伺服技術(shù)在地面工程的運(yùn)用效果分析

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依托強(qiáng)大的核心處理器，伺服控制系統(tǒng)可根據(jù)地面工程各個(gè)系統(tǒng)對(duì)控制參數(shù)的不同要求來編制閉環(huán)自動(dòng)控制邏輯關(guān)系，以摻水系統(tǒng)閉環(huán)自動(dòng)控制為例，如圖2所示，伺服控制系統(tǒng)以摻水出站壓力恒定為目標(biāo)制定邏輯關(guān)系圖[2]。伺服控制柜由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、編碼器和輸入/輸出模塊組成，其中控制系統(tǒng)是伺服控制柜的核心。以摻水系統(tǒng)伺服控制柜為例，如圖3所示，柜內(nèi)DSP控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)目標(biāo)基準(zhǔn)值的設(shè)定，并接收和處理采集設(shè)備提供的運(yùn)行參數(shù)，繪制機(jī)泵的閉環(huán)自動(dòng)化控制程序，在由驅(qū)動(dòng)單元對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)摻水系統(tǒng)出站壓力恒定的控制目標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，在關(guān)鍵工藝管理位置安裝控制參數(shù)反饋設(shè)備，對(duì)于不同的地面工程系統(tǒng)需配套安裝不同的設(shè)備，例如：外輸系統(tǒng)根據(jù)控制液量的要求需安裝流量計(jì)；摻水系統(tǒng)根據(jù)出站壓力恒定的控制要求需安裝壓力變送器。在電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇側(cè)的轉(zhuǎn)子上安裝編碼器，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，安裝方式采用電動(dòng)機(jī)后軸中心孔攻絲加裝延長(zhǎng)軸方式，同時(shí)延長(zhǎng)風(fēng)扇罩，如圖4。

伺服控制技術(shù)有閉環(huán)自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)程控制、穩(wěn)定性好、安全性高、節(jié)能效果好等特點(diǎn)。依托功能完備的控制單元（DSP），實(shí)現(xiàn)了高速的運(yùn)算能力，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需要，編制復(fù)雜的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行流程，崗位員工只需設(shè)定目標(biāo)基準(zhǔn)值，剩余的調(diào)控操作由伺服控制系統(tǒng)根據(jù)編寫的程序流程自動(dòng)完成。另外，DSP集成了大容量的程序存儲(chǔ)器、數(shù)字/模擬信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換器，可實(shí)時(shí)刷新、顯示、保存和備份大量的運(yùn)行參數(shù)。伺服控制系統(tǒng)的通訊接口單元支持多種通訊接口，如USB、RS232、RS485、Ethernet/IP、CANO-PEN等，方便數(shù)據(jù)的備份、打印、傳輸，根據(jù)用戶要求，可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。1伺服控制器有完善的監(jiān)控功能，可以實(shí)時(shí)的顯示電動(dòng)機(jī)的電流、頻率和轉(zhuǎn)速；同時(shí)，還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要顯示采集的系統(tǒng)參數(shù)，如壓力、流量等。伺服控制系統(tǒng)可承受3倍過載能力，可達(dá)到300%~350%之間的額定轉(zhuǎn)矩，能在10s以內(nèi)完成電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。1.3.5無諧波污染問題伺服控制系統(tǒng)自研發(fā)之初便內(nèi)置了濾波單元，解決多次諧波產(chǎn)生的危害，此外伺服系統(tǒng)信號(hào)傳輸均采用差分方式，即減少諧波的產(chǎn)生又避免了外界的干擾，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

伺服控制技術(shù)試驗(yàn)情況：

1試驗(yàn)站點(diǎn)建設(shè)現(xiàn)狀

朝23#轉(zhuǎn)油站于1992年建成投產(chǎn)，安裝摻水機(jī)泵4套，運(yùn)行模式為冬季運(yùn)二備二、夏季運(yùn)一備三，1#、2#、4#摻水泵型號(hào)JZSB60-50×5，3#摻水泵型號(hào)GI65-50×5，額定排量60m3/h，揚(yáng)程250m，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YB2-280M-2，功率90kW，額定電流160/92.4A，摻水系統(tǒng)冬季排量55m3/h，夏季排量47m3/h，工頻模式下平均泵壓約為2.5MPa，管壓1.4MPa，電動(dòng)機(jī)電流103A，冬季日耗電3420kWh（運(yùn)行2臺(tái)），夏季日耗電1720kWh（運(yùn)行1臺(tái)）。朝24#轉(zhuǎn)油站于1992年建成投產(chǎn)，安裝摻水機(jī)泵4套，運(yùn)行模式為冬季運(yùn)二備二、夏季運(yùn)一備三，1#、2#、3#摻水泵型號(hào)JZSB60-50×5，4#摻水泵型號(hào)100ZSD-67×4，額定排量60m3/h，揚(yáng)程250m，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YB2-280M-2，額定功率90kW，額定電流160.7/92.5A，摻水系統(tǒng)冬季排量60m3/h，夏季排量50m3/h，工頻模式下平均泵壓約為2.6MPa，管壓1.5MPa，電動(dòng)機(jī)電流120A，冬季日耗電4650kWh（運(yùn)行2臺(tái)），夏季日耗電2270kWh（運(yùn)行1臺(tái)）。

2伺服控制柜運(yùn)行情況

目前2座站安裝的伺服控制器和其驅(qū)動(dòng)的摻水電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全、穩(wěn)定，伺服模式運(yùn)行的摻水電動(dòng)機(jī)為閉環(huán)自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了該站摻水系統(tǒng)出站壓力恒定的調(diào)控目標(biāo)，朝23#、朝24#轉(zhuǎn)油站摻水系統(tǒng)出站壓力分別恒定在1.4MPa和1.5MPa。另外，伺服模式下運(yùn)行的摻水泵出口閥門為全開狀態(tài)，從而消除了截流損失，降低了摻水系統(tǒng)運(yùn)行能耗，提高了機(jī)泵運(yùn)行效率。

3伺服控制技術(shù)應(yīng)用效果

通過朝23#轉(zhuǎn)油站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)能耗測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明伺服模式驅(qū)動(dòng)的2#、4#摻水電動(dòng)機(jī)較試驗(yàn)前的工頻模式節(jié)約了大量電能，2#摻水電動(dòng)機(jī)日節(jié)約電量623.5kWh，4#摻水電動(dòng)機(jī)日節(jié)約電量653.1kWh，節(jié)電率分別達(dá)到37.1%和37.8%，按照伺服控制器運(yùn)行300d計(jì)算，年可減少耗電18.7×104kWh，節(jié)約電費(fèi)11.11萬元，節(jié)能效果較好。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況見表2，節(jié)能效果見表3。

4朝24#轉(zhuǎn)油站伺服控制技術(shù)應(yīng)用效果

通過對(duì)2#、4#摻水電動(dòng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)能耗情況測(cè)試，得出2臺(tái)摻水電動(dòng)機(jī)節(jié)電率分別為39.7%和40.6%。測(cè)試結(jié)果顯示，伺服模式運(yùn)行的2#、4#摻水電動(dòng)機(jī)較試驗(yàn)前的工頻模式日減少耗電分別為895.93kWh和918.05kWh，按照伺服控制器年運(yùn)行300天計(jì)算，年可節(jié)約電量26.87×104kWh，節(jié)約電費(fèi)15.97萬元。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況見表4，節(jié)電效果見表5。

伺服控制器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，其出力調(diào)節(jié)快速、精確，可消除截流損失，提高集輸系統(tǒng)運(yùn)行效率，節(jié)約大量電能。同時(shí)，該設(shè)備可記錄、保存大量機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)，并具有電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)功能，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和機(jī)械沖擊小，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵的全壽命運(yùn)行。伺服控制器是一種集數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化于一體的高端節(jié)能控制設(shè)備，可以滿足油田聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站各型電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)自動(dòng)化控制要求。適合在聯(lián)合站進(jìn)行合崗改造時(shí)，對(duì)外輸、摻水、供水等系統(tǒng)機(jī)泵的閉環(huán)自動(dòng)控制，通過其功能強(qiáng)大的通訊接口單元，在中控崗即可實(shí)現(xiàn)機(jī)泵的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。（本文作者：李文武、王棚、王玉銳 單位：大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）