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油井水泥干混装置控制系统

<滤水器p>随着我国陆上油田的开发进入中、后期，开采难度逐步增加，各种深井、超深井、水平井、低渗井等类型的复杂油井相继出现。相应地，白瓷固井工作对油井水泥的各种物理、化学性能要求也越来越多、越来越高，单单靠增加水泥品种已经远远不能解决问题。于是大量应用多种油井水泥外加剂、外掺料来改变固井水泥浆的性能以满足现场固井生产的需要。传统的“湿混”方案由于密度的检测与控制较为困难、一次固井过程所需要的物料量不好掌握以及某些外加剂不溶于水等缘故，应用受到一定程度的限制；于是与之对应的“干混”工艺应运而生，油井水泥干混技术绝大多数是以压缩空气为动力，使几种粉状物料在气化状态下分级稀释，从而完成均匀混拌。

本系统是由石油大学（华东）自动化系开发、与胜利油田新潮技术公司产品“油井水泥干混装置”配套的监控系统，克服了国外同类产品的不足，更适合于我国的国情，该系统已经成功地应用于青海油田特车公司油井水泥干混厂。

1 工艺过程及控制要求

通常，油井水泥干混装置都是由原料罐区、药品罐区、成品罐区和混拌罐区等主要设备以及配套的动力装置（压缩机、储气罐等）、水泥／药品拆袋和转运装置六大部分组成。其目的是在常规水泥中加入一定比例的几种添加剂，并使这几种粉状物料在气化、流化状态下均匀混合，从而达到各种固井水泥的性能指标。

该装置在实际工作过程中要求有手动、自动、统计三种方式。其中，手动方式要求通过工业PC显示器，利用鼠标操作来实现人工打开、关闭某一气动”刘学颂表示截止阀、调节阀，进而控制水泥、添加剂等物料的流向与流量，这种操作方式类似于国内早期引进的同类产品在人工操作台上的操作；自动方式则要求从原料罐、药品罐的充气、出料开始，经过若干中间流程，一直到合格的成品进入成品罐，全过程自动控制与监视以及相应的故障处理，该操作方式是本系统的重点；统计方式要求实时监控各个罐的物料进、出量（各罐物料的进出都通过电子称进行计滑轨门量），最后以、月报、年报的形式形成报表，以便核算生产成本与生产效率，为进一步生产管理提供依据。

2 监控系统设计

2．1 硬件设计

系统硬件设计主要考虑的是系统的性能价格比，鉴于上述控制要求，选用了西门子公司SIMATIC STEP 7中型PLC和艾讯公司AX6145工业PC构成该监控系统。SIMATIC STEP 7采用模块化的系统结构，可以根据系统规模，灵活地选择输入／输出接口模块的数量与类型，其技术指标为DI／DO512点，AI／AO128点、内部RAM40K、程序最大容量为256K，完全可以满足本系统的需要，利用它完成对现场设备的控制与参数检测。AX6145工业PC采用Intel Pentium 200处理器、32M内存、2M显存、32XCD，满足S7PLC对上位监控设备的要求，并且性能稳定、可靠，适合于工业现场使用，利用它完成对整个工作过程的监控与人机对话。PC与PLC之间通过SIEMENS PROFIBUS－NET模块CP－342和插入PC的通信卡S75412／PG5412进行连接。现场一次设备选用通用的压力变送器、称重仪、电动调节阀、开关电磁阀和电容式料位开关等常规仪表。整个监控系统硬件结构如图1所示。

2．2 软件设计

整个系统的软、硬件结构实际上就是一个小型的分散型控制系统。上位监控软件选用美国Intellution公司的组态软件FIX6．02，其运行平台为Windows NT 4．0 Workstation， FIX与SIEMENS通信卡S75412／PG5412之间由FIX提供的S7 Driver来实现通信，通信卡与PLC之间由S75412的随卡驱动程序连接，S7 Driver和S75412驱动程序通过组态设置正确后即可正常工作，下位控制功能通过对PLC编程实现。

上位监控软件FIX已经提供了丰富的数据处理、图形显示、人机交互等功能，基本上满足了系统的实际需要。三种工作方式分别是这样实现的：手动方式由操作者通过FIX的运行环境——VIEW界面，用鼠标点按不同按钮、拖拉相应的操作手柄从而改变FIX DATABASE中数字量、模拟量输出值，然后由FIX DATABASE通过I／O DRIVER直接驱动PLC的输出接口，而现场开关量与模拟量的值由PLC自动采集，然后通过I／O DRIVER读入FIX数据库并显示在FIX的VIEW界面上；统计方式通过FI最好别着急购买X与Excel 7．0之间的动态数据交换（DDE），将数据传送给Excel的WorkSheet，然后对Excel接收到的数据利用VBA进行编程，实现报表的自动生成与打印功能；较为困难的是该系统自动工作方式，自动工作过程中要求人机交互进行，某些步骤必须由人工做出选择，方可进入下一步，FIX与PLC均无法直接实现。为此，利用FIX COMMAND LANGUAGE的编程功能编写了这部分人机交互程序，通过铁尺FIX向PLC下传不同的运行标志来控制PLC完成相应的功能，从而实现工艺过程的自动控制。

上位监控并充分肯定了茂名石化的品质保证措施软件的总体框图如图2所示，即系统开始（启动“青海油田油井水泥监控系统”图标）之后，首先初始化系统：上位机、PLC自检，两者均正常以后，分别设置

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