基于PLC的液压无杆排采系统研究*

0 引 言

有杆泵为当前我国煤气层排采主要设备，如螺杆泵、管式泵。由于工作环境恶劣，长时间工作过程中，有杆泵存在杆管偏磨，严重时造成故障停工，影响工作效率[1]。为了避免以上问题，无杆泵逐渐兴起并得到应用。目前，无杆泵主要有电潜泵、射流泵、无杆管式泵等[2]。电潜泵应用广泛，常为大排量离心泵，排采后期难以精准控制产液量，无法满足生产需求[3]，气体混入离心泵后，产生的气蚀及气锁会影响工作效率，造成安全隐患；射流泵油管及喉管间环空连接于地层，地层流体经抽吸与动力液混合，通过环空排至地面，随着泵压的升高，流速及负压增大，抽吸液体增多，排采后期，射流泵能耗高、工作效率低，因此应用较少[4-5]；无杆管式泵泵体内运动部件存在漏油、漏水等，对地面设备运行稳定性要求较高。

目前，煤层气排采过程中通常采用操作人员值守方式，存在劳动强度大、信息采集周期长、数据精度低的弊端，排采现场需高素质操作人员调整排采设备，对人员经验要求高。

对此，本文将设计新型液压驱动无杆泵，并基于PLC对控制系统进行设计，以满足实际生产需求。

数控车床对刀的目的是告诉数控系统：工件坐标系与机床坐标系原点之间的偏差值是多少，因为数控系统知道机床坐标系原点，所以就等于告诉数控系统工件坐标系原点在哪里。数控车床的对刀方法有三种，试切削对刀法、机械对刀法和光学对刀法三种。其中以试切对刀法应用的最为广泛，它不仅满足精度的要求，且操作方便，是非常实用的对刀方法。

1 系统总体结构

文中控制系统由液压驱动无杆排采及PLC控制两部分组成。无杆排采组成部分主要为无杆泵组、三通道油管、加压泵、排水池、驱动液池等；PLC控制主要组成部分为变频器、压力计、流量计、电动机及控制柜等。

液压驱动无杆排采控制系统结构图如图1所示。

图1 液压驱动无杆排采控制系统结构图

首先调试系统软件及系统硬件，然后打开所有阀门，分两次进行测试，其步骤为：

2 PLC控制设计

(1)流压设定值为1.95 kPa，装置启动时间为0 s；

2.1 硬件设计

文中液压驱动无杆排采控制柜采用采用S7-200型PLC[7]，主要电路为电机控制电路、PLC控制电路。PLC控制柜电路图如图2所示。

图2 PLC控制柜电路图

图2中：控制系统运行时首先将QF断路器闭合，系统得电，按下显示屏加压泵启动按钮，启动信号传送给PLC，触发端口0.3，继电器KA2闭合，接触器KM2导通，驱动电机M2工作,此过程为电机热启动，耗时为10 s。该阶段结束后端口0.1触发，继电器KA1闭合，电机M1启动，系统正常工作。

2.2 软件设计

系统中PLC控制系统软件设计核心为变频器频率及液压泵出口压力调节[8]。PLC将压力计测量的井底流压值同设定值进行比较，并根据两者差值对变频器频率进行调节，进而实现电机M1转速调节。系统运行模式分别为自动和手动运行模式，通过触摸屏进行模式选择与转换。控制系统主要程序如图3所示。

上一节探讨了电影与新闻之间“跨世界通达”的普遍性。这一节我们将结合“底本”与“述本”这一对观念来分析电影叙述与新闻叙述之间通达关系生成的基本机制。

图3 PLC主要控制程序

液压驱动无杆泵组成结构图如图4所示。

3 液压驱动无杆排采设计

无杆泵作为液压驱动无杆排采控制系统核心，其结构组成包括三通道油管、上/下排水阀、上/下进水阀、上/下柱塞、阀芯及阀体。

图3中：SM0.0和SM0.1分别为控制系统上电和初始化完成；压力设定值储存于VD304寄存器中，并通过PID模块将其写入VD4；控制程序通过ATCH实现中断响应，利用增益储存器VD12、积分时间储存器VD20及微分时间储存器VD24完成软件系统的初始化，经PID模块计算获得PID输出值VD8，并将其转存于AWO中作为系统输出值；将测量结果同设定结果进行比较，并将比较结果传送给PID运算模块，基于运算结果，通过变频器实现电机转速的调节。

测试中，液压驱动无杆排采控制系统主要采用的装置包括：S7-200型PLC、水箱、变频器、压力传感器及磁力驱动泵等。

图4 液压驱动无杆泵组成结构图

图4中：阀芯同三通道内油管相连，用于地面驱动液注入；外油管同上/下排水阀相连，用于井底产出液排出；上排水阀及上进水阀位于上泵体上端，下排水阀及下进水阀位于下泵体下端，上/下柱塞可在泵筒内滑动，完成液体泵出和吸入[9]；阀体位于上、下柱塞之间。当下柱塞处于半行程运动状态时，上进水阀吸入井底液并通过泵体由下排水阀排入三通道外油管，并举升至地面排出；当上柱塞处于半行程运动状态时，下进水阀吸入井底液并通过泵体由上排水阀排入三通道外油管，并举升至地面排出。动力液管可为柱塞的往复运动提供动力，实现阀体上、下自动切换。

4 系统测试

2．范围更广，更加难以抗拒。正如哈贝马斯所说:“当今的那种占主导地位的，并把科学变成偶像，因而变得更加脆弱的隐形意识形态，比之旧的意识形态更加难以抗拒，范围更加广泛，因为它在掩盖实践问题的同时，不仅为既定阶级的局部统治利益作辩解，并且站在另一个阶级一边，压制局部的解放的需求，而且损害人类要求解放的利益本身”。［10］(P69)科学技术在国家干预的推动下，成功的渗透进政治、经济、社会、文化等各个领域，成为一个巨大的帷幕，笼罩着整个资本主义世界。

系统测试装置如图5所示。

图5 系统测试装置

测试中，通过电磁阀实现蓄水池对水箱补水。启动磁力驱动泵，蓄水池中水缓慢注入水箱，位于水箱底部的传感器自动采集压力信号，将信号传至PLC控制系统，并与设定值进行比较，然后对比较值进行PID运算，基于运算结果通过变频器控制电机转速，实现底部流压趋于设定值[10]。测试中，通过水箱底部流压对井底流压进行模拟[11]。

图1中：系统将压力计测得的压力及流量数据反馈给PLC控制柜，进行比较处理，并基于处理结果对电机转速进行调整，实现了泵入驱动液排量的精确控制，完成井底流压的实时调整。三通道油管连接于外部驱动液池，内油管和中油管与无杆泵组阀芯相连，构成驱动液回路，外油管与无杆泵组排水阀相连，用于井底液排出。加压后的驱动液可为泵组上下柱塞运动提供动力，实现往复运动。

PLC控制主要作用是通过控制柜完成采集数据信息处理，并通过变频器完成电机转速的动态调节[6]，实现加压泵驱动液排量控制，该部分核心为PLC控制柜。

(2)流压设定值为1.95 kPa，装置启动时间为0 s；运行430 Fs后修改设定值为1.90 kPa。

测试结果如图6所示。

由图6可知：系统运行后测定值逐渐趋近设定值，在400 s后基本相同；改变设定值，约380 s后两者再次基本相同。由此可知：水箱箱底流压稳定趋于设定值，且响应迅速、超调量小。

图6 测试结果图

①绩效考核缺乏战略性和系统性。现行的绩效考核体系与公司的战略目标脱节，公司在制定绩效考核制度时并没有将其纳入公司的整个管理体系中去考虑，往往难以充分认识公司的经营目标和状况。人力资源管理体系有待健全，各种工作职能难以配合来共同推动公司获得持续发展能力。

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5 结束语

针对目前煤层气无杆排采过程中存在的问题，本文设计了液压驱动无杆排采控制系统。泵组可自动往复运动，由PLC对所采集井底流压与设定值进行比较运算，根据运算差值通过变频器实时调节电机转速，使井底流压稳定趋于设定值；系统工作过程中无需值守人员操作，运行时无运动部件，避免了管杆偏磨，降低了故障率。本文对系统时行了测试，结果表明：系统运行后测定值逐渐趋近设定值，在400 s后基本相同，当改变设定值，约380 s后两者再次基本相同。

研究结果表明：系统具有响应迅速、超调量小的特点，提高了排采控制精度及生产效率。由于该系统尚处于测试阶段，下一步还需要进行现场运行加以优化，以提高系统的稳定性。

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