伺服技術在地面工程的運用效果分析

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依托強大的核心處理器，伺服控制系統(tǒng)可根據(jù)地面工程各個系統(tǒng)對控制參數(shù)的不同要求來編制閉環(huán)自動控制邏輯關系，以摻水系統(tǒng)閉環(huán)自動控制為例，如圖2所示，伺服控制系統(tǒng)以摻水出站壓力恒定為目標制定邏輯關系圖[2]。伺服控制柜由控制系統(tǒng)、驅動系統(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DSP控制系統(tǒng)負責目標基準值的設定，并接收和處理采集設備提供的運行參數(shù)，繪制機泵的閉環(huán)自動化控制程序，在由驅動單元對電動機轉矩和轉速進行調節(jié)，從而實現(xiàn)摻水系統(tǒng)出站壓力恒定的控制目標。根據(jù)現(xiàn)場運行要求，在關鍵工藝管理位置安裝控制參數(shù)反饋設備，對于不同的地面工程系統(tǒng)需配套安裝不同的設備，例如：外輸系統(tǒng)根據(jù)控制液量的要求需安裝流量計；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。在電動機風扇側的轉子上安裝編碼器，實時采集電動機轉速參數(shù)，安裝方式采用電動機后軸中心孔攻絲加裝延長軸方式，同時延長風扇罩，如圖4。

伺服控制技術有閉環(huán)自動控制、數(shù)據(jù)遠傳、遠程控制、穩(wěn)定性好、安全性高、節(jié)能效果好等特點。依托功能完備的控制單元（DSP），實現(xiàn)了高速的運算能力，可根據(jù)現(xiàn)場運行需要，編制復雜的電動機運行流程，崗位員工只需設定目標基準值，剩余的調控操作由伺服控制系統(tǒng)根據(jù)編寫的程序流程自動完成。另外，DSP集成了大容量的程序存儲器、數(shù)字/模擬信號的處理和轉換器，可實時刷新、顯示、保存和備份大量的運行參數(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，可輕松實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制。1伺服控制器有完善的監(jiān)控功能，可以實時的顯示電動機的電流、頻率和轉速；同時，還可根據(jù)現(xiàn)場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，可達到300%~350%之間的額定轉矩，能在10s以內完成電動機的啟動。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)運行的穩(wěn)定性。

伺服控制技術試驗情況：

1試驗站點建設現(xiàn)狀

朝23#轉油站于1992年建成投產(chǎn)，安裝摻水機泵4套，運行模式為冬季運二備二、夏季運一備三，1#、2#、4#摻水泵型號JZSB60-50×5，3#摻水泵型號GI65-50×5，額定排量60m3/h，揚程250m，電動機型號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，電動機電流103A，冬季日耗電3420kWh（運行2臺），夏季日耗電1720kWh（運行1臺）。朝24#轉油站于1992年建成投產(chǎn)，安裝摻水機泵4套，運行模式為冬季運二備二、夏季運一備三，1#、2#、3#摻水泵型號JZSB60-50×5，4#摻水泵型號100ZSD-67×4，額定排量60m3/h，揚程250m，電動機型號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，電動機電流120A，冬季日耗電4650kWh（運行2臺），夏季日耗電2270kWh（運行1臺）。

2伺服控制柜運行情況

目前2座站安裝的伺服控制器和其驅動的摻水電動機運轉安全、穩(wěn)定，伺服模式運行的摻水電動機為閉環(huán)自動化運行，實現(xiàn)了該站摻水系統(tǒng)出站壓力恒定的調控目標，朝23#、朝24#轉油站摻水系統(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)運行能耗，提高了機泵運行效率。

3伺服控制技術應用效果

通過朝23#轉油站進行現(xiàn)場能耗測試，測試結果表明伺服模式驅動的2#、4#摻水電動機較試驗前的工頻模式節(jié)約了大量電能，2#摻水電動機日節(jié)約電量623.5kWh，4#摻水電動機日節(jié)約電量653.1kWh，節(jié)電率分別達到37.1%和37.8%，按照伺服控制器運行300d計算，年可減少耗電18.7×104kWh，節(jié)約電費11.11萬元，節(jié)能效果較好。電動機運行情況見表2，節(jié)能效果見表3。

4朝24#轉油站伺服控制技術應用效果

通過對2#、4#摻水電動機進行現(xiàn)場能耗情況測試，得出2臺摻水電動機節(jié)電率分別為39.7%和40.6%。測試結果顯示，伺服模式運行的2#、4#摻水電動機較試驗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行300天計算，年可節(jié)約電量26.87×104kWh，節(jié)約電費15.97萬元。電動機運行情況見表4，節(jié)電效果見表5。

伺服控制器驅動的電動機，其出力調節(jié)快速、精確，可消除截流損失，提高集輸系統(tǒng)運行效率，節(jié)約大量電能。同時，該設備可記錄、保存大量機泵運行參數(shù)，并具有電動機軟啟動功能，電動機啟動電流和機械沖擊小，實現(xiàn)了機泵的全壽命運行。伺服控制器是一種集數(shù)字化、網(wǎng)絡化和自動化于一體的高端節(jié)能控制設備，可以滿足油田聯(lián)合站、轉油站各型電動機的閉環(huán)自動化控制要求。適合在聯(lián)合站進行合崗改造時，對外輸、摻水、供水等系統(tǒng)機泵的閉環(huán)自動控制，通過其功能強大的通訊接口單元，在中控崗即可實現(xiàn)機泵的遠程控制和監(jiān)視。（本文作者：李文武、王棚、王玉銳 單位：大慶油田有限責任公司第十采油廠）