基于profibus总线的压裂机组网络控制系统设计

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1、基于Profibus总线的压裂机组网络控制系统设计

2、第1内容加载中...摘　要：Profibus是目前较流行的现场总线之一，是一种支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。本文结合压裂机组控制系统的特点，采用西门子ET200M远程I／O模块，并基于Profibus现场总线实现压裂机组的网络控制。关键词：Profibus；压裂；网络；自动控制1　引　言　　随着水力压裂设计向缝高控制技术、高渗层防砂压裂、重复压裂、深穿透压裂以及大砂量多级压裂方向发展，对压裂作业的质量和精度提出了更高的要求。由于压裂施工存在不可重复性，一旦混合液输入

3、到油井中，那么，混合液的压力、排量、砂密度值、添加剂比例等重要参数是否符合压裂施工的设计要求，将直接影响压裂的效果。　　近年来，现场总线技术以其独有的技术优势和特点，在现代分布式测量与控制技术领域中的应用已越来越广泛。各种现场总线的主控制器一般都内嵌有相当完善的、开放式的网络通信协议，从而为压裂机组网络控制系统集成提供了强大的硬件和软件支持。本文结合压裂机组控制系统的特点，采用西门子ET200M远程I／O模块，并基于Profibus现场总线实现压裂机组的网络控制。2　压裂机组控制流程　　压裂作业是指用多台压裂车，将混砂车混合好

4、的混合液由井口注入井底，形成或拓展裂缝，以提高油气采收率。施工中的每台压裂泵车通过多芯连接电缆将控制和显示信号传输到仪表车，通过设在仪表车内的集中控制面板来启动和控制多台压裂泵车的油门、档位的变换、压力和排量显示、超压复位等。混砂车和管汇车的密度、排量、各种添加剂用量和压力等信号通过连接电缆传送到仪表车进行数据采集和监测显示，在仪表车内不能控制混砂车的各执行机构。压裂机组控制流程如图1所示。　　由于设备间采用模拟和数字2种信号传输方式，连接电缆多，接口不兼容，很难实现数据共享。混砂车只能在本车上进行操作，不能实现压裂机组的自动

5、控制，系统的实时性、安全性和可靠性较差。500)this.style.ouseg(this)">3　控制系统的网络结构设计　　压裂机组网络控制系统采用3层结构，分别为监控层、控制层、执行层，网络结构如图2所示。以仪表车为核心的监控层，配置2台工业控制计算机以及彩色喷墨打印机等外设，计算机之间采用工业以太网（TCP／IP）连接，组成一个局域网；控制层采用Profibus现场总线将压裂车、混砂车、仪表车三者有机的连接起来，构成了一个稳定、易于扩充的网络环境［1］。传输介质采用屏蔽双绞线，系统采用令牌环型拓扑结构，各设备采用网络接入

6、器连入网络，数据传输速率为1．5Mb／s。　　500)this.style.ouseg(this)">3．1　监控层　　监控层通过Profibus通信接口与控制层的PLC通讯，系统运行的软件平台采用作为Profibus分布式I／O站，现场的调节阀、电磁阀等开关量直接进入ET200MI／O控制箱，模拟信号也在本地通过A／D模板转换成数字量，通过现场总线电缆传递至仪表车的PLC。　　仪表车的PLC能自动控制调节泵排量，以保持一定的泵注压力。也可选择需要的任意压力值，达到压力极限值时，控制器会自动降低油门，并把传动箱置于空挡，达到超

7、压自动保护的效果。在紧急情况下，操还可以通过连接到Profibus-DP现场总线上的任何一个ET200M远程I／O，使整套机组停止工作。4　基于Profibus压裂网络控制系统特点　　Profibus现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现分散式数字控制和现场网络通信，从而为实现压裂生产综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。基于Profibus的油井压裂网络控制系统主要有以下特点：　　（1）Profibus-DP采用标准RS485传输技术，传输介质可采用屏蔽双绞线或光缆，

8、传输速率96k～12Mb／s，传输距离100～1200m，令牌环型拓扑结构之间接32个站（使用中继器总线上可接127个站）可根据压裂工艺设计的要求增加压裂泵车的数量。　　（2）Profibus使用总线存取协议，该协议通过数据链路层实现。应用过程按照C／S模式工作，支持信息的双向传输通信，支持点对点、一点对多点及广播等工作方式。所以压裂车通过任何一个西门子ET200M自动远程控制单元，完成对本车和其他压裂车的启动、换档、参数显示、自动压力控制和自动排量控制；混砂车控制单元可以实现液面、添加剂和密度等参数的自动控制，同时可以切换到

9、压裂车控制单元实现对压裂车和混砂车的集中控制；仪表车控制单元具有最高控制级别，能够实现对整套机组的集中自动控制。　　（3）由于Profibus通信协议公开化，不同厂商生产的设备之间可以进行互联以实现信息交换。这种开放的系统把系统集成的权利交给用户，由用户自由选择现场产品和系统