1 引言
    目(mù)前各種石油管線輸送的加藥系統中，多采用人(rén)工(gōng)控制，工藝複雜，僅憑(píng)儲藥罐上的玻璃管(guǎn)液位計目(mù)測判斷用量，不能準确配(pèi)制規定濃度的破乳劑溶液，不能根(gēn)據液位的變(biàn)化而按(àn)比例自動、精确(què)地調整破乳劑(jì)的注入量，造成(chéng)水、電及人力的(de)浪費，增加了能耗(hào)。針對上述問(wèn)題，開發了一種基于FPl型PLC的自動(dòng)加水、定(dìng)量加藥、定(dìng)時攪拌以及自動(dòng)倒罐的控制裝置。實際運行證明，該裝置(zhì)不(bú)僅減輕了員工的勞動強度，提高了安全系(xì)數，實現了以人為本的原則，使(shǐ)油田工業自動化水(shuǐ)平達(dá)到了新的起點，提高了現場管理水平，使生産和管理更趨規範化、科學(xué)化。

2 系統結構
2．1 加藥裝置的(de)基本(běn)結構
    加藥裝置包括儲藥罐、計量泵、攪拌器、液位開關、控制箱及附件等，在實際系統中可根據用戶要(yào)求調整配置，以适應不同的工藝要(yào)求。圖1給出(chū)加藥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。控制(zhì)系統包(bāo)括：攪拌機兩台，加水電機一台，加(jiā)藥電機一台，加藥(yào)罐兩個，儲藥罐一(yī)個，電磁閥若幹(gàn)個，高液位(wèi)報警器，低液位報警器及交流接觸器，熱繼電器，中間繼電(diàn)器，控(kòng)制(zhì)按鈕，信号燈，斷(duàn)路器，開關等一系列的低壓控(kòng)制器(qì)件。

2．2 系統控制功能(néng)描述
    自動加藥裝(zhuāng)置是一種能根據設定加藥液的配比濃度，實現自(zì)動配藥、自動攪拌、自動定量輸出的自動控制(zhì)系統。該裝置在(zài)設定狀态下無需人工值守，一鍵控制(zhì)即可實現所需濃度藥(yào)液的(de)自動配制與輸出，也可實現遠程控(kòng)制，真正實現了配藥、攪拌和投藥自動化(huà)。考慮到現場操作的需求，配備(bèi)了手動控制功能，任何情況下，手(shǒu)動控制優先。
    (1)手動(dòng)運行手動運行前，将運行方式轉至“手動”位置，接通10．2，調用“手動控制”子程序。按照控制面闆的對應按鈕，即可接通(tōng)對應的PLC輸(shū)入點，執行相應的動作。
    以1号(hào)罐加水加藥攪拌為例，接通加水電機，即接通I0．5，輸出繼(jì)電(diàn)器Q0．1接通并自鎖，外(wài)部交流(liú)繼(jì)電器得電，加水(shuǐ)電機開始加水。斷開加水(shuǐ)電機，即接通I0．6，Q0．1斷開，加水電機停(當加(jiā)水電機(jī)發生故(gù)障時，接通12．7，其常(cháng)閉觸(chù)點斷開，QO．1斷開(kāi)，加水電機停止運行)。接通加藥電機，即接通10．7，輸出(chū)繼電(diàn)器Q0．2接通并自鎖，外部交流繼電器得電，加藥電機開始運行(háng)。斷開加藥電機，即(jí)接通11．0，QO．2斷開，電機停止運行(當加(jiā)藥電機發(fā)生故障時，接通13．O，其常(cháng)閉觸(chù)點斷開，Q0．2斷開，加藥電機停(tíng)止運行)。接通攪(jiǎo)拌機，即接通I0.3，輸(shū)出繼電器QO．0接通(tōng)并自(zì)鎖，外部交流繼電器得電，攪拌機開始運行。攪拌一(yī)定時間後，斷開攪(jiǎo)拌機，即接通I0.4，QO．O斷開，攪拌(bàn)機停止運行(當攪拌機(jī)發生故障時，接通12．6，其常閉點斷開，Q0．0斷開，攪拌機(jī)停止運行)。部分I／O端口分配如表(biǎo)1所示。

    (2)自動運(yùn)行 若首次運行(儲藥罐為空時)，先将轉換(huàn)開關轉至“手動”位置，接通IO．2，手動打開進水電磁閥，待藥罐中的液位達到最低(dī)液位之上時(shí)，停止手動控制，将轉換開關轉至“自動”位置，接通I0．1，調用“自動控制”子程序，開始自動循環。按下操(cāo)作面闆上的“自動運行“，接通I3.2，整(zhěng)個程序開始工作。

3 控制(zhì)系統設(shè)計
3．1 S7—200可編程控制器簡介
    S7—200系列産品是具有(yǒu)高性能的中央處理器，因其模塊化(huà)的靈活設計而具有廣泛(fàn)的适用範圍，同時具(jù)有極高(gāo)的性價比。S7—200無論單機運行，還是與其他設備組成網絡，都具有優異的(de)表現。
    S7—200主要特征：①快速的(de)中(zhōng)央運算處理能力；②豐富的編程指令集(jí)；③響應快速數(shù)字量和模拟量(liàng)輸入／輸出通道；④強大的通訊能力，豐(fēng)富的擴展模塊；⑤操作便捷，易于掌握(wò)。
    根據設備的運行特點和用戶的實際需要，基于S7—200型PLC控制，利用内部(bù)軟繼電器實現過程控制，使系統控制簡便，提高了系統的(de)穩定性和可靠性(xìng)，保證了産品質量，提高了(le)生産效率。
3．2 硬件電路(lù)的設計
    在1号罐、2号罐内，分(fèn)别設置高液位，低液位控制器，控制(zhì)器的數據信号通過導線連接至配(pèi)電櫃内的控制電路(lù)，實現PLC的控制(zhì)。圖2給出系統接口電路圖。

3．2．1 攪拌機系統
    攪拌軸包括傳動軸本身和随軸轉(zhuǎn)動的漿葉，它(tā)是流(liú)體攪拌裝置中的一個(gè)子系(xì)統，攪拌(bàn)軸是執行攪拌混合操作的主要(yào)部件。由于流體(tǐ)激振力作用，輸入轉速(sù)波動和攪拌軸偏心的影響，在攪拌軸上存在三種型(xíng)式的振動：軸向(xiàng)振動、扭轉振動、彎曲振動。軸向振動是(shì)攪拌軸的伸長和縮短，軸向振動的自然頻率一般很(hěn)高(大于3 ooo Hz)，因而在攪(jiǎo)拌器的設計(jì)中，攪拌軸的軸向振動一般不(bú)考慮。扭轉(zhuǎn)振動引起攪拌軸轉速的波動(dòng)，實際操作中很難觀測到，它的自然頻率也較高。彎(wān)曲振動是軸的橫向擺動，它是(shì)最有害的一種振動形式，它的(de)自然頻率(lǜ)較低(dī)，破壞性極強，與流體激振頻率(lǜ)和軸的轉速較(jiào)接近，易引起共振。因而研究(jiū)攪(jiǎo)拌軸的彎曲振動，準(zhǔn)确(què)确定攪拌軸的(de)臨界轉(zhuǎn)速，對于設計攪拌軸和預測軸的破壞有(yǒu)重要意義。該裝置設計的攪拌轉速為120 r／min，槳葉安裝在離(lí)軸端100 mm處，攪拌軸通過聯軸器與減速機(jī)的輸出軸連接在一起。螺旋(xuán)漿葉一般為3葉，也可為(wéi)2葉或4葉。其葉片直徑與攪(jiǎo)拌槽内徑(jìng)之比為0．2~0．5，通(tōng)常取為0．33，螺距與葉片直(zhí)徑的比值為1：2。圖3給出攪拌機結構示意(yì)圖。

3．2．2 計量加藥裝置
    計量加藥裝(zhuāng)置直接(jiē)與氣力輸送系統相連，氣力輸送(sòng)系統正常工作必須有恒定的壓力(lì)條件(jiàn)，如果系統(tǒng)壓力損失過大，會給風(fēng)機增加負擔，甚至引起(qǐ)藥粉(fěn)的堵塞而影響工作。為了盡量降低系統的壓力損(sǔn)失，裝置設計中的計(jì)量加藥裝置，采(cǎi)用變螺距螺旋(xuán)輸送器作為壓送式氣力(lì)輸(shū)送裝置的供料(liào)器，該裝置越靠近氣力輸送管道處其螺距越小，使輸送的(de)藥粉越壓越緊(jǐn)以斷絕氣體漏出的渠道，圖4給出螺旋加料裝(zhuāng)置結構。在帶襯套的(de)鑄鐵殼體3内有一(yī)段變螺距螺(luó)旋軸4，其右(yòu)端通過彈性聯軸節(jiē)與電機5相連，當(dāng)螺旋在殼體内快速旋轉時，物料從(cóng)上方的加(jiā)料鬥2經(jīng)過閘門l經螺旋(xuán)而被壓入下方的輸料(liào)管6，該輸料管又與壓送式氣力輸送(sòng)裝置的輸料管道相連，物料由此被送入了氣力輸送系統。由(yóu)于螺旋(xuán)的螺距從左(zuǒ)至右逐漸減少，使進(jìn)入(rù)螺旋的物料被越(yuè)壓(yā)越緊，可防止氣力輸(shū)送管道内的壓縮(suō)空氣通過螺旋漏出。當物(wù)料進入氣力輸(shū)送系統管道後，遇到壓縮(suō)空氣并将其吹(chuī)散，使物料(liào)加速，形成壓縮空氣與物料的混合物均勻地(dì)進入氣力輸送系統的輸料管中，在高速氣流的帶動下輸送物料。

3．3 程序設計(jì)
    系統程序大部分使用梯形圖(tú)編制，而在模拟量(liàng)計算及輸出方面(miàn)使用了功能塊和語句表(biǎo)。梯形圖(tú)直觀易懂，且較多的(de)采用RS觸(chù)發器和時間繼電器，在程序編寫中，對每個被(bèi)控(PLC輸出)隻需分析(xī)找到所有置位、複位條件，即可順序編寫。這樣可使程(chéng)序簡明，減少編程出錯機會。
    啟(qǐ)動自(zì)動運行(háng)後，首先會自動判斷DF23的開關(guān)狀态(即1号罐管線打藥閥DF23是開還是關?若DF23關，說明2号罐往(wǎng)管線打藥，l号罐可以進水(shuǐ)、加藥及攪(jiǎo)拌；若DF23開，說明l号罐往管線打藥，2号罐可以進水、加藥(yào)及攪拌)。若DF23關，此時(shí)1号加藥罐中的液位(wèi)不(bú)是最(zuì)低液位，即操作面闆的加(jiā)藥罐最低液位顯示燈未亮，而且加藥罐中的液位也不是最高液(yè)位，則(zé)進水電磁閥打開，加(jiā)水(shuǐ)電機啟動，開始向加藥罐中進水，當加藥罐中的液位到達最高(gāo)位時，傳感器發出信号，加水電機停車，進水電磁(cí)閥關閉(bì)，加水過程完成。之後加藥電機和攪(jiǎo)拌機同時啟動。定時器KF3和KF4啟動，延時一定(dìng)的時(shí)間後，加藥電機先停車，再攪拌一定的時間後攪拌機停車，加藥攪(jiǎo)拌過程完成(chéng)。1号罐的加水(shuǐ)，加藥，攪拌過程完成，等待。
    2号罐打藥過程中(zhōng)，最低液位報警時，發出信(xìn)号要求，2号罐打藥閥DF24關閉(bì)，1号罐打藥閥DF23打開，l号罐往管線打藥，實現2号(hào)罐自動加水、定(dìng)量加藥(yào)、定時攪拌。完成倒罐過程。圖5給出(chū)加藥裝(zhuāng)置的程序流程，圖(tú)6給出控制系統梯形(xíng)圖。

4 結語

    油田注水全自動裝置系統設計中，各環節工作(zuò)信(xìn)息傳送至PLC控制系統，使加藥系統全自動運(yùn)行，藥液濃度恒定，投加準(zhǔn)确，實現了加(jiā)藥罐的全部自動(dòng)化，大大提高了工(gōng)作效率，減輕了工人的勞動強度，減少了藥劑對人體(tǐ)的危害。同時該裝(zhuāng)置還具有結構緊湊、配置豐富、安裝簡單、可靠性高等優勢，是目前自動化程度較高的藥劑投加系統。通過論(lùn)述旨(zhǐ)在找到一(yī)種實用價值更高，應(yīng)用前景更(gèng)廣闊的産品，從而達(dá)到環境效(xiào)益與經濟(jì)效益的統一。

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