西门子模块6ES7510-1SJ01-0AB0参数详细

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1  引言
    目前国内油田游梁式抽油机拖动系统绝大多数采用y系统电动机，由于抽油机是上下运动，负载变化差异很大。采用曲柄加重的旋转平衡，电机负载仍然呈现周期性变化，加之重载启动，为确保可靠启动和正常运行，所配电动机额定功率都比运行平均功率大很多，因而除运行负载峰值较大外，大部分时段处于轻载以至空载运行。据有关实验资料表明，抽油机电动机目前所消耗的总电能中则有20%～40%被浪费，且电动机在低于额定功率的状态下运行会消耗比实际需要更多的能量，这部分电能虽然不做功，却使电动机发热增加振动等现象，以至缩短电动机的使用寿命，其结果是系统效率低，耗损大，功率因数低，线路耗损大，电力综合利用效率低。另一方面，由于油田存在相当一部分油井地层供液不足问题，这些油井泵效低，产液量低，抽油机系统能效低，且油井生产调参不方便，不具备油井生产自动监控能力，油田生产工艺技术落后，既造成极大的能源浪费，又给油田现场生产带来很大不便。针对油田油井生产中存在的上述问题，我们提出了采用油井变频器加plc优化控制技术方案，既提高了抽油机系统电能的综合利用率，避免了电能浪费问题，又有效地解决了油井生产过程的自动监控，增产节能，具有良好的推广应用价值。

2  系统原理设计
    油井控制系统的工作原理，如图1所示。

图1  油井控制系统的工作原理图

    根据油井生产实际工况，制定油井生产运行参数，并将抽油机上行时间、下行时间输入plc，plc根据检测游汾式抽油机电机运行电流变化情况，准确判断油井上下行程转换，并通过plc继电器输出控制上行时间调节信号给变频器调整相应运行频率，通过频率变化来调节电机转速，从而实现油井抽油机上行和上行过程的分别有效控制。同时plc将检测到电流、电压、冲程、冲次、冲程、频率等油井各种运行参数信号输出给显示单元，便于现场掌握运行参数。当电机运行出现过压、过流、缺相、欠压、过热等故障时，通过plc继电器输出实施保护控制(变频器同样具有此功能)，与变频器一起实现电机的双重保护控制功能。当油井生产运行参数需要调整即油井调参时，只要重新输入油井上行时间和下行时间即可，调参方便快捷。
    由于控制系统能方便地控制调整油井抽油机上行时间和下行时间，对于地层供液不足、低液量低、油泵充满度系数低、泵效低的油井，可以设定让抽油机上行时间快一些，而下行时间尽量慢一些，可以达到提高油泵充满度系数和油泵泵效，提高抽油机井系统效率，以及增加产量的效果。既可满足节能降耗的技术要求，又能增加油井产量的目的。
由于该控制系统应用了变频调速控制技术，油井抽油机调速非常方便，不仅实现了电机的软启动，把电机启动电流降低3-4倍，降低了对电网的冲击，延长电机和机械设备的使用寿命，而且还可以双向自动电压跟踪方式，自动测算再生电能的大小，计算佳制动力矩，使设备始终处于佳节能运行状态，其控制系统节能降耗效果显著。

3  系统实施
3.1 集成结构
    本文设计的plc在油井生产控制中的应用，其控制系统硬件主要由可编程程序控制器(plc) 、变频器、继电器、电源以及控制电路组成。可编程控制器(plc)采用omron公司的cpm1a-40cdr-a型，基本单元i/o 点数为24/16。直流电源为输入通道提供电源。plc的输出继电器控制外接电器完成机油机上行程调速控制、下行程调速控制，电动机的各种故障保护等。采用omron公司的cpm1a控制器实现生产控制，cpm1a有较强的中断处理功能和通讯功能以及丰富的指令功能。
3.2 欧姆龙cpm1a特点
    cpm1a是欧姆龙sysmac系列plc。适用于小型设备、小点数配电箱的省空间化经济型微型plc的标准机型，sysmac系列小型机种包含了cpu为ac电源、dc电源、继电器输出、晶体管输出的4种不同型号。电源、输出i/o点数等按需要选择使用。
3.3 软件编程
    油井生产控制系统是一个功能多、控制方式复杂、实时性要求高的控制系统。要对外界参数进行实时的测量，并在一定时限内完成对这些参数的处理， 同时对相应的转速、上下行程、冲次等进行实时控制。整个过程是一个实时过程，要求系统能同时完成多个任务。根据技术要求，同时考虑到使用方便度和可维护性，编制如下程度框图，如图2所示。

图2  程序框图 

4  规模应用效果
    该油井控制系统于2006年在胜利油田孤东采油厂投入现场应用，先后在孤东采油厂推广应用34台，经现场多次测试和能耗统计，该控制系统应用后测试平均节电率达到了32.53%，油井吨液单耗节电率为36.61%，油井电表计量节电率为29.4%，油井系统效率平均提高了9.4个百分点。
    其经济效益显著，仅节电一项，装前吨液单耗8.74千瓦时/吨液，单井平均液量29.75吨计算，推广应用34台油井控制系统装置年节电量为：8.74×29.75×34×365×36.61%＝121.6万千瓦时。
    以电费0.57元/千瓦时计算，项目年节电效益为：121.6×0.57＝69.31万元。
    以项目总投入160万元计算，项目投资回收期为：投资回收期＝160:69.31＝2.3年。
项目以使用5年计算，投入产出比为：投入产出比＝160:(69.31×5) ＝1:2.2。
    经过现场二年多时间的应用结果表明，该控制系统性能优越，节能降耗和增产效果好，据统计已累计实现增产3000余吨，具有良好的推广应用价值。

一、概述
　　 可编程序控制器是在微处理器的基础上发展起来的一种新型的微型计算机控制器。由于它把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一毡，国此它兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等双重优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备。可编程序控制器技术在世界上己广泛应用，成为自动化系统中的基本电控装置。在我国，近几年来，可编程序控制器的应用推广工作已取得较大成效。根据我国大力发展新型的机电一体化产品以推动机械产品的更新换代和实现生产过程自动化的需要，在全国正在形成应用可编程序控制器(PLC)的热潮。
　　

　　 在为某陶瓷厂研制73.62米玻化墙地砖辗道窑电器控制系统的任务中，根据该项控制工程的要求，采用了PPC31可编程序控制器对该项目中的动力系统及煤气安全系统，信号及报警系统进行控制。
　　

　　二、机型选择
　　ATCS PPC31 控制器
　　——从传统的PLC到基于PC的SOFTPPC控制器具有以下特点：
　　·多任务、在线编程、与A-B指令兼容、以太网、WEB服务器、JAVA C/C++支持等等。
　　·CPU31 CPU模块与电源供应模块、CPU基架一起构成一套TCS PPC31的基础。
　　·CPU基架能容纳一个CPU模块，一个电源供应模块，及分别提供4、6、8个I/O槽。PC-104基架能容纳一个CPU模块，一个电源供应模块，提供4个I/O槽。
　　·如果为I/O模块提供SOLT槽的CPU基架不够，则可用扩展型I/O槽基架，6-8槽的都可以。　·CPU31允许一个CPU基架可扩展达三个I/O基架。这种配置叫本地工作站。
　　·CPU31/R 已建立远程I/O控制能力。增加本地工作站可以连接达15个远程站。本地站与后一个远程工作站的大距离为20000英尺.
　　
　　由于本控制系统均属开关量控制，并根据输入输出点数的要求，我们选用了一套PPC31系统。系统配置如下图所示：
　　　　

图1 PLC配置图

　　三、玻化墙地砖棍道窑动力系统控制要求的实现
　　该生产设备的动力系统主要有主传动电机和抽烟，助燃，抽热和急冷四台风机的拖动电动机。四台风机各有主，备两套电机，以保证某台电机出现故障时，备用的一台及时投入。主传动系统要求稳定运行并具有良好的调速性能，在这里我们采用一台变频调速器进行主传
　　动电机调速，由可编程序控制器PLC提供主传动离合器联锁信号及正反转控制，运行指示及失电，超载报警等信号。
　　四台风机的风量控制对该生产过程的控制具有至关重要的作用，下面重点介绍一下四台风机电动机的PLC控制方案。
　　这四台风机均选用正常工作时为Δ接法的Y系列电动机拖动，电机容量分别为22KW和18.5KW。在投入及工作时四台电机具有联锁要求，如台电机起动后第三台电机才能起动；台电机停机，第二台也须停机等。为减小起动时启动大电流的影响，每台电机均要求进行Y—Δ换接启动。
　　四、煤气安全阀控制及信号指示系统
　　该部分是由PLC检测电机运行及各种压力，设备状态信息，发出各种指示或报警信号，提醒值班人员作各种相应处理。如当抽烟风机，助燃风机停转，煤气压力过高，过低，窑炉温度过热，上述任一非正常情况出现时，应立即切断煤气供应，关闭煤气总阀。
　　上述控制要求的实现，是通过PLC检测各压力信号及电机工作状态信号，经内部程序逻辑处理，由输出控制信号点燃各工作指示灯或报警灯，或控制煤气总阀使之打开或关闭。
　　五、结束语
　　由TCS PPC31 PLC控制的玻化墙地砖辗道窑动力系统，经投入运行一年多来，工作稳定，操作简便，可靠性高，控制方便灵活。利用德维森公司的PPC31系列PLC进行生产过程控制是一种行之有效的方法，值得进一部推广。