专利名称：基于plc控制的钻井泥浆储罐液位报警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油井钻探设备的报警系统，特别涉及钻井泥浆液位 的报警系统。
背景技术：
江苏油田位于被称为"地质学家考场"的苏北大地上，积累了一系列对 付各种复杂地层，进行各种高难度钻探作业任务的成功经验。但在钻井作业 的过程中对于井漏、井涌等地层的情况反应还处于一个比较原始的阶段—— 主要靠人工来坐岗记录，其准确性差，实时性不足，在井漏或井涌时，不能 及时采取措施。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于PLC控制的钻井泥桨储罐液位报警 系统，使其能对钻井液泥浆的液位自动监控并发出警报，、提醒工作人员进 行处理。
本实用新型是通过如下技术方案得以实现的基于PLC控制的钻井泥
浆储罐液位报警系统，包括设置在多个泥浆储罐上的超声波液位测量仪，超
声波液位测量仪将各泥浆储罐的液位信号发送给PLC, PLC将收集到的多 路信号转换后发送给计算机，计算机经计算得到泥浆总量的信号并送给显示 器进行显示；同时，计算机将泥浆总量信号与设定值进行比较，两者偏差达 到一定的值后，计算机发出报警信号给报警装置，报警装置发出灯光或声音 警报。
本实用新型通过对泥浆液位测量并经计算得到泥浆总量，经比较后给出
3报警信号，方便了钻井过程中，对泥浆液位数据进行精确的测量，使得操作 人员能够及时的判断泥浆量的状态。从而达到对井漏、井涌等地层的情况得 到一个很好的预防效果。该装置可用于油井钻探作业中。
图1为本实用新型工作原理图。
具体实施方式
如图1，为基于PLC控制的钻井泥浆储罐液位报警系统，包括设置在多 个泥浆储罐上的超声波液位测量仪，超声波液位测量仪将各泥浆储罐的液位 信号发送给PLC, PLC将收集到的多路信号转换后发送给计算机，计算机 经计算得到泥浆总量的信号并送给显示器进行显示；同时，计算机将泥浆总 量信号与设定值进行比较，两者偏差达到一定的值后，计算机发出报警信号 给报警装置，报警装置发出灯光或声音警报。
该系统中，超声波液位探测仪西门子公司生产的型号为 7ML1201-1EK00的超声波液位计；PLC采用西门子公司的SIMATIC S7-200 PLC作为控制核心；计算机采用工业控制计算机。
西门子7ML1201-1EK00超声波液位计具有完善的物/液位测控功能.数 据传输功能强大且稳定性高，抗干扰性强。7ML1201-1EK00系列超声波液 位计又是西门子公司最新研发的一种智能型非接触式液位测量仪表，具有自 动功率调整，增益控制，温度补偿功能，同时，该液位计性价比优越，精度 高，具有模拟量，开关量及数字信号同时输出功能，隔爆型外壳，适用于环 境恶劣等石油化工防爆场合。
SIMATIC S7-200 PLC是一种通用型的PLC,能够适合自动化工程中的 各种场合。有着模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置、以及各使 用单位易于掌握等特点。S7-200配置主控制器CPU214 ，模拟量数据采集 模块、电源模块以及通讯模块。S7-200是一个多处理器控制器，CPU214有高速数据处理和高速逻辑控制的能力，它基本能够解决所有的自动化任务， 例如开环控制、闭环控制、顺序控制、通讯、数据处理、过程控制等。电 源故障属系统的可恢复性故障， 一旦重新受电，处理器可以自动恢复正常工
作而无需操作人员的任何干预。所以，钻井泥浆液位报警系统以S7-200 PLC 控制核心的，使得该系统具有极高的可靠性，在主控制器发生故障时，无需 人工干预，自动无扰动切换并报警，显示故障位置。内置的自检功能使系统 保证系统的可靠性，方便了用户对系统的操作和维护，减少了成本。
工业控制计算机具有超长的使用寿命，易于维护，适应于油田钻井的恶 劣环境、不断移动等特点。工业控制计算机可以使我们的操作人员可以直接 监测到每个泥浆罐的实时液位、实时体积以及每个泥浆罐体积的实时变化趋 势等等，同时，操作人员可以根据每口井的不同特点，方便设置与其对应的 运行参数，如泥浆罐的截面积、报警量、报警时间等等，另外，还能存储我 们每口井的历史数据，以便于我们今后能在第一时间进行査询。所以，对于 钻井泥桨液位报警系统，配置工业控制计算机更加有利于泥浆信息管理，有 利于泥浆液位准确的监控，有利于泥桨液位快捷的报警。工业控制计算机根 据PLC来的实时液位信号，再根据各泥浆储罐的截面积，计算出泥浆的实 时体积量。
显示器和报警装置，可配置具有防爆声光报警器、防爆显示屏等设备， 完全按照石油化工行业防爆现场的配置要求，进行设计。当钻井发生井涌或 井漏时，防爆声光报警器能够及时、准确、形象的提醒我们现场钻井的操作 人员。另外，现场操作人员还可以通过防爆显示屏，直接了解泥浆的实时信 息，可以便于操作人员进行准确的操作。
该系统工作时，超声波液位测量仪将各泥浆储罐的液位信号发送给 PLC， PLC将收集到的多路信号转换后发送给计算机，计算机经计算得到泥 浆总量的信号并送给显示器进行显示；同时，计算机将泥浆总量信号与设定值进行比较，两者偏差达到一定的值后，计算机发出报警信号给报警装置， 报警装置发出灯光或声音警报。该系统中控制程序包括两部分，其一为下位
机控制程序，安装S7-200的CPU内，用于将探测到的信号处理成液位实时 信号；其二为上位机控制程序，安装在工业控制计算机内。
下位机控制程序部分采用西门子软件STEP 7 MicroWIN 4.0，该软件可 以使用以下任何一种编程语言STL， FBD和LADDER,这样就更方便操 作人员学习使用。另外，各种语言之间可以相互切换。
上位机控制程序部分采用西门子软件WinCC 6.0，采用了基于微软操作 系统开发的编程软件，支持IEC1131-3所规定的全部五种编程语言，是一套 全新的控制系统平台。该软件包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开 发系统，而且提供了工业界最为强大的功能，包括实时过程的监视和监督控 制，报警和报警管理，历史趋势，统计过程控制，基于用户的安全系统，方 便的系统扩展，网络等。图形设计系统用于自由地组态画面，并完全通过图 形对象进行操作，图形对象具有动态属性，并可对属性进行在线修改。另外， 用户界面有直观的学习功能可满足各种要求。
计算后的泥浆体积量和设定值比较，如果偏差值满足一定的条件，则进 行准确的报警。
具体判断如下(」AV:为采集的体积量与初始值的偏差值) 报警状态井涌」AV〉0
在上位机上设定当前的体积总量SET—V,得出AV=—V-SET—V
① 当AVX),并开始启动定时器TIM1，定时时间为5分钟(说明 暂设定，在上位机控制程序中，可以任意修改)，如果在此5分钟内，0<AV^3
(说明暂设定，在上位机控制程序中，可以任意修改)，则不进行报警， 同时，当定时器TIM1计时完毕后，复位并重新开始定时；
② 当AV〉0，并开始启动定时器TIM1，定时时间为5分钟，如果在此5分钟内，AV^3，则进行报警，并同时把定时器TIM1复位，再重新定 时；
报警状态井漏」AV<0
① 当AV〈0，并开始启动定时器TIM2，定时时间为5分钟，如果在 此5分钟内，-3^」AV<0，则不进行报警，同时，当定时器TIM2计时完 毕后，复位并重新开始定时；
② 当AV〈0，并开始启动定时器TIM2，定时时间为5分钟，如果在 此5分钟内，AV^-3，则进行报警，并同时把定时器TIM2复位，再重新定 时；
正常状态-3<AV<3
当-3<AV<3 ，整个系统处于正常运行状态 本系统还能进行液位体积显示
储罐泥浆液位《进行实时监测，在工业控制计算机上可以进行面积设 定Sfef一S，可以得出体积V;H^EF—S，并在显示器上显示、数据归档、 实时曲线、历史曲线。
同时工业控制计算机上有报警显示，报警记录。
当发生"井漏"，"井涌"时，系统声光报警，并且报警检测停止。当报警 全部复位后，检测系统可以投入运行。 该系统具有如下特点 1、系统成本低
本系统是通过西门子PLC采集现场超声波液位计的信号，实现精确控 制，准确报警。钻井泥浆储罐可以任意扩展为更多个，而整个报警系统核心 元件不需要增加。另外，还可以很方便的把钻井上其它小型控制系统接入该 泥浆报警系统，实现了集中控制系统。这样，就大大的节省了投资成本。本控制系统测量设备采用高精度西门子超声波液位计，而计算核心又是
以西门子PLC为基础，模拟量输入、输出精度为13 bits，正常情况下精度 不会改变，具有120分贝的共模抑制比，在工频谐波下具有60分贝的差模 抑制比，大大提高了测量数据的正确性、稳定性。所以说，该系统的精度是 很高的。
3、可以进行远程传输，进行实时监控
通过无线网络，坐在家里的办公室就可以对现场的情况进行实时监控， 及时了解现场动态，为下一步的决策提供强有力的技术支持。
权利要求1、基于PLC控制的钻井泥浆储罐液位报警系统，其特征在于包括设置在多个泥浆储罐上的超声波液位测量仪，超声波液位测量仪将各泥浆储罐的液位信号发送给PLC，PLC将收集到的多路信号转换后发送给计算机，计算机经计算得到泥浆总量的信号并送给显示器进行显示；同时，计算机将泥浆总量信号与设定值进行比较，两者偏差达到一定的值后，计算机发出报警信号给报警装置，报警装置发出灯光或声音警报。
专利摘要本实用新型涉及油井钻探设备领域内的基于PLC控制的钻井泥浆储罐液位报警系统，包括设置在多个泥浆储罐上的超声波液位测量仪，超声波液位测量仪将各泥浆储罐的液位信号发送给PLC，PLC将收集到的多路信号转换后发送给计算机，计算机经计算得到泥浆总量的信号并送给显示器进行显示；同时，计算机将泥浆总量信号与设定值进行比较，两者偏差达到一定的值后，计算机发出报警信号给报警装置，报警装置发出灯光或声音警报。该系统方便了钻井过程中对泥浆液位数据进行精确的测量，使得操作人员能够及时的判断泥浆量的状态。从而达到对井漏、井涌等地层的情况得到一个很好的预防效果，其可安全应用于油井钻探作业中。
文档编号E21B47/04GK201347773SQ20092003789
公开日2009年11月18日 申请日期2009年2月6日 优先权日2009年2月6日
发明者磊 王, 罗常斌, 颜晓军, 高艳荣, 玉 黄, 黄金林 申请人:王 磊;颜晓军;黄金林;罗常斌;黄 玉;高艳荣