Система управления комплекса мобильных установок КУДР

Система управления комплексом КУДР

 

Передвижной комплекс КУДР-1 предназначен для приготовления растворов жидких и сухих химических реагентов в технической воде и закачки этих растворов в скважину для целей ПНП. Комплекс состоит из 4-х отдельных блоков ( смесительный, насосный, энергетический, бытовой ), установленных на стандартных полуприцепах.

По требованиям заказчика комплекс должен позволять реализовывать достаточно широкий спектр технологий ПНП и поэтому оснащен следующими основными агрегатами: двумя дозаторами сухих и тремя дозаторами жидких химических реагентов, высоконапорным манифольдом подачи технической воды с регулируемым расходом, смесительной емкостью с электромешалкой, двумя подпорными насосами и двумя триплексными насосами высокого давления ( НВД ).

Естественно, что для организации взаимосвязанной работы вышеперечисленных агрегатов установки с целью обеспечения  заданных параметров технологического процесса, необходима система управления, которая кроме выполнения этой функции позволяла бы вести контроль исправности и наработки оборудования, регистрировать параметры технологического процесса, визуализировать состояние оборудования  и параметров технологического процесса на дисплее бортового компьютера. При этом должна быть обеспечена возможность управления всем комплексом с одного рабочего места оператора.

Поэтому система управления комплекса реализована на базе промышленного компьютера (ПК), размещенного в бытовом блоке, где организовано рабочее место оператора, а также на базе трех программируемых логических контроллеров ( ПЛК ), смонтированных в каждом из трех остальных блоков.

Основное звено в системе управления - промышленный компьютер с цветным жидкокристаллическим дисплеем размером 17. На дисплее ПК в различных экранах имеется панель управления основными агрегатами, мнемосхема установки, отражающая текущее состояние оборудования (включен - выключен) и значения следующих параметров технологического процесса ( давление закачки, расход закачки, расход воды, концентрации по 2-м сухим и по 3-м жидким реагентам, текущий объем закачки, уровень жидкости в смесительной емкости ).

Кроме того, на дисплей выводятся сообщения о срабатывании той или иной блокировки, либо  о выходе параметров закачки за заданные пределы для оперативного оповещения оператора.

С помощью клавиатуры  оператор может задать следующие требуемые параметры закачки: пять композиций, характеризующиеся объемом и пятью значениями концентраций химических реагентов каждая, расход закачки, заданный уровень жидкости в смесительной емкости.



Для минимизации числа информационных кабелей между отдельными блоками установки, коммутация которых снижает надежность работы и доставляет неудобства при развертывании установки, в смесительный, насосный, и энергетический блоки введены ПЛК типа FX2N фирмы «Mitsubishi».

Основной обмен информацией между элементами системы осуществляется по общей шине RS-485, к которой подключены ПК и все ПЛК.

Электроприводы основных агрегатов комплекса – частотно-регулируемые и выполнены на основе регуляторов серии FR-A фирмы «Mitsubishi». Как показывает наш опыт, эти регуляторы имеют высокую надежность и другие технические характеристики. Применение частотно-регулируемого электропривода с одной стороны открывает широкие возможности автоматизации управления, а с другой – позволяет полноценно защитить агрегаты от различных видов перегрузок.

Контроллер, размещенный в смесительном блоке, оснащен пультом управления и индикации типа MAC-E200 фирмы  «Mitsubishi». Этот пульт служит для управления частотными преобразователями приводов дозирующих устройств при их работе в режиме калибровки, для занесения в энергонезависимую память ПЛК калибровочных характеристик. Кроме того, этот пульт позволяет управлять агрегатами и служит для контроля  параметров технологического процесса оператором при его нахождении в смесительном блоке. В этом смысле пульт управления  контроллера дублирует функции ПК.

Система управления включает в себя несколько регуляторов поддерживающих тот или иной параметр в заданных оператором пределах при воздействии  различных дестабилизирующих факторов.

Структура всех регуляторов одинакова и представлена на рисунке 1.





В установке реализованы следующие регуляторы:

  1. Регулятор расхода закачки готового раствора в скважину. Объект управления – поток технической воды, характеризующийся расходом, исполнительный орган – частотные регуляторы привода НВД. Измеритель – электромагнитный расходомер IFM-4080 с измерительным участком , установленным на входе НВД.

  2. Регулятор давления подачи готового раствора на входе НВД. Основное назначение регулятора – поддержание давления на входе НВД вне зависимости от изменения производительности НВД. Объект управления – давление на входе НВД. Исполнительный орган  - частотные регуляторы привода подпорных насосов.

  3. Регулятор уровня жидкости в смесительной емкости. Предназначен для поддержания уровня в смесительной емкости при изменении расхода технической воды и производительности НВД. Объект управления - уровень жидкости в смесителе; исполнительный орган – управляемый кран высокого давления на водоводе; измеритель – ультразвуковой датчик уровня; заданный уровень в смесителе задается оператором с ПК.

Наличие трех указанных регуляторов позволяет синхронизировать необходимую подачу воды с потребностями НВД в широком диапазоне изменения производительности установки, а также позволяет обеспечить необходимый подпор НВД и заданный уровень в смесительной емкости. Если оператор увеличит требуемый расход закачки, то вначале произойдет уменьшение уровня в смесителе, что «почувствует» датчик уровня, регулятор уровня обнулит это рассогласование путём увеличения большего открытия управляемого крана на водоводе. В итоге в установившемся режиме работы производительность НВД будет в точности равна производительности водовода в сумме с производительностью дозирующих устройств.

Автоматическое дозирование химических реагентов в процессе  закачки осуществляется следующим образом. Перед началом работ производится калибровка дозирующих устройств на тех химических реагентах, которые будут использоваться при обработке скважины. Калибровка представляет собой экспериментальное снятие зависимости производительности дозатора от выходной частоты соответствующего преобразователя напряжения. Определение производительности дозаторов осуществляется при помощи секундомера и весов (для сыпучих реагентов) либо мерной емкости (для жидких реагентов) во всем диапазоне частот (от 0 до 50 Гц) с интервалом, например, 5 Гц. Экспериментально снятые точки зависимостей записываются в память ПК, где аппроксимируются полиномом второй степени R хим = С1 + С2f + C3f2 , где R хим – производительность, f – частота привода, С1, С2, С3 – коэффициенты. Как показывает практика, выбор для аппроксимации полинома 2-ой степени вполне оправдан для шнековых питателей и дозировочных насосов, имеющих небольшую кривизну тарировочных характеристик. Неизвестные коэффициенты С1, С2, С3 для каждого из 5 дозаторов вычисляются в ПЛК с помощью метода наименьших квадратов, позволяющего уменьшить неизбежные ошибки измерений.

При штатной работе установки по заданной концентрации каждого из 5-ти химических реагентов и текущему расходу технической воды, измеренному расходомером на водоводе, вычисляется требуемый расход соответствующего реагента, как R хим = С хим × R воды, где R хим – требуемый расход химического реагента, С хим – заданная концентрация   по этому химическому реагенту, R воды  - расход воды. Далее по тарировочной характеристике ПЛК вычисляет соответствующее  значение частоты привода  и формирует соответствующее управление на частотный преобразователь с тем, чтобы обеспечить необходимую производительность дозатора.

В системе управления предусмотрен ряд блокировок, которые выключают соответствующие агрегаты установки, либо установку в целом при выходе параметров работы агрегатов за допустимые пределы. К этим блокировкам относятся следующие:

  1. Контроль напряжения питания на диапазон 380 В + 10% - 15%.

  2. Контроль давления закачки на максимум.

  3. Контроль давления на входе НВД на минимум и максимум.

  4. Контроль температуры электродвигателя НВД1 и НВД2 на максимум.

  5. Контроль температуры смазки НВД1 и НВД2 на максимум.

  6. Контроль давления смазки НВД1 и НВД2 на минимум.

  7. Контроль уровня в смесителе на максимум.

  8. Контроль работоспособности частотных преобразователей.

 

При срабатывании каждой из блокировок соответствующее сообщение выдается на дисплей ПК.

Как показывает опыт эксплуатации комплекса в ОАО «Татнефть», технические решения, заложенные при разработке его системы управления, оказались достаточно обоснованными и эффективными для полноценного выполнения всех функциональных задач.

 


Форма для связи