專利名稱：油井水泥自動干混控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于油井水泥與添加劑自動干混的控制裝置。
背景技術：
隨著我國陸上油田的開發(fā)進入中、后期，開采難度逐步增加，各種深井、 超深井、水平井、低滲井等類型的復雜油井相繼出現(xiàn)。相應地，固井工作對油 井水泥的各種物理、化學性能要求也越來越多、越來越高，單單靠增加水泥品 種已經(jīng)遠遠不能解決問題。于是大量應用多種油井水泥外加劑、外摻料來改變 固井水泥漿的性能以滿足現(xiàn)場固井生產(chǎn)的需要。傳統(tǒng)的"濕混"方案由于密度 的檢測與控制較為困難、 一次固井過程所需要的物料量不好掌握以及某些外加 劑不溶于水等緣故，應用受到一定程度的限制；于是與之對應的"干混"工藝 應運而生，油井水泥干混技術絕大多數(shù)是以壓縮空氣為動力，使幾種粉狀物料 在氣化狀態(tài)下分級稀釋，從而完成均勻混拌。傳統(tǒng)控制主要停留在手動控制方 式，通過手動控制對應的閥門來實現(xiàn)相應的工作流程，操作繁瑣，控制精度差。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種工作方式靈活多樣、并能夠實 時在線觀察控制的油井水泥自動干混控制裝置。
為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是油井水泥自動干混控制 裝置，包括
工控機，所述工控機監(jiān)控油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)人機對話； 通訊裝置，電連接所述工控機，為所述工控機傳輸油井現(xiàn)場設備的工作狀 態(tài)信號；
處理控制裝置，其一端電連接所述通訊裝置，為所述工控機提供油井現(xiàn)場 設備的工作狀態(tài)信號，其另一端電連接油井現(xiàn)場設備，用于設置油井現(xiàn)場設備 的工作參數(shù)，并控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)；執(zhí)行機構，電連接所述處理控制裝置，用于控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)。
作為一種改進，所述通訊裝置為S7-5412通訊卡。
作為進一步改進，所述處理控制裝置為PLC控制單元，包括 電源模塊，為處理控制裝置提供工作電壓；
CPU模塊，用于設置油井現(xiàn)場設備的工作參數(shù)，處理、存儲油井現(xiàn)場設備 傳出的信號，并依此控制所述執(zhí)行機構的工作狀態(tài)；
NET模塊，與所述通訊裝置配合使用，用來實現(xiàn)所述工控機與油井現(xiàn)場設 備的信息傳輸；
擴展模塊，用于連接擴展設備；
開關量輸入/輸出模塊，通過所述CPU模塊輸出的信息控制所述執(zhí)行機構 的工作狀態(tài)；
模擬量輸入/輸出模塊，用于傳輸所述執(zhí)行機構的控制信號，與所述開關量 輸入/輸出模塊一起控制所述執(zhí)行機構的工作狀態(tài)。 作為更進一步的改進，執(zhí)行機構包括
壓力傳感器，所述壓力傳感器電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐 裝設備的壓力，并將檢測到得壓力數(shù)值傳輸?shù)剿鯟PU模塊中與CPU模塊中設 置的初始值進行比較；
稱重傳感器，所述稱重傳感器電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐 裝設備中輸入物料及藥品的重量，并將檢測到得重量值傳輸?shù)剿鯟PU模塊中 與CPU模塊中設置的初始值進行比較；
電動調(diào)節(jié)閥，所述電動調(diào)節(jié)閥電連接所述處理控制裝置，執(zhí)行所述處理控 制裝置輸出的開啟程度命令；
開關電磁閥，所述開關電磁閥電連接所述處理控制裝置，執(zhí)行所述處理控 制裝置輸出的開啟或關閉命令；
料位開關，所述料位開關電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐裝設 備中輸入物料及藥品的料位，并將檢測到得數(shù)值傳輸?shù)剿鯟PU模塊中與CPU 模塊中設置的初始值進行比較；行程開關，所述行程開關電連接所述處理控制裝置，通過所述處理控制裝 置將行程開關的開關信號傳輸?shù)剿龉た貦C。
由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是充分利用了PLC體 積小、功能強，且可靠、通用、易維護的特點及工控機抗干擾能力強、簡單、 直觀的優(yōu)點，構成了一個分散型監(jiān)控裝置，滿足了對油井現(xiàn)場設備的實時在線 監(jiān)視、控制的技術要求，并且能夠實現(xiàn)手動、自動、統(tǒng)計三種方式相結合的工 作方式。

附圖是本實用新型實施例的結構示意圖。
具體實施方式

如附圖所示，油井水泥自動干混控制裝置，包括工控機1，所述工控機1 監(jiān)控油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)人機對話，工控機l可以使用研華公司
的IPC-610L工業(yè)PC，其外圍還可以增加計算機通訊設備及打印機等其它擴展
設備；通訊裝置2，電連接所述工控機l，為所述工控機1傳輸油井現(xiàn)場設備的 工作狀態(tài)信號，本實施例使用的通訊裝置2為S7-5412通訊卡。
處理控制裝置，其一端電連接所述通訊裝置2，為所述工控機1提供油井 現(xiàn)場設備的'工作狀態(tài)信號，其另一端電連接油井現(xiàn)場設備，用于設置油井現(xiàn)場 設備的工作參數(shù)，并控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)，所述處理控制裝置為PLC 控制單元，包括電源模塊3，為處理控制裝置提供工作電壓；CPU模塊4，用于 設置油井現(xiàn)場設備的工作參數(shù)，處理、存儲油井現(xiàn)場設備傳出的信號，并依此 控制所述執(zhí)行機構的工作狀態(tài)；NET模塊15，與所述通訊裝置2配合使用，用 來實現(xiàn)所述工控機1與油井現(xiàn)場設備的信息傳輸；擴展模塊5，用于連接擴展 設備；開關量輸入/輸出模塊，通過所述CPU模塊輸出的信息控制所述執(zhí)行機構 的工作狀態(tài)；模擬量輸入/輸出模塊，用于傳輸所述執(zhí)行機構的控制信號，與所 述開關量輸入/輸出模塊一起控制所述執(zhí)行機構的工作狀態(tài)，本實施例可以根據(jù) 其規(guī)模，靈活地選擇輸入/輸出模塊接口的數(shù)量與類型，本實施例采用的技術 指標為DI / D0512點，AI / A0128點、內(nèi)部RAM40K、程序最大容量為256K，利用它完成對現(xiàn)場設備的控制與參數(shù)檢測。
本實施例的IPC-610L工控機1采用Sockets478 P4 2. 4處理器及256M的 內(nèi)存，再通過設置的S7-5412通訊卡，滿足了PLC對上位監(jiān)控設備的要求，利 用工控機1完成對整個工作過程的監(jiān)控與人機對話。PC與PLC之間通過SIEMENS PROFIBUS—NET模塊CP—342和插入PC的通信卡S75412 / PG5412進行連接。 上位機監(jiān)控裝置的工控機1可采用WINCC組態(tài)軟件，其運行平臺為Microsoft SQL Server 2000，提供了豐富的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、人機交互等功能，WINCC 與SIEMENS通信卡S75412 / PG5412之間由ffINCC提供的S7協(xié)議集來實現(xiàn)通信， 通信卡與PLC之間由S75412的隨卡驅動程序連接，S7驅動器和S75412驅動程 序通過組態(tài)設置正確后即可正常工作，下位控制功能通過對PLC編程實現(xiàn)。
執(zhí)行機構，電連接所述處理控制裝置，用于控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)； 所述執(zhí)行機構包括壓力傳感器12，所述壓力傳感器12電連接所述處理控制裝 置，用于油井現(xiàn)場罐裝設備的壓力，并將檢測到得壓力數(shù)值傳輸?shù)剿鯟PU模 塊4中與CPU模塊4中設置的初始值進行比較；稱重傳感器23，所述稱重傳感 器23電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐裝設備中輸入物料及藥品的重 量，并將檢測到得重量值傳輸?shù)剿鯟PU模塊4中與CPU模塊4中設置的初始 值進行比較；電動調(diào)節(jié)閥14，所述電動調(diào)節(jié)閥14電連接所述處理控制裝置， 執(zhí)行所述處理控制裝置輸出的開啟程度命令；開關電磁閥13，所述開關電磁閥 13電連接所述處理控制裝置，執(zhí)行所述處理控制裝置輸出的開啟或關閉命令； 料位開關11，所述料位開關11電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐裝 設備中輸入物料及藥品的料位，并將檢測到得數(shù)值傳輸?shù)剿鯟PU模塊4中與 CPU模塊4中設置的初始值進行比較；行程開關10,所述行程開關10電連接所 述處理控制裝置，通過所述處理控制裝置將行程開關10的開關信號傳輸?shù)剿?br> 工控機l。
下面根據(jù)附圖，對本實施例做進一步說明 本實施例在實際工作過程中包括有手動、自動、統(tǒng)計三種方式。手動方式
由操作者通過工控機l上安裝的WINCC運行環(huán)境，用鼠標點按不同按鈕、拖拉相應的操作手柄，從而改變工控機1上安裝的WINCC中數(shù)字量、模擬量輸出值， 然后由WINCC通過I / 0驅動器直接驅動PLC的模擬量輸出模塊9及開關量輸 出模塊8，從而控制電動調(diào)節(jié)閥14和開關電磁閥13的開關與開啟程度。而現(xiàn) 場開關量與模擬量的值由PLC的開關量輸入模塊6和模擬量輸入模塊7自動采 集，然后通過NET模塊15讀入工控機1的WINCC數(shù)據(jù)庫并顯示在界面上；統(tǒng)計 方式通過WINCC與Excel 7. 0之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE),將數(shù)據(jù)傳送給Excel 的Work Sheet,然后對Excel接收到的數(shù)據(jù)利用VBA進行編程，實現(xiàn)報表的自 動生成與打印功能。
自動工作過程中要求人機交互進行，某些步驟必須由人工做出選擇，方可 進入下一步，并通過工控機1向PLC控制單元下傳不同的運行標志來控制PLC 控制單元完成相應的功能，從而實現(xiàn)工藝過程的自動控制。上位監(jiān)控裝置開始 之后，首先初始化系統(tǒng)，工控機l、以及包括電源模塊3、 CPU模塊4、 NET模 塊15、擴展模塊5、開關量輸入模塊6、模擬量輸入模塊7、開關量輸出模塊8、 模擬量輸出模塊9等部分的PLC控制單元自檢，各個模塊均正常以后，分別設 置PLC控制單元模擬量輸出模塊9和開關量輸出模塊8默認的初始狀態(tài)，根據(jù) 人工選擇進入自動方式。自動工作時，共有4種混拌方式，分別加入不同的添 加劑和實現(xiàn)不同混拌過程。通過進行按鍵選擇，本實施例一以選擇第l種工作 方式為例進行說明，按鍵選擇進入第1種工作方式，參數(shù)輸入結束后，將設置 好的參數(shù)下傳，啟動方式l混拌過程的自動控制，通過模擬量輸出模塊9開啟 原料水泥罐的進氣閥19和藥品罐的進氣閥20,將原料水泥罐16和藥品罐18 進行充氣，壓力傳感器12將檢測到得壓力信號通過模擬量輸入模塊7傳輸?shù)?CPU模塊4，PLC控制單元通過壓力傳感器12檢測到原料水泥罐16和藥品罐18 的壓力達到設定的壓力值后，開啟原料水泥罐16的出料電動閥17，利用原料 水泥罐16中的氣體壓力將原料送入混拌計量罐27，稱重傳感器23信號通過模 擬量輸入模塊7傳輸?shù)紺PU模塊4， PLC控制單元通過稱重傳感器23檢測到混 拌計量罐27的重量達到設定的重量值后，關閉原料水泥罐16的出料電動閥17， 開啟藥品罐18的出料電動閥21，將藥品送入混拌計量罐27，稱重傳感器23再次檢測混拌計量罐27的重量，并將重量信號通過模擬量輸入模塊7傳輸?shù)?CPU模塊4， PLC控制單元檢測到重量值達到設定的重量后，關閉藥品罐的出料 電動閥21，開啟混拌計量罐27的進氣閥22進行混拌，混拌時間到達設定的時 間后關閉混拌計量罐27進氣閥22，停止混拌，開啟混拌計量罐27的出料閥24， 利用混拌計量罐27里的氣體壓力將混拌后的成品送入成品罐25。本實施例中 各個罐上都裝有料位開關11，閥門上裝有行程開關，料位開關ll和行程開關 的信號都通過開關量輸入模塊6傳輸?shù)紺PU模塊4,并通過NET模塊15傳輸?shù)?工控機1，工控機1根據(jù)PLC控制單元上傳的過程標志給出相應的文字、聲音 提示，如"原料罐正在充氣，請稍候！"、"計量罐正在進水泥，請等待！"、 "計量罐出口比例閥故障，請…"等等，同時工控機1流程圖上可直觀地顯示 工藝過程的各個參數(shù)與狀態(tài)。
由電源模塊3、 CPU模塊4、 NET模塊15、擴展模塊5、開關量輸入模塊6、 模擬量輸出模塊7、開關量輸出模塊8、模擬量輸出模塊9等部分組成的PLC 控制單元，主要是完成各種混拌過程的自動控制與相應的故障處理、應急處理， 同時為工控機1提供工作過程的狀態(tài)標志與運行參數(shù)。另外，生產(chǎn)還要求在PLC 控制單元程序執(zhí)行過程中隨時可以退出自動方式，返回手動狀態(tài)，以應付各種 突發(fā)事件。由于PLC控制單元采用循環(huán)掃描的工作方式，根據(jù)工控機l下傳的 不同標志和混拌的不同進程決定是否調(diào)用相應的程序模塊。本實施例還采用了 PID控制規(guī)律，是通過工控機1與PLC控制單元相結合的方法實現(xiàn)的，由于控 制器給定值的計算較為復雜且某些參數(shù)還會隨著外加劑的不同、使用環(huán)境溫度 的變化而改變、PLC控制單元處理數(shù)據(jù)運算的能力不強等緣故，采取在工控機1 參數(shù)輸入結束后由人工選定計算公式、輸入計算系數(shù)，混拌過程開始后，由工 控機1根據(jù)稱重信號計算PID給定值、完成PID運算，然后將運算結果通過工 控機內(nèi)置的通訊卡2與NET模塊15通訊,傳輸?shù)絇LC控制單元的模擬量輸出模 塊9，從而控制各個調(diào)節(jié)閥的開度。
權利要求1.油井水泥自動干混控制裝置，其特征在于包括工控機，所述工控機監(jiān)控油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)人機對話；通訊裝置，電連接所述工控機，為所述工控機傳輸油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)信號；處理控制裝置，其一端電連接所述通訊裝置，為所述工控機提供油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)信號，其另一端電連接油井現(xiàn)場設備，用于設置油井現(xiàn)場設備的工作參數(shù)，并控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)；執(zhí)行機構，電連接所述處理控制裝置，用于控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)。
2. 如權利要求1所述的油井水泥自動干混控制裝置，其特征在于所述通訊裝置為S7-5412通訊卡。
3. 如權利要求2所述的油井水泥自動干混控制裝置，其特征在于所述處理控制裝置為PLC控制單元，包括電源模塊，為處理控制裝置提供工作電壓；CPU模塊，用于設置油井現(xiàn)場設備的工作參數(shù)，處理、存儲油井現(xiàn)場設備 傳出的信號，并依此控制所述執(zhí)行機構的工作狀態(tài)；NET模塊，與所述通訊裝置配合使用，用來實現(xiàn)所述工控機與油井現(xiàn)場設 備的信息傳輸；開關量輸入/輸出模塊，通過所述CPU模塊輸出的信息控制所述執(zhí)行機構 的工作狀態(tài)；模擬量輸入/輸出模塊，用于傳輸所述執(zhí)行機構的控制信號，與所述開關 量輸入/輸出模塊一起控制所述執(zhí)行機構的工作狀態(tài)； 擴展模塊，用于連接擴展設備。
4. 如權利要求3所述的油井水泥自動干混控制裝置，其特征在于執(zhí)行機 構包括壓力傳感器，所述壓力傳感器電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐裝設備的壓力，并將檢測到得壓力數(shù)值傳輸?shù)剿鯟PU模塊中與CPU模塊中設置的初始值進行比較；稱重傳感器，所述稱重傳感器電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐裝設備中輸入物料及藥品的重量，并將檢測到得重量值傳輸?shù)剿鯟PU模塊中與CPU模塊中設置的初始值進行比較；電動調(diào)節(jié)閥，所述電動調(diào)節(jié)閥電連接所述處理控制裝置，執(zhí)行所述處理控 制裝置輸出的開啟程度命令；開關電磁閥，所述開關電磁閥電連接所述處理控制裝置，執(zhí)行所述處理控 制裝置輸出的開啟或關閉命令；料位開關，所述料位開關電連接所述處理控制裝置，用于油井現(xiàn)場罐裝設 備中輸入物料及藥品的料位，并將檢測到得數(shù)值傳輸?shù)剿鯟PU模塊中與CPU 模塊中設置的初始值進行比較；行程開關，所述行程開關電連接所述處理控制裝置，通過所述處理控制裝 置將行程開關的開關信號傳輸?shù)剿龉た貦C。
專利摘要本實用新型公開了一種油井水泥自動干混控制裝置，包括工控機；通訊裝置，電連接所述工控機，為所述工控機傳輸油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)信號；處理控制裝置，為所述工控機提供油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)信號，同時用于設置油井現(xiàn)場設備的工作參數(shù)，并控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)；執(zhí)行機構，電連接所述處理控制裝置，用于控制油井現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)。本實用新型充分利用了PLC體積小、功能強、可靠、通用、易維護的特點和工控機抗干擾能力強、簡單、直觀的優(yōu)點，構成了一個分散型監(jiān)控裝置，實現(xiàn)了設備的實時監(jiān)視、控制要求，并且能夠實現(xiàn)手動、自動、統(tǒng)計三種方式相結合的工作過程。
文檔編號B28C7/02GK201389920SQ20092002363
公開日2010年1月27日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權日2009年3月11日
發(fā)明者鄭秀華 申請人:濰坊力德電器有限公司