1 引言(yan)
    目前各種(zhǒng)石油管線(xiàn)輸送的加(jiā)藥系統中(zhōng)，多采用人(ren)工控制，工(gong)藝🌂複雜，僅(jǐn)憑儲藥罐(guan)上的玻璃(lí)管液位計(ji)目測🍉判斷(duàn)🏒用量📞，不能(neng)💛準确配制(zhì)規定濃度(du)的破乳劑(ji)📞溶液，不能(néng)根據液位(wei)的變化而(er)按比例自(zì)動、精确地(dì)調整破乳(ru)劑的注入(ru)量，造成水(shui)、電及人力(li)的浪費，增(zeng)加了能耗(hao)。針對上述(shu)問題🏃🏻‍♂️，開發(fā)了一種🔴基(jī)于FPl型PLC的自(zì)🔞動加水、定(dìng)量加藥、定(dìng)時攪拌以(yi)㊙️及自動倒(dǎo)罐的控制(zhi)裝置。實際(jì)運行證明(ming)，該裝🏃‍♂️置不(bu)僅減輕了(le)員工的勞(láo)動💃強度，提(ti)高了安全(quán)系數，實現(xiàn)了以人為(wei)本的原則(zé)，使油田工(gōng)業自動化(huà)水平達到(dao)了新的起(qǐ)點，提高了(le)現場管理(li)水平，使生(shēng)産和管理(li)更趨規範(fan)化、科學化(huà)。

2 系統結構(gou)
2．1 加藥裝置(zhì)的基本結(jie)構
    加藥裝(zhuāng)置包括儲(chu)藥罐、計量(liàng)泵、攪拌器(qì)、液位開關(guan)、控制箱及(ji)附件⛹🏻‍♀️等，在(zai)實際系統(tong)中可根據(jù)用戶要求(qiú)調整配置(zhi)，以适應不(bu)同的工藝(yi)要求。圖1給(gei)出加藥裝(zhuang)置♻️的結構(gou)示意圖。控(kong)制系🙇🏻統包(bāo)括：攪拌機(ji)兩台，加水(shuǐ)電機一台(tai)，加藥電機(jī)一台，加藥(yào)罐兩個，儲(chǔ)藥罐一個(gè)，電🛀磁閥若(ruò)幹個，高液(ye)位報警器(qi)，低液位報(bao)警器及交(jiāo)流⛱️接觸器(qi)，熱繼電器(qi)，中間繼電(diàn)器，控制按(an)鈕，信号燈(deng)，斷路器，開(kai)關等一系(xì)列的低壓(ya)控制器件(jian)。

2．2 系統控制(zhì)功能描述(shù)
    自動加藥(yào)裝置是一(yī)種能根據(ju)設定加藥(yao)液的配比(bǐ)濃度👨‍❤️‍👨，實💞現(xian)自🐪動配藥(yào)、自動攪拌(ban)、自動定量(liang)輸出的自(zì)動控制系(xi)統。該裝置(zhi)☀️在設定狀(zhuang)态下無需(xu)人工值守(shou)，一鍵控制(zhi)即可實現(xian)所需濃度(du)藥液的自(zì)動配制與(yǔ)輸出，也可(ke)實現遠程(chéng)控制，真正(zhèng)實現了配(pèi)💃🏻藥、攪拌和(he)投藥自動(dòng)化。考慮到(dao)現場操作(zuo)的需求，配(pèi)備了手動(dong)控制功能(neng)，任何情況(kuang)下，手動控(kong)✏️制優先。
    (1)手(shǒu)動運行手(shou)動運行前(qian)，将運行方(fang)式轉至“手(shǒu)動”位置，接(jie)🌍通10．2，調用“手(shou)動控制”子(zi)程序。按照(zhao)控制面闆(pan)的對應按(àn)鈕，即可接(jie)通🚶‍♀️對應🍓的(de)PLC輸入點，執(zhi)行相應的(de)動作。
    以1号(hao)罐加水加(jia)藥攪拌為(wéi)例，接通加(jia)水電機，即(jí)接通I0．5，輸出(chū)繼電器Q0．1接(jie)通并自鎖(suo)，外部交流(liu)繼電器得(dé)電，加水電(diàn)🈲機開🏃🏻始加(jia)水。斷開加(jia)🔞水電機，即(jí)接通I0．6，Q0．1斷開(kāi)，加水🌍電機(ji)停(當加水(shuǐ)電機發生(sheng)故障時，接(jiē)通12．7，其常閉(bi)觸點斷開(kai)，QO．1斷開，加水(shui)電機停止(zhi)運行)。接通(tong)加藥👨‍❤️‍👨電機(jī)，即接💞通10．7，輸(shu)出繼電器(qì)Q0．2接通并自(zì)鎖，外部交(jiao)流繼電器(qi)得電，加藥(yào)電機開💃始(shǐ)🏃🏻運行。斷開(kai)加藥電機(ji)，即接通11．0，QO．2斷(duàn)開，電機停(ting)止運行(當(dāng)加藥電機(ji)發生故障(zhang)時，接通13．O，其(qí)常閉觸點(diǎn)斷開，Q0．2斷開(kāi)，加藥⚽電機(ji)停止運行(hang))。接通攪拌(ban)機，即接通(tong)I0.3，輸出繼電(diàn)器QO．0接通并(bing)自鎖，外部(bù)交流繼電(diàn)器得🍓電，攪(jiao)拌機開始(shi)運行。攪拌(ban)一定時間(jiān)後，斷開攪(jiǎo)拌機👨‍❤️‍👨，即接(jie)通I0.4，QO．O斷開，攪(jiǎo)拌機停止(zhǐ)運行(當攪(jiao)拌機發生(shēng)故障時，接(jiē)通12．6，其常閉(bì)點斷開，Q0．0斷(duàn)開，攪拌機(jī)停止運行(háng))。部分🐆I／O端口(kou)分配如表(biǎo)1所示。

    (2)自動(dòng)運行 若首(shǒu)次運行(儲(chu)藥罐為空(kong)時)，先将轉(zhuan)換開關🧡轉(zhuǎn)至“手動”位(wèi)置，接通IO．2，手(shou)動打開進(jìn)水電磁閥(fá)，待藥罐中(zhong)的液位達(dá)🏃🏻到最🈲低液(ye)位之上時(shí)，停止手動(dòng)控制，将轉(zhuan)換開關轉(zhuǎn)至“自動”位(wei)置，接通I0．1，調(diao)用“自動控(kong)制”子程序(xu)，開始自動(dòng)循環。按下(xia)操作面闆(pan)上的“自動(dong)運行“，接通(tōng)I3.2，整個程📐序(xù)開始工作(zuò)。

3 控制系統(tǒng)設計
3．1 S7—200可編(bian)程控制器(qi)簡介
    S7—200系列(lie)産品是具(ju)有高性能(néng)的中央處(chù)理器，因其(qi)模塊化🔴的(de)靈活設計(jì)而具有廣(guǎng)泛的适用(yòng)範圍，同時(shí)具有極高(gao)的性價比(bi)。S7—200無論單機(jī)運行，還是(shì)與其他設(shè)備組成網(wang)絡，都具有(you)👌優異的表(biao)現。
    S7—200主要特(tè)征：①快速的(de)中央運算(suàn)處理能力(lì)；②豐富的編(biān)程指令🤩集(jí)；③響應🌂快速(su)數字量和(he)模拟量輸(shū)入／輸出通(tong)道；④強大的(de)通訊能力(li)，豐富的擴(kuo)展模塊；⑤操(cao)作便捷，易(yi)于掌握。
    根(gēn)據設備的(de)運行特點(dian)和用戶的(de)實際需要(yao)，基于S7—200型PLC控(kòng)制，利用内(nei)部軟繼電(dian)器實現過(guò)程控制，使(shǐ)系統控制(zhì)簡便，提高(gāo)了✏️系統的(de)穩🔞定性和(hé)可靠性，保(bao)證了産品(pin)質量，提高(gao)了生産效(xiào)率。
3．2 硬件電(diàn)路的設計(ji)
    在1号罐、2号(hao)罐内，分别(bié)設置高液(ye)位，低液位(wèi)控制器，控(kòng)制器的數(shu)據信号通(tōng)過導線連(lian)接至配電(dian)櫃内的控(kòng)制電路，實(shi)🍉現PLC的控制(zhi)🏃‍♂️。圖2給出系(xì)統接口電(dian)路圖。

3．2．1 攪拌(ban)機系統
    攪(jiǎo)拌軸包括(kuo)傳動軸本(běn)身和随軸(zhóu)轉動的漿(jiang)葉，它是流(liú)體攪拌裝(zhuāng)置中的一(yi)個子系統(tǒng)，攪拌軸是(shi)執行攪拌(ban)混合操⭐作(zuò)的主要部(bù)件。由于流(liú)體激振力(lì)作用，輸入(ru)轉速波動(dong)和攪拌軸(zhóu)偏心的⁉️影(yǐng)響，在攪拌(bàn)軸上存在(zai)三種型式(shi)的振動：軸(zhou)向振動、扭(niu)轉振動🆚、彎(wān)曲振動🚩。軸(zhou)向振動是(shi)攪拌軸的(de)伸㊙️長和縮(suo)短，軸📧向振(zhen)動的自然(rán)頻率一般(ban)很高(大于(yu)3 ooo Hz)，因而在攪(jiǎo)拌器的設(she)計👉中，攪拌(bàn)軸的軸向(xiang)振動👅一般(ban)不考慮。扭(niǔ)轉振動引(yin)起攪拌軸(zhou)轉速的波(bō)動，實際操(cao)作中很難(nán)觀測到，它(tā)的自然頻(pin)率也較高(gāo)。彎曲振動(dòng)是軸的橫(heng)向擺動，它(tā)是💁最有害(hai)的一種振(zhen)動形式，它(tā)的自然頻(pin)率較低，破(po)壞性極強(qiang)，與流體激(jī)振頻率和(hé)軸的轉速(sù)較接近，易(yi)引起共振(zhen)。因而研究(jiū)攪拌軸的(de)彎曲振動(dòng)，準确确定(ding)攪拌軸㊙️的(de)臨界轉速(su)，對于設計(ji)攪拌軸和(he)預測軸的(de)破壞有重(zhong)要意義。該(gai)裝置設計(jì)的攪拌轉(zhuǎn)速為120 r／min，槳葉(ye)安裝在離(li)軸端100 mm處，攪(jiǎo)拌軸通過(guò)聯軸器與(yu)減速機的(de)輸出軸連(lián)接🔞在一起(qǐ)。螺旋漿葉(ye)一般為3葉(yè)，也可為2葉(ye)或4葉。其葉(yè)片直徑與(yu)攪拌槽内(nei)徑⭐之比為(wei)0．2~0．5，通常取為(wéi)0．33，螺距與葉(yè)片直徑的(de)比值為‼️1：2。圖(tu)3給出攪拌(bàn)機結構示(shi)意✂️圖。

3．2．2 計量(liàng)加藥裝置(zhì)
    計量加藥(yao)裝置直接(jiē)與氣力輸(shū)送系統相(xiàng)連，氣力輸(shu)🌈送系統正(zhèng)常🏃🏻工作必(bi)須有恒定(ding)的壓力條(tiáo)件，如果系(xì)統壓力損(sun)🌈失過⚽大，會(huì)給風🐉機增(zēng)加負擔，甚(shèn)至引起藥(yào)粉的堵🤩塞(sai)而影㊙️響工(gōng)作。為了盡(jin)量降低⛹🏻‍♀️系(xì)統的壓力(li)損失，裝置(zhì)設計中的(de)計量加藥(yào)裝置，采用(yong)變螺距螺(luó)旋輸送器(qì)作為壓送(sòng)式氣力輸(shū)送裝置的(de)供料器，該(gāi)裝置越靠(kao)近氣力輸(shu)送管道處(chu)其螺距越(yue)小，使輸送(sòng)的藥粉越(yue)壓越緊以(yi)斷絕氣體(tǐ)漏出的渠(qú)道，圖4給出(chu)螺旋加料(liao)裝置結構(gou)。在帶襯套(tào)的鑄鐵殼(ké)體3内有一(yi)段變螺距(jù)螺旋軸4，其(qí)右端通過(guo)彈性聯軸(zhóu)節與電機(jī)5相連，當螺(luo)旋在殼💞體(ti)内快💞速旋(xuán)轉時，物料(liao)從上方的(de)加料鬥2經(jing)過閘門l經(jing)螺旋🌂而被(bèi)壓入下方(fāng)的輸料管(guan)6，該輸料管(guan)又與壓送(sòng)式氣力輸(shū)送裝置的(de)輸料管道(dao)相連，物料(liào)由此被送(sòng)入了氣力(lì)輸送系統(tǒng)。由于螺旋(xuán)的螺距從(cong)左至右逐(zhú)漸減少，使(shi)進入螺旋(xuan)的物料被(bei)🈚越壓越緊(jǐn)，可防止氣(qì)力輸送管(guan)道内的壓(ya)縮空氣通(tōng)過螺旋漏(lòu)出✊。當物料(liào)進入氣力(li)輸送系統(tong)管道後，遇(yù)☂️到壓縮空(kōng)氣并将其(qí)吹散，使物(wù)料加速，形(xíng)成壓縮空(kong)📞氣與物料(liao)的混合物(wu)均勻地進(jìn)入氣力💞輸(shu)送系統的(de)輸料管中(zhong)，在高速氣(qì)流的帶動(dong)下輸送物(wu)🐆料。

3．3 程序設(she)計
    系統程(chéng)序大部分(fen)使用梯形(xíng)圖編制，而(er)在模拟量(liang)計算及輸(shu)出方🌈面使(shǐ)用了功能(néng)塊和語句(ju)表。梯形圖(tú)直觀易✊懂(dong)，且較多的(de)采用RS觸發(fa)器和時間(jian)繼電器，在(zài)程序編寫(xiě)🍓中，對每🚩個(gè)被控(PLC輸出(chū))隻🧑🏾‍🤝‍🧑🏼需分析(xī)找到所有(yǒu)置位、複位(wèi)條件，即可(kě)順序編寫(xie)。這樣可使(shǐ)程💔序簡明(ming)，減少編程(cheng)出錯🚶‍♀️機會(hui)。
    啟動自動(dong)運行後，首(shou)先會自動(dong)判斷DF23的開(kai)關狀态(即(jí)1号罐管線(xiàn)打♻️藥閥DF23是(shì)開還是關(guan)?若DF23關，說明(ming)2号罐往管(guǎn)線打藥，l号(hao)罐可以進(jin)👣水、加藥及(ji)攪拌；若DF23開(kāi)，說明l号罐(guàn)往管線打(dǎ)藥，2号罐可(ke)以進水、加(jia)🈲藥及攪拌(bàn))。若DF23關，此時(shi)1号加藥罐(guan)中的液位(wèi)🌐不是最低(dī)液位，即操(cāo)作面闆的(de)🈲加藥罐最(zui)低液位顯(xian)示燈未亮(liàng)，而且加藥(yao)罐中的液(yè)位也不是(shì)最高液位(wèi)，則進水電(dian)磁閥打開(kāi)，加水電機(ji)啟動，開始(shi)向加藥罐(guàn)中進水，當(dang)加藥罐中(zhong)的液位到(dào)達最高位(wèi)時，傳感器(qì)♍發出信号(hao)，加水電機(ji)停車，進水(shui)電磁閥關(guān)閉，加水過(guo)程🔱完成。之(zhī)後加藥電(diàn)機和攪拌(ban)機同時啟(qǐ)動。定時器(qì)KF3和KF4啟動，延(yán)時一定的(de)時間後，加(jia)藥電機先(xian)停車，再攪(jiǎo)拌一📐定的(de)時間後攪(jiao)拌機停車(chē)，加藥攪拌(ban)過程完成(chéng)。1号罐☔的加(jia)水，加藥，攪(jiǎo)拌過程完(wán)成，等待。
    2号(hào)罐打藥過(guò)程中，最低(di)液位報警(jing)時，發出信(xin)号要求，2号(hao)罐☀️打藥閥(fá)♊DF24關閉，1号罐(guan)打藥閥DF23打(dǎ)開，l号罐往(wang)管線打藥(yào)，實現2号罐(guàn)自動加水(shuǐ)、定量加藥(yao)、定時攪拌(bàn)。完成倒罐(guàn)過程。圖5給(gei)出加藥裝(zhuang)置的程序(xu)流程🔞，圖6給(gei)出控制系(xi)統梯形圖(tu)。

4 結語

    油田(tian)注水全自(zi)動裝置系(xì)統設計中(zhōng)，各環節工(gōng)作信息傳(chuán)送至PLC控制(zhì)系統，使加(jiā)藥系統全(quán)自動運行(háng)，藥液濃度(du)恒定，投加(jia)❤️準确📧，實現(xiàn)了加藥罐(guàn)的全部自(zi)動化⛱️，大大(dà)提高了工(gōng)作效率🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，減(jian)輕了工人(ren)的勞動強(qiáng)度，減少了(le)藥劑對人(ren)體的😘危害(hài)。同時㊙️該裝(zhuāng)置還具有(yǒu)結構緊湊(còu)、配置豐富(fu)、安裝簡單(dan)、可靠性高(gāo)等優勢，是(shi)目前自動(dong)化程度較(jiao)🔆高的藥劑(jì)投加系統(tǒng)。通過論述(shù)㊙️旨在找到(dào)一種實用(yong)價值更高(gāo)，應用前景(jǐng)更廣闊的(de)産品，從而(ér)達到環境(jing)效益❄️與經(jing)濟效益的(de)統一。

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