一种智能控制节能输油装置的制作方法

本发明涉及一种输油装置，尤其是涉及一种智能控制节能输油装置。

背景技术：

油田是一个复杂对象，其中最重要的特性之一，就是时变性在开采过程中，地层能量不断衰减为保持地层能量平衡常规方式是对油井输油。输油压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及相关设备的重要参数，特别在后期开发中，输油井增多、输油工艺设计和机电设备配置比较宽裕，加之地质情况变化较大，经常引起输油压力波动，输油量不均匀和稳定。输油压力控制不当将给油田生产和管理带来许多麻烦，因此油田要求恒压恒流输油。但是由于储油地层的压力及油气分布在不断发生变化，其数值很难准确预测，因而也就难以控制。由于历史和技术等原因，为了满足油田开发的需要，在工艺和机电设备的配置上都按照油田最大可能的需求设计，特别是在输油设备中尤为突出。油田输油设备多采用离心泵、柱塞泵匹配高功率电机，输油设备经常是在效率低下的“大马拉小车”状态运行，造成电能的极大浪费，电能损失高达40％以上.。此外，控制手段落后，输油压力靠泵出口闸门手动控制，泵与电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行。

输油泵在整个生产系统中是日均使用频率最高的设备，而大部分增压站、转油站、联合站的输油泵启动方式都采用星三角启动，由于星三角启动方式对电机和输油泵的冲击性加大，造成输油泵轴承摩损加速和噪音增大等诸多弱点。而且,现存的输油设备普遍为人工操作,当系统特性发生变化时,不能及时改变输油设备的工作状态,加大了能耗,造成很大的能量损失。因此尽早尽快开发出油田输油设备的自动化节能技术,在油田节能降耗工作中具有重大意义。输油泵普遍不支持直接带载启动，输油泵的日常维护或易损件的更换，需要经常进行起(停)泵操作，由于压力较高不能直接带载起泵，必须来回倒换流程，才能启动，从而导致,耗费人力、浪费能耗、启停动作复杂，并给操作人员带来一定的安全隐患；油田各采油作业区输油现场，输油泵普遍采用软起控制，恒压或恒流输油需要人工调节阀门，导致，耗费人力、能耗浪费大,压力精度差，调压调流难度大。

技术实现要素：

本发明为了解决现有输油泵效率低、耗电量高、操作复杂的技术问题，提供一种效率高、耗电量低的智能控制节能输油装置。

本发明提供的智能控制节能输油装置，包括变频器、软启动器、输油泵电机、输油电机轴流风扇、开关电源、塑壳断路器、微型断路器、工频输出交流接触器、变频输出交流接触器、软启旁路交流接触器、风机使能交流接触器、第一热继电器和第二热继电器，塑壳断路器输入端连接变压器或配电柜，塑壳断路器输出端通过电缆线或铜排接入变频器输入端和软启动器输入端及软启旁路交流接触器输入端；

变频器外接直流电抗器，变频器输出端通过电缆线或铜排接入变频输出交流接触器输入端，变频输出交流接触器输出端通过电缆线或铜排接入输出电抗器的输入端，输出电抗器的输出端通过电缆线或铜排接入输油泵电机的输入端子；

软启旁路交流接触器输出端子通过铜排或电缆与第一热继电器输入端连接，第一热继电器输出端用铜排或电缆与软启动器输出端并联，并联后用铜排或电缆接入工频输出交流接触器，工频输出交流接触器输出端用铜排或电缆与变频输出交流接触器并联接入输油泵电机的输入端子；

塑壳断路器输出端通过电缆接入微型断路器，微型断路器输出端用电缆接入风机使能交流接触器输入端，风机使能交流接触器输出端与第二热继电器输入端连接，第二热继电器输出端用电缆接入输油电机轴流风扇；

塑壳断路器输出端通过电缆线接入ac220v电源到开关电源的输入端，开关电源的输出端子输出dc24v到plc控制器；plc控制器的输出端通过rs485接口与变频器连接。

优选地，塑壳断路器输出端连接有防雷器。

本发明的有益效果是：自动化程度高，工频/变频两种工作模式，运行安全；系统能实现全自动控制，具有手动/自动切换、压力调整、恒压、高低电压保护、欠相保护、漏电保护、过载保护、过热保护、瞬间跳闸保护等功能。输油泵低频运行时(一般运行在20hz)节能效果显著，达40％以上。

应用该装置不但能降低输油泵的耗电量、降低无功功率、优化输油泵的平滑启动和停止过程，为系统提供过流、过压、过载、过热、短路、缺相等保护，提高电机的功率因数、延长设备的使用寿命、增大电网的供电容量，实现电网的增容改造，通过控制器、hmi人机、通讯等系统集成技术，从而实现输油管网的节能、增效自动化、智能化、可视化运行。

采用plc和触摸屏技术智能控制变频器,实现变频器的频率变化控制电机的转速，而改变输油泵的出口压力和流量。实验证明本装置节能降耗效果显著。本装置具有经济有效的特点以及很强的实用性。在变频自动状态下，设备通过plc检测压力或流量传感器信号并根据设定的参数进行运算，结合输油泵的工作状况，自动对输油泵的运行进行调节，从而使输油压力或流量稳定、可靠，且能达到很好的节能目的。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是一次回路的示意图；

图2是二次回路的示意图；

图3是操作单元的人机界面示意图；

图4是智能控制节能输油装置多台联动的示意图。

图中符号说明：

1.变频器，2.软启动器，3.防雷器，4.输油泵电机，5.输油电机轴流风扇，6.开关电源，qf1表示塑壳断路器，qf2表示微型断路器，ta表示电流互感器，km1表示工频输出交流接触器，km2表示变频输出交流接触器，km3表示软启旁路交流接触器，km4表示风机使能交流接触器，fr1表示第一热继电器，fr2表示第二热继电器。

具体实施方式

如图1和2所示，智能控制节能输油装置包括一次回路和二次回路，一次回路包括电源单元、变频侧单元、工频侧单元、电机冷却风机单元。二次回路包括电源单元、控制单元。

一、一次回路如下：

1、电源单元：

从变压器或配电柜用电缆线接入塑壳断路器qf1输入端，在塑壳断路器qf1输出端接入防雷器3。从塑壳断路器qf1输出端通过电缆线或铜排接入变频器1输入端和软启动器2输入端及软启旁路交流接触器km3输入端。

2、变频侧单元：

变频器1外接直流电抗器端子接入直流电抗器，变频器1输出端通过电缆线或铜排接入变频输出交流接触器km2输入端，变频输出交流接触器km2输出端通过电缆线或铜排接入输出电抗器的输入端，输出电抗器的输出端通过电缆线或铜排接入输油泵电机4的输入端子。

3、工频侧单元：

软启旁路交流接触器km3输出端子通过铜排或电缆与第一热继电器fr1输入端连接，第一热继电器fr1输出端用铜排或电缆与软启动器2输出端并联，并联后用铜排或电缆接入工频输出交流接触器km1，工频输出交流接触器km1输出端用铜排或电缆与变频输出交流接触器km2并联接入输油泵电机4的输入端子。

4、电机冷却风机单元：

从塑壳断路器qf1输出端通过电缆接入微型断路器qf2,微型断路器qf2输出端用电缆接入风机使能交流接触器km4输入端，风机使能交流接触器km4输出端与第二热继电器fr2输入端连接，第二热继电器fr2输出端用电缆接入输油电机轴流风扇5的输入端子上。

二、二次回路如下：

电源单元：从塑壳断路器qf1输出端通过电缆线接入ac220v电源到开关电源6的输入端，开关电源6的输出端子输出dc24v到接线端子排输入端上，接线端子排输出端通过电缆线接入plc控制器。plc控制器的输出端与变频器1连接。

控制单元工作时又分为工频模式和变频模式，两者之间具有护锁功能。变频模式又分为自动和手动，同样两者之间具有护锁功能。

下面描述工作过程：

如图3所示，智能控制节能输油装置在正常情况下，在操作单元控制面板上，“变频/工频”切换开关选择“变频”模式。

“自动/手动”切换开关选择“自动”模式。“自动”模式，又分为远程和本地。“远程/本地”转换开关选择“本地”，在操作单元控制面板上的人机界面(触摸屏)操作画面上给定一个压力或流量值，这个值通过人机界面rs485接口用信号电缆传送到plc控制器。“远程/本地”转换开关选择“远程”，在远程上位机上给定一个压力或流量值，这个值通过上位机的tcp接口端通过工业以太网传送到plc控制器。plc控制器接收到给定值，当按下“运行”按钮时，plc的cpu经过pid控制过程，将信号通过plc的rs485接口端信号电缆连接rs485接口端传送到变频器1中，变频器1输出一定的频率电压给输油泵电机4，输油泵电机4带动输油泵，输油泵出口压力或流量通过变送器信号线传送接线端子排输入端上，接线端子排输出端通过信号电缆传送到plc控制器模拟量输入模块或plc控制器的rs485接口端，plc控制器的cpu将返回信号与给定值，经过pid运算处理，将输出频率值通过plc控制器的rs485接口端信号电缆连接rs485接口端传送到变频器1中，如此反复，直至达到稳定的给定值为止。

“自动/手动”切换开关选择“手动”模式，在操作单元控制面板上的人机界面(触摸屏)操作画面上给定一个频率值，这个值通过人机界面rs485接口用信号电缆传送到plc控制器，由plc控制器通过rs485接口端信号电缆连接rs485接口端传送到变频器1中，变频器1输出给定频率电压传送给输油泵电机4，输油泵电机4带动输油泵运行。直至按下“停止”按钮，通过信号电缆给1#交流接触器控制端信号，使工频输出交流接触器km1断开，同时变频器1控制端接收停止信号，变频器1停止运行，输油泵电机4断电，输油泵停止运行。

当变频器保养维修或出现故障时，在操作单元控制面板上，“变频/工频”切换开关选择“工频”模式，同时系统给出警告提示变频器故障等。当按下“运行”按钮时，运行信号传送到接线端子排输入端上，再从接线端子排输出端通过信号电缆传送到软启动器2控制输入端，软启动器2接收到启动信号，软启动器2运行，将电压传送给输油泵电机4，输油泵电机4带动输油泵运行，输油泵运行平稳后，软启动器2控制端通过信号电缆给软启旁路交流接触器km3控制端信号，使软启旁路交流接触器km3导通，将电压传给输油泵电机4，输油泵电机4带动输油泵运行，输油泵平稳运行。直至按下“停止”按钮，通过信号电缆给变频输出交流接触器km2、软启旁路交流接触器km3交流接触器控制端信号与软启动器2控制端接收停止信号，使软启动器2停止运行与变频输出交流接触器km2、软启旁路交流接触器km3断开，输油泵电机4断电，输油泵停止运行。

如图4所示，智能控制节能输油装置多台联动与智能投切的过程如下：

在多台输油泵(存在大输油量主泵和小输油量辅助泵)输油时设定压力或流量系统pid运算后对输油泵的工作状态进行调整(运行频率)，根据主输油泵运行频率值的判断进行辅助泵的自动投入以及切出。

在远程模式下在上位机设置或输油流量或压力，或者在本地模式下在触摸屏上设置输油流量或压力给plc控制器，plc控制器根据采集到的输油泵出口的流量计或压力进行pid运算，然后plc控制器输出运行频率值，通过modbus通讯传送至变频器，变频器输出电压频率调整主输油泵的运行速度，从而使输油流量达到设定输油流量。

主泵切出辅助泵自投：当主输油泵启动输油流量已达到设定输油流量后，且低于切出运行频率且持续某一时间后，主输油泵自由停机后并且切出。同时小流量辅助输油泵自动投入运行，系统根据反馈流量调整辅助泵的运行状态，使输油流量达到并稳定在设定输油流量(或压力)。

辅助泵切出主泵自投：当辅助输油泵输油时，系统自动调整输油泵运行频率，输出流量(或压力)自动跟踪设定流量(或压力)，当输油泵到达全速运行后输出流量仍然无法达到持续某一时间后，小流量辅助输油泵自动停机切出,主输油泵自动投入，系统自动调整主输油泵运行频率，使输油流量(或压力)达到设定流量(或压力)并稳定。

如此可根据不同的输油量设置，系统自动在大流量输油泵与小流量输油泵之间自动切换。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。