車間液壓加壓系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制試壓泵系統(tǒng)技術(shù)方案
第一部分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原則為了滿足我公司對(duì)各種工具的測(cè)試需求，有必要在油氣井測(cè)試車間建立液壓增壓系統(tǒng)。液壓增壓系統(tǒng)由井下工具增壓系統(tǒng)、地面計(jì)量設(shè)備增壓系統(tǒng)、室外增壓系統(tǒng)、移動(dòng)式增壓系統(tǒng)和電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。
1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1)API spec 11 D1-2009(iso 14310-2008)《石油天然氣工業(yè)井下裝備封隔器和橋塞》；
2) API Spec 16A 《鉆井通道設(shè)備規(guī)范》第3版；
3) API Spec 16D第二版《鉆井控制設(shè)備系統(tǒng)規(guī)范》；
4) GB/T20174-2006油氣行業(yè)鉆采設(shè)備；
5) API 16C、SY/t 5352-2004 《節(jié)流與壓井管匯》；
6)美國(guó)石油學(xué)會(huì)規(guī)范6A/SY/T 5127—2002 《井口裝置和采油樹規(guī)范》；
7)GB/T 22513-2008 《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設(shè)備 井口裝置和采油樹》；
8)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和公安部對(duì)安全防范項(xiàng)目的管理要求；
9)國(guó)家其他相關(guān)法律法規(guī)。
1.2設(shè)計(jì)原則1)先進(jìn)實(shí)用
整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有前瞻性，采用了國(guó)內(nèi)外最新的技術(shù)和工藝。同時(shí)，考慮到國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是節(jié)約測(cè)試成本和設(shè)備運(yùn)行成本。
2)開放性和標(biāo)準(zhǔn)化
整個(gè)系統(tǒng)采用開放式架構(gòu)，易于擴(kuò)展，使得相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)易于組合和調(diào)整。符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
3)可擴(kuò)展性
隨著應(yīng)用水平的提高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的可擴(kuò)展性和可擴(kuò)展性，能夠滿足技術(shù)發(fā)展的要求。
4)使用安全
增壓系統(tǒng)采用本質(zhì)安全型設(shè)備，具有自動(dòng)過(guò)壓保護(hù)功能，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)具有限壓功能。設(shè)計(jì)具有三種安全保護(hù)功能，一級(jí)繼電過(guò)壓保護(hù)、二級(jí)計(jì)算機(jī)軟件保護(hù)和三級(jí)本質(zhì)安全保護(hù)；當(dāng)系統(tǒng)異常壓力超過(guò)設(shè)定上限壓力時(shí)，系統(tǒng)將緊急釋放壓力。
5)可靠性和可維護(hù)性
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、設(shè)備管理和廠家技術(shù)支持的要求，提供一套集自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集和分析于一體的系統(tǒng)軟件，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。主要設(shè)備是成熟的產(chǎn)品，有標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)和成功的應(yīng)用實(shí)例，保證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性。
6)質(zhì)量保證體系
具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織質(zhì)量體系認(rèn)證和相關(guān)企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，嚴(yán)格遵守健康安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)文件。各種配套設(shè)備及附件應(yīng)從有資質(zhì)的廠家購(gòu)買。
技術(shù)方案2.1.1第二部分一般要求液壓增壓系統(tǒng)由井下工具增壓系統(tǒng)、地面計(jì)量設(shè)備增壓系統(tǒng)、室外增壓系統(tǒng)和移動(dòng)式增壓系統(tǒng)四套裝置組成?，F(xiàn)場(chǎng)控制柜配有觸摸屏，控制方式為手動(dòng)和自動(dòng)控制。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制軟件可以設(shè)置試壓過(guò)程，系統(tǒng)具有過(guò)壓保護(hù)功能。
井下工具測(cè)試增壓系統(tǒng)配有一個(gè)灌注泵和一個(gè)高壓泵。四個(gè)站可以獨(dú)立測(cè)試，也可以同時(shí)測(cè)試，可以獨(dú)立泄壓：兩個(gè)試壓口位于井下工具試壓坑內(nèi)，另外兩個(gè)試壓口留在井下工具維護(hù)區(qū)備用。四個(gè)壓力測(cè)試口的最大測(cè)試壓力為140兆帕。
地面計(jì)量設(shè)備加壓系統(tǒng)配有兩臺(tái)灌注泵和兩臺(tái)高壓泵(200兆帕)。四個(gè)工位可獨(dú)立或同時(shí)測(cè)試，壓力可獨(dú)立釋放。
室外加壓系統(tǒng)配有2臺(tái)灌注泵和3臺(tái)高壓泵(140兆帕40兆帕2)。三個(gè)工位可獨(dú)立或同時(shí)測(cè)試，壓力可獨(dú)立釋放。
移動(dòng)式加壓系統(tǒng)由兩個(gè)灌注泵和三個(gè)高壓泵(140兆帕2 40兆帕)組成。三個(gè)工位可獨(dú)立或同時(shí)測(cè)試，壓力可獨(dú)立釋放。這個(gè)系統(tǒng)的位置不是固定的，所以不是
u配有粗濾器和精濾器，以避免標(biāo)本中的雜質(zhì)破壞加壓系統(tǒng)，分級(jí)過(guò)濾可以減少過(guò)濾器的清洗次數(shù)。
u大排量、小排量、低壓、高壓組合滿足試驗(yàn)過(guò)程要求。
u自動(dòng)控制或手動(dòng)控制可完成標(biāo)本的液封試驗(yàn)，手動(dòng)和自動(dòng)控制可獨(dú)立使用。同時(shí)可以自動(dòng)采集、顯示、記錄和分析試壓數(shù)據(jù)。
u電腦自動(dòng)生成壓力和時(shí)間曲線，實(shí)時(shí)顯示，存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，可隨時(shí)打印中英文檢驗(yàn)報(bào)告。同時(shí)安裝數(shù)據(jù)記錄儀，實(shí)時(shí)記錄試壓情況。
u軟件有人機(jī)界面，設(shè)置測(cè)試項(xiàng)目，壓力，時(shí)間等設(shè)置。自定義打印格式，數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)轿④沇ord，用戶可以自行修改打印格式，方便實(shí)用。
u在測(cè)試報(bào)告中，可以隨機(jī)調(diào)出測(cè)試過(guò)程中時(shí)間軸對(duì)應(yīng)的壓力信息，從而分析測(cè)試產(chǎn)品的泄漏情況。
u壓力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和控制柜上安裝三色警示燈，對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行警示。
u設(shè)備具有超壓報(bào)警和停機(jī)功能。
u設(shè)備具有緊急泄壓和停機(jī)功能。
2.1.3系統(tǒng)特性試驗(yàn)裝置的主要特性如下：
工作和維護(hù)成本低：充分利用泵的工作特性，改進(jìn)設(shè)備
用效率，且氣動(dòng)泵維修配件價(jià)格經(jīng)濟(jì)；
u 設(shè)備核心部件氣體增壓泵、高壓閥門和儀表全部為國(guó)際優(yōu)質(zhì)品牌，安全可靠；
u 機(jī)柜為整體封閉式箱體，操作按鈕集中于面板控制，使用安全；
u 高壓管路采用不銹鋼管，布局整潔美觀。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作與維護(hù)；
u 所有進(jìn)入增壓系統(tǒng)的水均經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾精度分別為5μm和20μm；
u 氣壓驅(qū)動(dòng)的增壓方式，進(jìn)口增壓泵，噪音小。效率高。試壓泵可在滿負(fù)荷下頻繁啟動(dòng)；
u 管路布局合理，連接高壓管件均為HIP扣連接方式，進(jìn)口產(chǎn)品，無(wú)需焊接，連接方便，安全可靠，便于維護(hù)。
2.1.4技術(shù)參數(shù)
表2.1 主要技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
柜體參考尺寸
長(zhǎng)×寬×高
mm
泵額定工作壓力（MPa）
泵數(shù)量
（臺(tái)）
流量(L/min)
額定工作壓力下
泵最大耗氣量（Nm3/min）
試壓工位
(路)
井下工具增壓系統(tǒng)
灌注
地面計(jì)量設(shè)備增壓系統(tǒng)
灌注
室外增壓系統(tǒng)
灌注
灌注
移動(dòng)增壓系統(tǒng)
灌注
灌注
測(cè)控系統(tǒng)及相關(guān)需求
壓力傳感器
傳感器顯示精度
試驗(yàn)介質(zhì)
控制方式
用電需求
驅(qū)氣壓力
精度0.25%F.S
4-20mA信號(hào)
0.01MPa
潔凈自來(lái)水
自動(dòng)/手動(dòng)
PC+PLC及觸摸屏
220V/2kW
0.8MPa
2.1.5增壓系統(tǒng)工作原理
試壓泵采用美國(guó)進(jìn)口氣動(dòng)泵作為動(dòng)力源。泵的輸出壓力可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定均或在計(jì)算機(jī)設(shè)定。試驗(yàn)壓力較高，且控制系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，選用重載型高壓氣控閥。為保證系統(tǒng)的安全，進(jìn)液閥采用常閉氣控閥。
根據(jù)測(cè)試內(nèi)容的不同需要具備不同的輸出壓力和流量，選用不同型號(hào)增壓泵和控制管路，各增壓系統(tǒng)的試驗(yàn)原理如下。
井下工具增壓系統(tǒng)分為低壓灌注和高壓增壓兩部分，試驗(yàn)時(shí)首先啟動(dòng)低壓灌注泵，快速將試件容腔灌滿；自動(dòng)或手動(dòng)切換到高壓增壓泵，將輸出液體壓力增高到140MPa。
泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開溢流閥泄壓。4個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。
輸出端均配高壓軟管，接口為G1/4”內(nèi)牙外錐。
地面計(jì)量增壓系統(tǒng)由低壓灌注和高壓增壓兩部分組成，配有有200MPa增壓泵和灌注泵分別實(shí)現(xiàn)增壓和灌注。試驗(yàn)時(shí)首先調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣壓，實(shí)現(xiàn)低壓快速將試件容腔灌滿；然后將驅(qū)動(dòng)氣壓調(diào)高，將輸出液體壓力增高到200MPa。
泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開溢流閥泄壓。四個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。
輸出端均配高壓軟管，軟管接頭為G1/4”內(nèi)牙外錐。
室外增壓系統(tǒng)由140MPa和40MPa兩種壓力部分組成，140MPa部分有1臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注，40MPa部分有2臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注。試驗(yàn)時(shí)首先調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣壓，實(shí)現(xiàn)低壓快速將試件容腔灌滿；然后將驅(qū)動(dòng)氣壓調(diào)高，將輸出液體壓力增高到140/40MPa繼續(xù)打壓。
泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開溢流閥泄壓。兩個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。
輸出端均配高壓軟管，軟管接頭為G1/4”內(nèi)牙外錐。
移動(dòng)增壓系統(tǒng)由140MPa和40MPa兩種壓力部分組成，140MPa部分有2臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注，40MPa部分有1臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注。試驗(yàn)時(shí)首先調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣壓，實(shí)現(xiàn)低壓快速將試件容腔灌滿；然后將驅(qū)動(dòng)氣壓調(diào)高，將輸出液體壓力增高到140/40MPa繼續(xù)打壓。
泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開溢流閥泄壓。兩個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。
輸出端均配高壓軟管，軟管接頭為G1/4”內(nèi)牙外錐。
柜體外形
外觀：設(shè)計(jì)成為柜式結(jié)構(gòu)，外觀是一個(gè)獨(dú)立的大柜體。
柜體采用加重型架構(gòu)設(shè)計(jì)和制造；在柜體的頂部安裝有起重吊耳裝置。柜體的面板前安裝斜面蓋板。蓋板安裝鋼化玻璃窗，便于觀察內(nèi)部的測(cè)量?jī)x表。蓋板配備鎖具，采用氣彈簧支撐。
面板上安裝有高壓壓力表、驅(qū)氣壓力表、觸摸屏、緊急關(guān)斷及相關(guān)閥門開關(guān)及狀態(tài)顯示。每只閥的手動(dòng)操作的自鎖按鈕，能夠分別控制每一只閥的開關(guān)操作；按鈕帶狀態(tài)指示燈，指示燈顯示電磁閥的通電情況；
面板上安裝有蘑菇形自鎖“緊急停止”按鈕；
圖2.5 柜體參考圖
2.1.6泵的選型
增壓系統(tǒng)均采用低壓大排量泵進(jìn)行灌注，不同壓力級(jí)別的壓力采用不同的增壓泵，滿足不同壓力和流量的試驗(yàn)需要。
圖2.9 200MPa增壓泵流量曲線
2.1.7打壓時(shí)間計(jì)算
打壓過(guò)程分為灌注和增壓兩個(gè)過(guò)程，增壓過(guò)程主要考慮水的壓縮率，不考慮試件變形。水的壓縮率見下圖2.10。
井下工具打壓時(shí)間
1) 井下工具容積為20L，氣動(dòng)泵灌注排量為20L/min，灌滿時(shí)間為1min；
2) 200MPa時(shí)水的壓縮率為6.8%，未考慮工具容腔的變形，0MPa升到200MPa時(shí)，水壓縮后減少的容積為20×6.8%=1.36L；
3) 高壓泵空載排量為0.9L/min，輸出壓力為200MPa時(shí)排量為0.45L/min，因此打壓過(guò)程平均排量為0.675 L/min；增壓時(shí)間為1.36L/0.675 L/min=2.01min；
4) 總的打壓時(shí)間為1min+2.01min=3.1min。
管匯打壓時(shí)間
1) 管匯容積為50L，氣動(dòng)泵空載排量為20L/min，灌滿時(shí)間為2.5min；
2) 140MPa時(shí)水的壓縮率為4.8%，未考慮管匯容腔的變形，0MPa升到140MPa時(shí)，水壓縮后減少的容積為50L×4.8%=2.4L；
3) 氣動(dòng)增壓泵空載排量為1.4 L/min，輸出壓力為140MPa時(shí)排量為0.65 L/min，因此打壓過(guò)程平均排量為1.025 L/min；增壓時(shí)間為2.4L/1.025L/min=2.34min；
4) 總的打壓時(shí)間為2.5min+2.34min=4.84min。
分離器打壓時(shí)間
1) 分離器容積為4m3，為縮短試驗(yàn)時(shí)間，建議直接用自來(lái)水接入分離器；接近充滿狀態(tài)時(shí)，再采用灌注泵進(jìn)行灌注。
2) 40MPa時(shí)水的壓縮率為1.8%，未考慮分離器容腔的變形，灌滿后打壓，從0MPa升到40MPa時(shí)，水壓縮后減少的容積為4m3×1.4%=0.056 m3=56L；
3) 氣動(dòng)增壓泵空載排量為4L/min，輸出壓力為40MPa時(shí)排量為2.4L/min，因此打壓過(guò)程平均排量為3.2 L/min；增壓時(shí)間為56L/3.2 L/min=17.5min；
4) 不考慮灌注時(shí)間，增壓時(shí)間為17.5min。
2.1.8控制系統(tǒng)工作原理
采用基于以太網(wǎng)絡(luò)的高效高實(shí)時(shí)性的DCS分布式控制系統(tǒng)，下位機(jī)采用西門子的S7 300 PLC控制器，上位機(jī)硬件平臺(tái)采用研祥特種工控機(jī)，軟件平臺(tái)采用美國(guó)NI 公司專業(yè)測(cè)控軟件LabvIEW作為其開發(fā)平臺(tái)。
系統(tǒng)控制流程圖見下圖?？刂平Y(jié)構(gòu)采用上、下位機(jī)控制模式。下位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)顯示工作參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)修改試驗(yàn)參數(shù)以及與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等功能。上位機(jī)對(duì)下位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、修改試驗(yàn)參數(shù)、控制工作狀態(tài)、存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、顯示控制界面和數(shù)據(jù)回放、報(bào)表生成等功能，采用友好的軟件交互界面。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，上下位機(jī)互相獨(dú)立，互不干擾，分工明確，從而可以更好的保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖2.11 系統(tǒng)控制流程圖
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖2.12 信號(hào)控制系統(tǒng)流程圖
2.1.9系統(tǒng)功能
1) 軟件可設(shè)定試驗(yàn)壓力，同時(shí)具有超壓保護(hù)功能；
2) 控制高壓試驗(yàn)，與高壓水控制臺(tái)構(gòu)成一個(gè)高壓水試驗(yàn)控制系統(tǒng)；
3) 現(xiàn)場(chǎng)PLC與壓力傳感器構(gòu)成壓力繼電保護(hù)系統(tǒng)；
4) 中控室計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485讀取現(xiàn)場(chǎng)PLC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
5) 計(jì)算機(jī)具備加壓過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、回放，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出永久保存；
2.1.10控制系統(tǒng)安全性
1）過(guò)壓保護(hù)：系統(tǒng)有三級(jí)過(guò)壓保護(hù)措施：
a、第一級(jí)繼電過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)打壓超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定壓力時(shí)，控制室的壓力處理系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)控制強(qiáng)制停止高壓泵工作；
b、第二級(jí)計(jì)算機(jī)過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)控制系統(tǒng)測(cè)量壓力超過(guò)極限壓力時(shí)，啟動(dòng)快速卸壓通道快速卸壓；
c、第三級(jí)本質(zhì)安全保護(hù)：采用本質(zhì)安全型的高壓加壓泵和可靠的高壓泵的輸出壓力控制技術(shù)，保證在任何情況下，系統(tǒng)加壓不會(huì)超過(guò)設(shè)定值。氣動(dòng)高壓泵的工作原理是采用力平衡原理工作的，啟動(dòng)活塞受壓面積大，輸出高壓液體的活塞面積小。當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力產(chǎn)生的力和輸出壓力產(chǎn)生的力平衡時(shí)，高壓泵就停止排液，此時(shí)的輸出壓力不會(huì)再上升。系統(tǒng)的壓力控制設(shè)計(jì)上利用這個(gè)特性，通過(guò)手動(dòng)減壓閥控制高壓泵的驅(qū)動(dòng)壓力，事先按照高壓泵的輸出壓力按照折算比例計(jì)算驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，保證高壓泵的輸出壓力不會(huì)超出試件的最高壓力上限。
2）主控室操作面板和現(xiàn)場(chǎng)超高壓站面板，都具備緊急關(guān)斷操作按鈕，緊急情況按下“緊急停止”按鈕迅速超高壓站迅速關(guān)斷高壓泵，同時(shí)對(duì)承受高壓的管路和腔體進(jìn)行泄壓。
3）高壓站設(shè)備具備操作“防呆”繼電保護(hù)回路，防止設(shè)備的誤操作發(fā)生意外。
2.1.11試驗(yàn)控制程序
下位機(jī)PLC負(fù)責(zé)完成所有試驗(yàn)傳感器信號(hào)的采集、試壓流程的切換、液密封測(cè)試壓力的采集、異常判斷等功能。上位機(jī)labvIEW軟件通過(guò)以太網(wǎng)通訊向下位機(jī)輸入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)工藝及試驗(yàn)參數(shù)等指令，同時(shí)也可向下位機(jī)獲取試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)流程狀態(tài)、異常情況等參數(shù)，并可實(shí)時(shí)顯示和保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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圖2.13 軟件控制流程圖
水密控制系統(tǒng)，控制自動(dòng)試驗(yàn)流程中采用lab view軟件做其開發(fā)平臺(tái)，Lab VIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開發(fā)，與Visual Basic，Visual C++、Delphi、組態(tài)軟件等工控軟件開發(fā)環(huán)境相比有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以快速靈活地搭建功能完善的高可靠性控制軟件。
軟件特點(diǎn)：
1）可靠性高，軟件可以開辟獨(dú)立高優(yōu)先級(jí)線程，保證軟件運(yùn)行順暢。多線程采用錯(cuò)誤族輪詢傳遞，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。每個(gè)線程均有設(shè)置軟件狗，防止停滯。采用集散控制系統(tǒng)（DCS）控制軟件架構(gòu)；
2）性能優(yōu)越，軟件充分利用PC機(jī)強(qiáng)大的處理速度，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)快速的數(shù)據(jù)交互；實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。利用目前大容量的硬盤存儲(chǔ)，可以高采樣率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
3） 操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的所用功能都由上位機(jī)同一調(diào)度，在上位機(jī)的人機(jī)界面（HMI）上即可以實(shí)現(xiàn)所有功能的設(shè)置，按照用戶的設(shè)置設(shè)備完全自動(dòng)運(yùn)行，可以無(wú)人值守。人機(jī)界面集中了所有物理量的顯示和記錄，還有各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的指示及各類報(bào)警信號(hào)的指示，可以方便地了解設(shè)備運(yùn)行狀況；
4）安全穩(wěn)定，系統(tǒng)對(duì)于各種各樣異常狀況都有監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)軟件安裝上的設(shè)定步驟停機(jī)，保證設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定。
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上位機(jī)軟件主界面監(jiān)控：以系統(tǒng)流程圖方式整體顯示系統(tǒng)參數(shù)（控制閥、傳感器、工作狀態(tài)），下位機(jī)軟件包包括DI/DO模塊子程序、AI/AO模塊子程序、上位機(jī)通訊子程序和通訊模塊子程序。完成現(xiàn)場(chǎng)操作控制的感知和輸出、數(shù)據(jù)采集和初步處理、控制輸出調(diào)節(jié)、維持通訊和數(shù)據(jù)交換等任務(wù)。
2.1.12數(shù)據(jù)采集和處理
1）設(shè)備上安裝有嵌入式計(jì)算機(jī)，能夠根據(jù)指令和設(shè)定參數(shù)，自動(dòng)完成試驗(yàn)過(guò)程；
2）計(jì)算機(jī)之間采用數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行信息交換，實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)；
3）上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工藝流程化的信息界面。實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)狀態(tài)和個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)參數(shù)。滿足甲方的技術(shù)要求；
4）上位計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大繪圖和數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)崟r(shí)曲線化顯示試驗(yàn)過(guò)程；
5）遠(yuǎn)程采集壓力數(shù)據(jù)，能夠在控制室計(jì)算機(jī)屏幕和控制儀表上，觀察現(xiàn)場(chǎng)的壓力；
6）試驗(yàn)完成之后能夠進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線回放、數(shù)據(jù)查詢以及報(bào)表打印，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出并永久保存。
2.1.13工藝流程
流程特點(diǎn)
采用灌注和打壓兩個(gè)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，低壓時(shí)進(jìn)行大排量灌注迅速注滿容腔，注滿后再進(jìn)行增壓，提高試驗(yàn)效率。高壓試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先選擇，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)打壓流程，灌注泵注滿后自動(dòng)停止工作，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)高壓泵，高壓泵開始工作直到設(shè)定壓力。在這一過(guò)程中氣動(dòng)增壓臺(tái)泵根據(jù)設(shè)定的壓力及本身的壓力范圍自動(dòng)啟停和打壓。
每一路的高壓輸出管路均配有獨(dú)立的泄壓排水口，試驗(yàn)完成后可進(jìn)行自動(dòng)排放，各路間互不影響。
試壓裝置的工藝流程是按照計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制流程設(shè)計(jì)的，所有控制閥均采用電磁閥或氣控閥，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)需要，可切換到手動(dòng)控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制面板上的按鈕試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)控制。
1) 增壓泵的啟動(dòng)和停止控制，分別有獨(dú)立的兩位三通電磁閥的通電和失電來(lái)實(shí)現(xiàn)；
2) 試驗(yàn)中向試件中加壓、保壓和泄壓的過(guò)程，分別由氣控閥來(lái)實(shí)現(xiàn)；
3) 分別增加了高壓?jiǎn)蜗蜷y和安全溢流閥，以保護(hù)各回路的壓力元件；
2.1.14試驗(yàn)流程
試驗(yàn)中，各泵和閥均可由自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)開啟和關(guān)閉，可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)試驗(yàn)，自動(dòng)切換試驗(yàn)流程。
試驗(yàn)系統(tǒng)使用低壓氣動(dòng)增壓泵進(jìn)行灌注，高壓氣動(dòng)增壓泵進(jìn)行增壓。
a) 首先確認(rèn)設(shè)備的氣、電、液等連接無(wú)誤。
b) 接通低壓氣體，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力到要求值。
c) 自動(dòng)控制試驗(yàn)時(shí)，可以設(shè)定多個(gè)不同的壓力試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，并可分別設(shè)定保壓時(shí)間；
d) 根據(jù)設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)首先自動(dòng)啟動(dòng)低壓氣動(dòng)泵進(jìn)行低壓灌注，當(dāng)注滿容腔后自動(dòng)關(guān)閉灌注泵，開啟高壓氣動(dòng)泵，直至達(dá)到設(shè)定壓力值，自動(dòng)停止，自動(dòng)進(jìn)行保壓；
e) 達(dá)到保壓時(shí)間后再自動(dòng)進(jìn)入下一壓力級(jí)別的增壓。
f) 試驗(yàn)過(guò)程灌注過(guò)程可采用兩種方案：一是只采用灌注泵進(jìn)行灌注，注滿后再啟動(dòng)高壓泵增壓；二是采用灌注泵和高壓泵共同灌注，注滿后關(guān)閉灌注泵，高壓泵繼續(xù)增壓。
第三部分 主要組成及供貨設(shè)備
增壓系統(tǒng)主要由氣體過(guò)濾器、水過(guò)濾器、氣動(dòng)高壓泵、氣動(dòng)灌注泵、氣控高壓閥、高壓?jiǎn)瘟鏖y、高壓過(guò)濾器、減壓閥、手動(dòng)泄壓閥、二位二通電磁換向閥、壓力表、壓力傳感器、高壓鋼管、高壓軟管和PLC控制器等部分組成。
高壓元件采用進(jìn)口一流產(chǎn)品；
高壓氣動(dòng)泵采用進(jìn)口美國(guó)品牌HASKEL；
高壓氣控閥采用進(jìn)口美國(guó)品牌ATUOCLAVE/BUTECH；
高壓過(guò)濾器單向閥采用進(jìn)口美國(guó)品牌HIP/BUTECH；
高壓壓力表采用進(jìn)口德國(guó)品牌WIKA；
壓力傳感器采用美國(guó)品牌SENEX；
低壓管路系統(tǒng)采用進(jìn)口法國(guó)品牌LEGRIS；
高壓管路系統(tǒng)采用進(jìn)口美國(guó)國(guó)品牌HIP。
精密水過(guò)濾器
過(guò)濾精度20μm和5μm。
1) 過(guò)濾精度高、濾芯孔徑均勻；
2) 過(guò)濾阻力小，通量大、截污能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；
3) 強(qiáng)度大，耐高溫，濾芯不易變形；
4) 易于拆卸清洗，濾芯可更換。
機(jī)電控制系統(tǒng)
系統(tǒng)功能：機(jī)電控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件程序控制、完成各種機(jī)械和電控操作的部分，實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的運(yùn)行控制、參數(shù)測(cè)量和按照設(shè)定參數(shù)完成確定試驗(yàn)程序。完成的主要工作內(nèi)容為：壓力測(cè)量、閥門控制、緩沖卸壓控制、泵控操作、系統(tǒng)保護(hù)和電源供給等。
操作方式：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)試驗(yàn)控制、遠(yuǎn)程試驗(yàn)步進(jìn)控制、遠(yuǎn)程試驗(yàn)程序控制。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程工藝流程的切換、打壓、保壓等操作和控制。兩種控制方式容易方便的切換。對(duì)遠(yuǎn)程控制要求無(wú)延遲。在現(xiàn)場(chǎng)和控制室均具備系統(tǒng)緊急停止功能。
數(shù)據(jù)采集：采用遠(yuǎn)程數(shù)字壓力信號(hào)傳輸方式，用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)壓力的數(shù)據(jù)采集。
數(shù)據(jù)處理：采用流程化顯示界面，顯示各點(diǎn)的壓力測(cè)量值。試驗(yàn)完成之后，實(shí)現(xiàn)方便的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線回放和報(bào)表打印功能。
1）高壓站設(shè)備的面板上，有手動(dòng)操縱的按鈕和顯示儀表。在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)控制和觀察非常方便；
2）操作界面，提供快速流程切換選項(xiàng)，能夠進(jìn)行“一鍵”流程切換；
3）“遠(yuǎn)程控制”和“現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)” 功能切換能夠在控制臺(tái)的面板上方便的進(jìn)行。
主要供貨設(shè)備
名稱
配置規(guī)格
數(shù)量
品牌
井下工具增壓系統(tǒng)
1、試壓范圍0~140MPa；
2、1臺(tái)灌注泵+1臺(tái)140MPa泵；
3、輸出回路4路，各路可單獨(dú)或同時(shí)打壓泄壓；
4、配套觸摸屏。
1套
地面計(jì)量裝置增壓系統(tǒng)
1、試壓范圍0~200MPa；
2、2臺(tái)灌注泵+2臺(tái)200MPa泵；
3、輸出回路4路，各路可單獨(dú)或同時(shí)打壓泄壓；
4、配套觸摸屏。
1套
室外增壓系統(tǒng)
1、試壓范圍0~140MPa；
2、2臺(tái)灌注泵+1臺(tái)140MPa泵+2臺(tái)40MPa泵；
3、輸出回路3路，各路可單獨(dú)或同時(shí)打壓泄壓；
4、配套觸摸屏。
1套
移動(dòng)式增壓系統(tǒng)
1、試壓范圍0~140MPa；
2、2臺(tái)灌注泵+2臺(tái)140MPa泵+1臺(tái)40MPa泵；
3、輸出回路3路，各路可單獨(dú)或同時(shí)打壓泄壓；
4、配套觸摸屏。
1套
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
1.雙聯(lián)坐姿操作臺(tái)；
2.工控機(jī)、顯示器、通訊卡及配件；
3.自動(dòng)控制軟件。
1套
主要安裝配件
高壓鋼管及接頭
210MPa，9/16”， 304SS
地面計(jì)量坑內(nèi)4路
共50m
HIP
高壓鋼管及接頭
140MPa，3/8”， 304SS
井下工具坑2路
共30m
HIP
室外增壓設(shè)備1路
5m
高壓鋼管及接頭
70MPa，3/8”，304SS
室外增壓設(shè)備2路
共10m
HIP
高壓軟管
250MPa，DN5
5m×4根
Cejn
高壓軟管
180MPa，DN5
5m×7根
Cejn
高壓軟管
70MPa，DN6
5m×3根
Cejn
附件：布局參考圖
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