基于PLC油管自動(dòng)傳輸電氣控制系統(tǒng)的研制

王晗 王輝 陳金陽*

（1.盤錦高級(jí)技工學(xué)校 遼寧省盤錦市 124000 2.盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧省盤錦市 124000）

抽油管道不潔凈容易造成抽油不順暢，影響油田生產(chǎn)，定期清洗抽油管道是生產(chǎn)準(zhǔn)備非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，國內(nèi)許多油田的生產(chǎn)準(zhǔn)備大隊(duì)在清洗油管去碼垛的途中都是采用行吊吊著抽油管道，再結(jié)合地面人員跨軌道進(jìn)行操作，容易造成人員傷亡存在著很大的安全隱患，現(xiàn)在的原油味道很大長時(shí)間工作對(duì)人身存在著一定的危害，全自動(dòng)的抽油管道傳輸裝置解決了以上的問題，并且運(yùn)輸效率高，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。為此，以可編程邏輯控制器（PLC）為主控制器，設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)的油管傳輸裝置電氣控制系統(tǒng)，能夠保證系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

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1.1 油管傳輸裝置的整體結(jié)構(gòu)

油管傳輸裝置主要包括縱向移動(dòng)立柱、V 型儲(chǔ)管區(qū)、滑行平臺(tái)、可移動(dòng)液壓傳輸門、油管平臺(tái)、液壓站、PLC 控制系統(tǒng)等部件組成。油管傳輸裝置各部分功能描述如下：

（1）縱向移動(dòng)立柱：為油管滑行提供動(dòng)力。

（2）V 型儲(chǔ)管區(qū)：用于行吊放置清洗完成的抽油管，V 型設(shè)計(jì)可以增加油管滑行的速度。

（3）滑行平臺(tái)：用于提供油管滑行軌道。

（4）可移動(dòng)液壓傳輸門：用于連接滑行平臺(tái)與油管平臺(tái)。

（5）油管平臺(tái)：放置傳輸完成的油管。

（6）液壓站：為各部分裝置運(yùn)行提供動(dòng)力。

（7）PLC 控制系統(tǒng)：根據(jù)按鈕命令與傳感器信號(hào)控制油管傳輸裝置自動(dòng)運(yùn)行。

1.2 油管傳輸裝置的工作原理

油管傳輸裝置的運(yùn)行模式通過手持按鈕盒進(jìn)行選擇，分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，手動(dòng)模式具體工作流程如下：按下移動(dòng)立柱上升，立柱達(dá)到高度后按下移動(dòng)液壓傳輸門開，到達(dá)位置后→ 按下V 型儲(chǔ)管擋板下，油管在滑行平臺(tái)平鋪有規(guī)律滾動(dòng)→到達(dá)油管平臺(tái)結(jié)束傳輸，然后將各個(gè)部分各自收回，等待下一次傳輸。

自動(dòng)控制模式工作流程如下：按鈕啟動(dòng)按鈕，縱向立柱原位傳感器、液壓傳輸門原位傳感器有信號(hào)方可動(dòng)作，V 型儲(chǔ)管擋板向上開始回收，到達(dá)位置→縱向立柱向上移動(dòng)，傳感器檢測到達(dá)位置→液壓傳輸門開始動(dòng)作，到達(dá)位置→V 型儲(chǔ)管擋板向下動(dòng)手，油管開始在傳輸平臺(tái)滾動(dòng)，所有油管到達(dá)平臺(tái)后，再次按下啟動(dòng)按鈕各個(gè)部分開始回收，到達(dá)相應(yīng)位置后停止，準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行通過相互聯(lián)鎖控制，防止誤操作造成危害。

1.3 油管傳輸裝置機(jī)械部分設(shè)計(jì)

油管傳輸裝置機(jī)械部分設(shè)計(jì)是整個(gè)裝置的架構(gòu)，該部分設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)裝置起著尤為重要的作用。

油管傳輸裝置機(jī)械部分主要包括傳輸平臺(tái)、移動(dòng)液壓門、油管平臺(tái)三部分組成。由于每一根抽油管自重200-300 斤，一次傳送重量在8 噸左右，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)材料都采用鋼材通過焊接而成。

2 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC 是全自動(dòng)油管傳輸裝置的的核心控制器，動(dòng)作傳輸信號(hào)采用按鈕、形成開關(guān)、接近開關(guān)直接和PLC 的輸入端相連接，通過光耦隔離控制性安全可靠，根據(jù)系統(tǒng)要求和對(duì)系統(tǒng)的分析與研究，得出本系統(tǒng)一共需要9 個(gè)輸入點(diǎn)和8 個(gè)輸出點(diǎn)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

考慮到油管的特殊性系統(tǒng)必須安全可靠性和擴(kuò)展性，選擇了西門子公司的S7-200PLC 系列的224XP 作為控制器，IO 分配表如表1 和表2 所示。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖1：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2：主程序

圖3：PLC 程序流程

根據(jù)全自動(dòng)油管傳輸裝置的工作要求及流程可采用順序控制，因此本文PLC 軟件設(shè)計(jì)采用了順序控制法，控制程序包括前進(jìn)和后退，本裝置手動(dòng)和自動(dòng)的選擇不通過PLC 進(jìn)行控制，而是采用按鈕盒進(jìn)行選擇，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，通過Q0.0 點(diǎn)動(dòng)作不讓手動(dòng)運(yùn)行，本系統(tǒng)只有一個(gè)啟動(dòng)按鈕，所以要通過傳感器的信號(hào)來判斷本裝置運(yùn)行動(dòng)作，例如：當(dāng)左、右移動(dòng)立柱原位檢測、移動(dòng)門原位檢測傳感器有信號(hào)，證明此時(shí)傳輸裝置要前進(jìn)運(yùn)行，當(dāng)左、右移動(dòng)立柱終點(diǎn)檢測、移動(dòng)門終點(diǎn)檢測傳感器有信號(hào)，證明此時(shí)傳輸裝置要后退運(yùn)行。另外，程序設(shè)計(jì)要考慮發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)按下急停按鈕時(shí)液壓泵不可以斷電，以便操作人員進(jìn)行緊急操作，PLC 控制主程序如圖2 所示、流程圖如圖3 所示。

3 裝置測試與分析

本裝置研發(fā)成型了在某油田生產(chǎn)準(zhǔn)備大隊(duì)進(jìn)行了運(yùn)行，以便發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)不足的地方進(jìn)行更改。為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性共進(jìn)行了10 次常規(guī)運(yùn)行，3 次誤操作、2 次停止和急停操作，全部符合要求。根據(jù)以上15 次操作得出本裝置大大提高了油管傳輸?shù)男屎蛡鬏斖局械陌踩浴?/p>

表1：PLC 控制器的輸入端口分配表

表2：PLC 控制器的輸出端口分配表

4 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)代自動(dòng)化油田的發(fā)展需求，以全自動(dòng)油管傳輸裝置為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于PLC 的全自動(dòng)油管傳輸電氣控制系統(tǒng)。系統(tǒng)選用了PLC 作為控制器，液壓系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)方式，從軟件和硬件兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了傳輸裝置電氣控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明全自動(dòng)油管傳輸裝置電氣控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性都達(dá)到了實(shí)際工作要求，大大提高了油管傳輸效率和傳輸途中的安全性，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。