1 引言 為了補(bǔ)償油田采油生產(chǎn)過程中地層壓力衰減，需要使用注水工藝維持地層壓力進(jìn)行采油作業(yè)。注水壓力高低是決定油田合理開發(fā)和地面管線及設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)。由于在注水工藝和機(jī)電設(shè)備配置設(shè)計中需要適應(yīng)的工藝條件復(fù)雜多樣，因此注水工藝設(shè)計和機(jī)電設(shè)備配置工程裕量。這些工藝條件包括：后期開發(fā)注水井的增多；儲油地層壓力及油氣水分布不斷發(fā)生變化；開關(guān)井?dāng)?shù)的增減；洗井及供水不足的影響等等。工藝條件的不確定性引起注水壓力波動，注水量不均勻不穩(wěn)定，注水壓力控制難度大，給油田生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和管理帶來困難。由于油田注水要求難于準(zhǔn)確預(yù)測和控制，考慮到油田開發(fā)中的需要，設(shè)備裕量通常按照油田最大可能需求設(shè)計，在注水系統(tǒng)設(shè)計中尤為突出。油田注水設(shè)備采用離心泵電機(jī)拖動，大功率系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在大馬拉小車的輕載低效狀態(tài)。注水壓力靠泵出口閘門手動控制，即靠改變管網(wǎng)特性曲線來調(diào)節(jié)泵的排量，泵、電動機(jī)匹配難以達(dá)到在泵的最佳工況點運(yùn)行，管網(wǎng)效率低，電能損失高達(dá)50%以上。 變頻恒壓技術(shù)能夠十分有效的穩(wěn)定注水工藝過程和大幅度降低大裕量型風(fēng)機(jī)泵類工程電耗。注水站恒壓變頻自控系統(tǒng)的技術(shù)路線是充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，對注水設(shè)備的電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)壓、穩(wěn)流供注水。同時軟起軟停功能代替減壓啟動，使電動機(jī)起停平穩(wěn)，減少對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，不會造成管網(wǎng)壓力、流量、流速劇烈變化，無需閥門截流，因此對防止汽蝕、水擊、喘振極為有利，可延長管網(wǎng)、泵、閥門維修周期和使用壽命。配套完善自動控制系統(tǒng)，搭建需求信息平臺，提高污水處理效果，加強(qiáng)監(jiān)督管理機(jī)制，最大限度地降低崗位員工勞動強(qiáng)度，提高企業(yè)信息化管理水平，具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 2 系統(tǒng)組成及功能設(shè)計 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)分為2個級別，即現(xiàn)場級和控制級，通過人機(jī)界面（HMI）實現(xiàn)工藝流程顯示與控制。 系統(tǒng)核心自動化設(shè)備選用臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品。控制級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，其主要功能是HMI（人機(jī)交互界面）與現(xiàn)場級之間的樞紐層。接受HMI設(shè)置的參數(shù)或命令，對注水生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，同時將現(xiàn)場狀態(tài)輸送到HMI。控制部分由臺達(dá)PLC與觸摸屏集成。包括DVP-32EH00R（CPU單元）、DVP-04AD-H（模擬量輸入模塊）、模擬DVP-04DA-H（量輸出模塊）、DOP-A80THTD（觸摸屏）組成。控制級設(shè)備安裝在控制室內(nèi)電控柜。臺達(dá)PLC的CPU模塊 DVP-32EH00R其帶有一個RS232和一個RS485通訊接口，DOP-A80THTD觸摸屏帶有1個RS232接口和1個USB接口。觸摸屏通過RS232串口與控制器通訊。 現(xiàn)場級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。現(xiàn)場級由智能一體化壓力變送器和變頻器組成。智能一體化壓力變送器選用霍尼韋爾壓力變送器，變頻器選用臺達(dá)VFD系列變頻器。現(xiàn)場注水電機(jī)1臺160kW、2臺75kW（備用1臺），因此變頻器選用160KW VFD-1600F43A一臺與75KW VFD-750 F43A分別組成一拖一和一拖二方案，參見圖2。利用1臺PLC控制2臺變頻器拖動2臺注水電機(jī)變頻橫壓注水。現(xiàn)場級控制采用屏蔽電纜連接，智能一體化壓力變送器將壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA信號輸入到模擬量輸入模塊DVP-04AD-H，控制器PLC輸出的控制量通過模擬量輸出模塊DVP-04AD-H轉(zhuǎn)換為4-20mA信號輸入2臺變頻器，實現(xiàn)2臺注水電機(jī)的恒壓注水變頻控制。 3 工藝流程及控制系統(tǒng)設(shè)計 橫壓注水工藝自動化系統(tǒng)原理如圖2所示。系統(tǒng)采用三種控制方式:自動運(yùn)行，手動變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行。 3.1 自動運(yùn)行 系統(tǒng)自動啟動第一臺變頻器，利用PID來控制注水泵的注水壓力，如果一臺泵輸出壓力不能滿足壓力要求，系統(tǒng)會自動啟動第二臺變頻器以滿足壓力要求。 3.2 手動變頻運(yùn)行 通過控制面板上的按鈕在手動模式下可以單獨(dú)啟動變頻器，此方式可以靈活控制變頻輸出。滿足復(fù)雜情況下的控制要求。 3.3 工頻運(yùn)行 變頻器啟動電機(jī)運(yùn)行到工頻頻率后，利用接觸器切換電機(jī)脫離開變頻器，投入工頻運(yùn)行，參見圖2。變頻器充當(dāng)大功率電機(jī)的軟啟動器。 通過以上三種控制方式，可以保證注水電機(jī)的正常運(yùn)行，達(dá)到滿足不間斷生產(chǎn)的要求。 3.4 人機(jī)界面設(shè)計 工藝流程圖如圖3所示，控制參數(shù)如圖4所示，控制器參數(shù)設(shè)置如圖5所示。 4 結(jié)束語 采用中達(dá)公司的PLC、觸摸屏和變頻器來控制注水系統(tǒng)，單一自動化平臺控制結(jié)構(gòu)簡單；節(jié)能效益顯著；方便人員操作。項目受到油田企業(yè)關(guān)注得到好評。項目體現(xiàn)了中達(dá)產(chǎn)品節(jié)能自動化的理念，特別是中達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在成套系統(tǒng)控制工程中的優(yōu)勢。 第二屆伺服與運(yùn)動控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動控制論壇論文集