韩加斌

中海油田服务股份有限公司钻井事业部渤海7号 天津 300452

马丁仪表系统是钻井平台较流行的一套监视系统，主要用来监视钻井主要参数，而泥浆容量监控是其中比较重要的一项。但实际作业中，泥浆池液面发生变化时，只能靠司钻一人监视。值班室距泥浆池有一定的距离，从司钻发现问题后通知副钻，到副钻到达现场要一定的时间，不易于泥浆变化的实时监控，且泥浆池噪声大，易聚集有毒气体，不适合长期值班留人观察，本文基于西门子触摸屏和S7-200PLC，利用超声波传感器测量泥浆池液面的高度，将高度转换成4-20mA电流信号后，输入到S7-200PLC输入模块，经PLC运算处理后，以图形的形式直观的显示在触摸屏上，便于值班人员精确掌握泥浆液位变化。目前平台采用浮子式液面检测仪进行监控，由于泥浆含沙量大，易造成浮子式液面检测失灵，导致液面监控和报警失效。本系统也以彻底解决这一问题，PLC实时采集泥浆池的高度，到触摸屏显示，并且液面过高和过低进行报警提示[1]。

1 系统结构

本文设计的泥浆池液位显示系统主要由三部分构成：安装于各个泥浆池的超声波传感器探头；安装S7-200PLC的防爆控制箱，以及安装于值班室的触摸屏。

结构框图如右所示：

超声波液面传感器用于监测泥浆池内液位的变化，它是一种将传感技术与电信号处理结合在一起的超声波传感器，内装有超声波传感器及温度感应元件。传感器由探头发射一系列超声波脉冲，而超声波脉冲遇到液面后返回，被传感器接收。传感器中的滤波装置可以从来自声波、电波噪声及转动搅拌器浆叶噪声的各种假回波中分辨出从液面上返回的真回波，脉冲波从发射到液面、再返回到传感器所用的时间经温度补偿后，转换成可以显示的距离，并转变为电流输出[2]。

2 控制系统防爆箱

图1 超声波液面高度传感器

液面显示系统的S7-200PLC，电源模块，安装到防爆控制箱内，外部各种传感器连接至防爆箱内的各功能模块，分别测量外部开关信号及模拟信号，并输出报警信号。

3 液晶触摸屏

3.1 各泥浆池液面监控

系统根据安装于各个泥浆池的超声波传感器反馈信号，实时的显示各个泥浆池的液面高度。

3.2 各泥浆池液面报警

根据设定的各泥浆池报警上限和报警下限，实时对泥浆池液面高度进行监控，当液面高于上限时，报警提示泥浆液面过高；当液面低于报警下限时，报警提示泥浆液面过低；如果超声波传感器损坏，系统也能够自检报警，各个报警都可设定为开或关。

3.3 泥浆总量累积

泥浆工可以自己设定各个泥浆池的容积，根据液面高度的不同，系统自动计算出当前各个泥浆池泥浆量的多少。

4 系统主要参数

（1）工作电压：AC220±10%50HZ-60HZ

（2）液面监控系统主机功率：AC220V200W

（3）液面监控系统显示屏功率：DC24V12W

（4）液面测量精度：≦10mm

（5）工作制式：连续工作制

（6）环境温度：-20℃-50℃

（7）海拔高度：≦2500米

（8）相对湿度：≦90%

（9）适应防爆场所：dⅡBT4（Q-1防爆场所）

5 结语

本文基于西门子触摸屏和S7-200PLC，利用超声波传感器测量泥浆池液面的高度，将高度转换成4-20mA电流信号后，输入到S7-200PLC输入模块，经PLC运算处理后，以图形的形式直观的显示在触摸屏上，便于值班人员精确掌握泥浆液位变化，遇到紧急情况时，能第一时间发现，系统具有报警功能，当液面过高过低时可以报警，同时可以外接报警，对值班人员提醒[3]。