILC选型时,要考
采集
执行
反馈
虑与压裂车组中仪表车通信功能;需执行控制算法
基液泵?
转速
的程序运算;还需考虑和各传感器采集数据的输人
压力
搅龙
液位高度
温度
动
分动箱
量、密度
功能,与执行元件相接的输出功能。PLC的选型包
等传
等传感器
感器
液添泵
括:PLC型号的选择,按通信功能以及其他参数对
输砂泵
CPU的选择,根据数据输入和输出等控制点数量确
其他设
定I/O接口的种类和数量,根据系统功耗大小选择
电源等。综合考虑性能与价值,选用西『]子S7-300
图1混砂车自动控制系统拓扑结构框图
型PIC,其属于中档PLC,具有较强的数据处理能
力;选用314C2DP型CPU;选用PS307型电源。
混砂车自动控制系统的性能要满足以下要求
2.3PID控