一种油田沉降罐抽水智能控制装置的制作方法

本实用新型涉及油田生产装置领域，具体地说是一种油田沉降罐抽水智能控制装置和控制方法。

背景技术：

油田生产站库中有各种大罐等存储设备，如污水罐、一次沉降罐、二次沉降罐、三相油水分离器、缓冲罐等。在油田站库生产中，对于污水罐、一次沉降罐、二次沉降罐、三相油水分离器这几种设备主要的功能是通过一段静置、稳定的时间使原油和水进行分离。原油分离生产是一个动态连续的过程，原油通过上层油槽溢出进入储油罐，水通过排水管排放到水罐。要使油水分离效果达到生产标准，需要将油水界面控制在一定的范围内，否则将出现排出油含水过高或排出水含油不达标。

现阶段，油田生产过程对于油水界面采用界面仪器法或人工万用表电流测量法。由于油水混合层根据油品性质不同而不同，是一个很模糊的过渡层，在界面仪设置过程中，由于参数变化导致界面仪测量结果忽上忽下，很多时候需要配合人工检查进行校对，调整界面仪参数，同时界面仪成本、维护价格较高。人工万用表电流测量法不能实时测量，同时测量过程中对人身安全存在隐患。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种液位控制效果好且自动化程度高的油田沉降罐抽水智能控制装置和方法。

本实用新型的原理是：依据人工万用表电流测量法原理，在罐内布置水位控制上、中、下三个检测测量点，对测量点进行数据采集、算法处理，通过控制装置对排水调节阀进行控制，调节水位在控制上下限范围内，保证了生产排水、排油达到标准。

首先，本实用新型提供一种油田沉降罐抽水智能控制装置，其技术方案是：

油田沉降罐抽水智能控制装置包括沉降罐以及其下部连接的排水管，且所述排水管上安装排水调节阀，还包括分别安装在沉降罐内上、中、下三个检测测量点的电阻检测传感器以及与各个电阻检测传感器通过传感器电缆连接的控制器，所述控制器的输出端通过控制输出连接线连接所述排水调节阀并控制其动作；

所述控制器包括MCU处理器模块，MCU处理器模块的信号输入端连接依次连接采集处理模块、信号放大模块，MCU处理器模块内置水位拐点算法模块和PID调节算法模块，MCU处理器模块的控制输出端连接控制输出模块；其中：

所述电阻检测传感器用于对检测测量点位置的电阻进行检测，并形成微电流信号；

所述信号放大模块用于微电流信号的放大；

所述采集处理模块用于对放大后的电流信号进行采集；

所述水位拐点算法模块用于信号采集后数据处理，找到水位和油层信号的突变拐点，确定罐内水位的位置；

所述PID调节算法模块根据罐内水位计算出排水调节阀的最佳开度，给出最佳输出信号值；

所述输出控制模块用于将PID调节算法模块的输出信号值转换为电信号给排水调节阀。

进一步的，所述电阻检测传感器内还安装有温度传感器，所述MCU处理器模块内还装有温度补偿模块；其中：

所述温度传感器用于对沉降罐内检测测量点位置的温度进行检测；

所述温度补偿模块用于根据温度传感器的采集数据对检测测量点电阻的检测结果进行温度补偿。

进一步的，所述MCU处理器模块还装有RS485远传模块、时钟电路、存储模块以及电源模块，其中：

RS485远传模块用于和中控室监控系统软件进行数据通讯，将采集数据和控制结果输送给监控系统软件；

时钟电路用于油田沉降罐抽水智能控制装置的时间校准；

存储模块用于存储采集到的信号数据和控制数据；

电源模块用于油田沉降罐抽水智能控制装置的供电。

进一步的，所述 MCU处理器模块还通过模拟开关装有编程接口和通讯串口；其中：

模拟开关用于切换编程接口和通讯串口，节省MCU处理器的引脚资源使用；

编程接口用于油田沉降罐抽水智能控制装置的编程下载和参数调试；

通讯串口用于油田沉降罐抽水智能控制装置的数据通讯和参数调试；

进一步的，所述上、中、下三个检测测量点的电阻检测传感器在液位深度方向上间隔不超过0.5米。

进一步的，所述电阻检测传感器采用耐油、耐腐蚀合金金属传感器；所述传感器电缆采用具有耐油、耐温、耐腐蚀性能的电缆；所述控制器采用防爆仪表外壳。

接着，提供一种基于上述油田沉降罐抽水智能控制装置的控制方法，包括如下步骤：

（1）首先，在沉降罐上、中、下三个检测测量点布置电阻检测传感器，检测测量点对罐内该监测点位置的电阻进行检测，形成微电流信号；

（2）其次，微电流信号经过放大、采集后，进入MCU处理器模块对数据进行分析，判断测量点位置介质是纯水、油水混合以及纯油三者的哪一种；

（3）最后，对结果进行判断分析，通过PID算法输出控制信号调节沉降罐排水调节阀的通断，维持罐内水位平稳正常。

进一步的，当下限检测传感器信号分析液位处于罐油水混合层或罐上部原油层时，控制器通过PID调节算法模块计算并输出信号控制排水调节阀关闭或关小信号，使水位逐步控制正常；当下限检测传感器1、中间层检测传感器都处于罐下部纯水层时，控制器通过PID调节算法模块计算并输出信号控制调节阀开大，降低水位至正常。

进一步的，当上位机需要数据时，控制器可以通过RS485方式进行数据上传。

本实用新型的控制装置采用防爆仪表外壳，具有数据采集、数据显示、数据远传、控制输出功能。控制装置内部集成水位拐点算法、PID调节算法软件；与现有技术相比具有以下优点：

1、设备简单、安装方便，对罐体原有结构没有影响；

2、设备成本低，稳定性高，生产过程完全满足生产要求，不需要人工干预调节参数；

3、水位控制效果好，具有温度补偿修正；

4、降低人工劳动强度，排除人工检测安全隐患；

5、不受罐容积、安装地点情况影响；

6、不受罐体内介质影响，精度高；

7、仪表维修维护方便，不须泄压、停产。

附图说明

图1-本实用新型的安装结构示意图；

图2-本实用新型的电路结构原理图；

图中1-下限检测传感器，2-中间层检测传感器，3-上限检测传感器，4-控制器，5-控制输出连接线，6-排水调节阀，7-排水管，8-罐下部纯水层，9-罐油水混合层，10-罐上部原油层，11-沉降罐，12-传感器连接电缆，13-传感器检测模块，14-采集处理模块，15-MCU处理器，16-控制输出模块。

具体实施方式

为进一步公开本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

实施例1

参见图1，油田沉降罐抽水智能控制装置包括下限检测传感器1、中间层检测传感器2、上限检测传感器3、控制器4、控制输出连接线5、传感器连接电缆12以及排水调节阀6。下限检测传感器1、中间层检测传感器2以及上限检测传感器3在液位深度方向上间隔0.5米。

油田沉降罐抽水智能控制装置的控制方法如下：下限传感器1、中间层检测传感器2、上限检测传感器3这三个传感器反馈的电流信号，检测三个传感器处于罐内介质的位置，当下限检测传感器信号分析处于罐油水混合层9或罐上部原油层10时，控制器4输出调节阀关闭或关小信号，使水位逐步控制正常。当下限检测传感器1、中间层检测传感器2都处于罐下部纯水层8时，控制器4通过PID模块计算输出信号控制调节阀开大，降低水位至正常。通过检测三个传感器所处在介质中的位置不同而所得到的信号不同，控制器对信号进行处理分析，调节调节阀使罐内水位平稳正常，从而使沉降罐排油、排水指标正常。

参见图2，油田沉降罐抽水智能控制装置的控制原理：传感器检测模块传感器13信号接入处理，通过放大和采集模块后，形成数字信号进入MCU处理器模块15，MCU处理器模块15对数据进行分析和处理，通过对检测传感器的信号进行水位拐点分析、PID调节，将处理结果输送到AO控制输出模块16。当上位机需要数据时，智能控制器可以通过RS485方式进行数据上传。

本实用新型的方法是通过上中下检测测量点、信号放大模块、采集模块、温度补偿模块、MCU处理器模块、采集处理模块、水位拐点检测模块、PID模块、输出控制模块、数据远传模块实现的。检测测量点对罐内该监测点位置的电阻进行检测，形成微电流信号，对电流信号进行放大、采集，对数据进行分析，判断测量点位置介质是：纯水、油水混合、纯油三者的哪一种。对结果进行判断分析，通过PID算法输出控制信号调节大罐排水调节阀。

实施例2

在实施例1结构的基础上，三个检测传感器内部还包含温度传感器，控制器4还包括温度补偿模块。具体如下：三个检测传感器和温度传感分别与信号放大模块、采集模块、温度补偿模块相连接，采集处理模块与MCU处理器模块相联，电源管理电路、复位芯片及电路、晶振电路和拨码开关电路与MCU处理器模块相联，MCU处理器内置水位拐点检测和PID调节算法模块，MCU处理器模块控制输出控制模块和数据远传模块，完成现场排水调节阀的控制。