電潛泵水力模擬實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大慶油田采油七廠

電潛泵水力模擬實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藺肇友大慶油田采油七廠

電潛泵水力模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要服務(wù)于電潛泵設(shè)計(jì)人員開發(fā)。設(shè)計(jì)人員可以利用該系統(tǒng)檢測設(shè)計(jì)泵的水力特性狀況，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。該系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件，使用研華_PCI 1710數(shù)據(jù)采集卡及西門子S7200PPIPLC，完成電潛泵試驗(yàn)過程中入口壓力、入口流量、出口壓力、出口流量、輸入軸扭矩、轉(zhuǎn)速和計(jì)量罐液位等信號的采集、記錄和顯示。

電潛泵；水力模擬；組態(tài)；數(shù)據(jù)采集

電潛泵水力模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要服務(wù)于電潛泵設(shè)計(jì)人員開發(fā)。設(shè)計(jì)人員可以利用該系統(tǒng)檢測設(shè)計(jì)泵的水力特性狀況，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)組成及原理

電潛泵水力模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠進(jìn)行不同型號電潛泵的水力特性測試與試驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要檢測參數(shù)包括輸入扭矩、輸入轉(zhuǎn)速、入口壓力、流量、出口壓力和出口流量等。系統(tǒng)由供水單元Ⅰ、電潛泵試驗(yàn)臺Ⅱ、計(jì)量單元Ⅲ和數(shù)據(jù)采集控制單元Ⅳ等四個模塊組成，系統(tǒng)組成原理如圖1所示。

（1）供水單元由水箱、過濾器、球閥、離心泵、壓力傳感器和電磁流量計(jì)等元件組成。試驗(yàn)過程將兩個球閥完全打開。數(shù)據(jù)采集控制單元檢測供水單元中壓力傳感器和電磁流量計(jì)的信號，顯示電潛泵入口壓力和流量。

（2）電潛泵試驗(yàn)臺由電潛泵、變頻電機(jī)、變頻器、扭矩傳感器和光電編碼器等組成。數(shù)據(jù)采集控制單元輸出電壓信號，控制變頻器輸出不同頻率信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，帶動泵以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。檢測扭矩傳感器和光電編碼器的信號，顯示輸入軸的扭矩和轉(zhuǎn)速。

（欄目主持 張秀麗）

圖1 系統(tǒng)組成

（3）計(jì)量單元由壓力傳感器、節(jié)流閥、電磁流量計(jì)、電動球閥、計(jì)量罐、液位計(jì)、管道泵和球閥等元件組成。手動改變節(jié)流閥的開口大小，調(diào)節(jié)電潛泵輸出端的負(fù)載壓力。數(shù)據(jù)采集控制單元檢測壓力傳感器、電磁流量計(jì)和液位計(jì)的信號，顯示電潛泵出口的壓力、流量和計(jì)量罐的液位。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

控制系統(tǒng)的原理如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求，能夠采集供水單元中的壓力和流量信號，電潛泵實(shí)驗(yàn)臺的扭矩和轉(zhuǎn)速信號，計(jì)量單元的壓力、流量和液位信號，并完成3臺泵的啟停，電潛泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電動球閥的開啟。

控制系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)采集卡和PLC完成信號的采集并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。將數(shù)據(jù)采集卡和PLC采集的信號輸入計(jì)算機(jī)，在組態(tài)界面顯示；同時組態(tài)界面輸出泵和電動球閥的啟停，以及電潛泵設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，由數(shù)據(jù)采集卡和PLC控制電動球閥的啟停和電潛泵的啟停，并調(diào)節(jié)電潛泵的轉(zhuǎn)速。

3 組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用昆侖通泰公司的MCGS組態(tài)軟件。在組態(tài)軟件界面“組態(tài)設(shè)備0”添加框中添加數(shù)據(jù)采集卡（研華_PCI1710）；在“通用串口父設(shè)備及其子設(shè)備1”中添加PLC（西門子S7200 PPI）。設(shè)置PCI1710的設(shè)備地址為計(jì)算機(jī)給數(shù)據(jù)采集卡分配的I/O基地址，最小采樣周期為400ms，模擬量輸入為單端輸入和各通道的變量名。數(shù)據(jù)處理選擇工程轉(zhuǎn)換，輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換后信號的最小值和最大值，對應(yīng)的傳感器量程的最小值和最大值。設(shè)置通用串口父設(shè)備端口號為COM1口，波特率9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗(yàn)，S7200 PPI的設(shè)備地址為2，設(shè)備連接、設(shè)備調(diào)試和數(shù)據(jù)處理與PCI數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置相同。

界面設(shè)計(jì)使用標(biāo)簽工具，顯示各參數(shù)的當(dāng)前值，設(shè)置標(biāo)簽工具的屬性為數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)類型為數(shù)值型，顯示整數(shù)位3位、小數(shù)位1位，連接各信號地址變量名；百分比填充工具，用于顯示計(jì)量罐液位高低，設(shè)置最大值和最小值，連接液位信號地址對應(yīng)的變量名；輸入框工具，完成變頻器轉(zhuǎn)速的寫入，連接設(shè)定轉(zhuǎn)速的變量名；按鈕工具，完成電潛泵的啟停，連接電潛泵啟停的變量名。組態(tài)界面如圖3所示。

圖3 組態(tài)界面

4 結(jié)論

通過水力模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的部分實(shí)驗(yàn)可知，該系統(tǒng)能夠記錄和顯示電潛泵工作過程的相關(guān)參數(shù)，完成輸入壓力、輸入流量、輸出壓力、輸出流量、輸入軸扭矩和輸入軸轉(zhuǎn)速的檢測與顯示，直觀地顯示水力模擬實(shí)驗(yàn)時的相關(guān)參數(shù)變化曲線，可供研究人員研究電潛泵水力特性。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.016