电潜泵水力模拟实验控制系统设计

2015-02-15大庆油田采油七厂

油气田地面工程 2015年1期

大庆油田采油七厂

电潜泵水力模拟实验控制系统设计

蔺肇友大庆油田采油七厂

电潜泵水力模拟实验系统主要服务于电潜泵设计人员开发。设计人员可以利用该系统检测设计泵的水力特性状况，为进一步改进设计提供依据。该系统采用MCGS组态软件，使用研华_PCI 1710数据采集卡及西门子S7200PPIPLC，完成电潜泵试验过程中入口压力、入口流量、出口压力、出口流量、输入轴扭矩、转速和计量罐液位等信号的采集、记录和显示。

电潜泵；水力模拟；组态；数据采集

电潜泵水力模拟实验系统主要服务于电潜泵设计人员开发。设计人员可以利用该系统检测设计泵的水力特性状况，为进一步改进设计提供依据。

1 系统组成及原理

电潜泵水力模拟实验系统能够进行不同型号电潜泵的水力特性测试与试验。模拟实验系统主要检测参数包括输入扭矩、输入转速、入口压力、流量、出口压力和出口流量等。系统由供水单元Ⅰ、电潜泵试验台Ⅱ、计量单元Ⅲ和数据采集控制单元Ⅳ等四个模块组成，系统组成原理如图1所示。

（1）供水单元由水箱、过滤器、球阀、离心泵、压力传感器和电磁流量计等元件组成。试验过程将两个球阀完全打开。数据采集控制单元检测供水单元中压力传感器和电磁流量计的信号，显示电潜泵入口压力和流量。

（2）电潜泵试验台由电潜泵、变频电机、变频器、扭矩传感器和光电编码器等组成。数据采集控制单元输出电压信号，控制变频器输出不同频率信号，控制电机转速，带动泵以不同的转速转动。检测扭矩传感器和光电编码器的信号，显示输入轴的扭矩和转速。

（栏目主持张秀丽）

图1 系统组成

（3）计量单元由压力传感器、节流阀、电磁流量计、电动球阀、计量罐、液位计、管道泵和球阀等元件组成。手动改变节流阀的开口大小，调节电潜泵输出端的负载压力。数据采集控制单元检测压力传感器、电磁流量计和液位计的信号，显示电潜泵出口的压力、流量和计量罐的液位。

2 控制系统设计方案

控制系统的原理如图2所示。

图2 控制系统原理

控制系统依据实验系统的要求，能够采集供水单元中的压力和流量信号，电潜泵实验台的扭矩和转速信号，计量单元的压力、流量和液位信号，并完成3台泵的启停，电潜泵的转速调节和电动球阀的开启。

控制系统使用数据采集卡和PLC完成信号的采集并进行模数转换。将数据采集卡和PLC采集的信号输入计算机，在组态界面显示；同时组态界面输出泵和电动球阀的启停，以及电潜泵设定转速信号，由数据采集卡和PLC控制电动球阀的启停和电潜泵的启停，并调节电潜泵的转速。

3 组态监控设计

组态软件设计应用昆仑通泰公司的MCGS组态软件。在组态软件界面“组态设备0”添加框中添加数据采集卡（研华_PCI1710）；在“通用串口父设备及其子设备1”中添加PLC（西门子S7200 PPI）。设置PCI1710的设备地址为计算机给数据采集卡分配的I/O基地址，最小采样周期为400ms，模拟量输入为单端输入和各通道的变量名。数据处理选择工程转换，输入模数转换后信号的最小值和最大值，对应的传感器量程的最小值和最大值。设置通用串口父设备端口号为COM1口，波特率9600，8位数据位，1位停止位，偶校验，S7200 PPI的设备地址为2，设备连接、设备调试和数据处理与PCI数据采集卡设置相同。

界面设计使用标签工具，显示各参数的当前值，设置标签工具的属性为数据显示，数据类型为数值型，显示整数位3位、小数位1位，连接各信号地址变量名；百分比填充工具，用于显示计量罐液位高低，设置最大值和最小值，连接液位信号地址对应的变量名；输入框工具，完成变频器转速的写入，连接设定转速的变量名；按钮工具，完成电潜泵的启停，连接电潜泵启停的变量名。组态界面如图3所示。