本實(shí)用新型涉及油田生產(chǎn)裝置領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種油田沉降罐抽水智能控制裝置和控制方法。

背景技術(shù)：

油田生產(chǎn)站庫(kù)中有各種大罐等存儲(chǔ)設(shè)備，如污水罐、一次沉降罐、二次沉降罐、三相油水分離器、緩沖罐等。在油田站庫(kù)生產(chǎn)中，對(duì)于污水罐、一次沉降罐、二次沉降罐、三相油水分離器這幾種設(shè)備主要的功能是通過(guò)一段靜置、穩(wěn)定的時(shí)間使原油和水進(jìn)行分離。原油分離生產(chǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)連續(xù)的過(guò)程，原油通過(guò)上層油槽溢出進(jìn)入儲(chǔ)油罐，水通過(guò)排水管排放到水罐。要使油水分離效果達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，需要將油水界面控制在一定的范圍內(nèi)，否則將出現(xiàn)排出油含水過(guò)高或排出水含油不達(dá)標(biāo)。

現(xiàn)階段，油田生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于油水界面采用界面儀器法或人工萬(wàn)用表電流測(cè)量法。由于油水混合層根據(jù)油品性質(zhì)不同而不同，是一個(gè)很模糊的過(guò)渡層，在界面儀設(shè)置過(guò)程中，由于參數(shù)變化導(dǎo)致界面儀測(cè)量結(jié)果忽上忽下，很多時(shí)候需要配合人工檢查進(jìn)行校對(duì)，調(diào)整界面儀參數(shù)，同時(shí)界面儀成本、維護(hù)價(jià)格較高。人工萬(wàn)用表電流測(cè)量法不能實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)測(cè)量過(guò)程中對(duì)人身安全存在隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種液位控制效果好且自動(dòng)化程度高的油田沉降罐抽水智能控制裝置和方法。

本實(shí)用新型的原理是：依據(jù)人工萬(wàn)用表電流測(cè)量法原理，在罐內(nèi)布置水位控制上、中、下三個(gè)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、算法處理，通過(guò)控制裝置對(duì)排水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)水位在控制上下限范圍內(nèi)，保證了生產(chǎn)排水、排油達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

首先，本實(shí)用新型提供一種油田沉降罐抽水智能控制裝置，其技術(shù)方案是：

油田沉降罐抽水智能控制裝置包括沉降罐以及其下部連接的排水管，且所述排水管上安裝排水調(diào)節(jié)閥，還包括分別安裝在沉降罐內(nèi)上、中、下三個(gè)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)的電阻檢測(cè)傳感器以及與各個(gè)電阻檢測(cè)傳感器通過(guò)傳感器電纜連接的控制器，所述控制器的輸出端通過(guò)控制輸出連接線連接所述排水調(diào)節(jié)閥并控制其動(dòng)作；

所述控制器包括MCU處理器模塊，MCU處理器模塊的信號(hào)輸入端連接依次連接采集處理模塊、信號(hào)放大模塊，MCU處理器模塊內(nèi)置水位拐點(diǎn)算法模塊和PID調(diào)節(jié)算法模塊，MCU處理器模塊的控制輸出端連接控制輸出模塊；其中：

所述電阻檢測(cè)傳感器用于對(duì)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的電阻進(jìn)行檢測(cè)，并形成微電流信號(hào)；

所述信號(hào)放大模塊用于微電流信號(hào)的放大；

所述采集處理模塊用于對(duì)放大后的電流信號(hào)進(jìn)行采集；

所述水位拐點(diǎn)算法模塊用于信號(hào)采集后數(shù)據(jù)處理，找到水位和油層信號(hào)的突變拐點(diǎn)，確定罐內(nèi)水位的位置；

所述PID調(diào)節(jié)算法模塊根據(jù)罐內(nèi)水位計(jì)算出排水調(diào)節(jié)閥的最佳開(kāi)度，給出最佳輸出信號(hào)值；

所述輸出控制模塊用于將PID調(diào)節(jié)算法模塊的輸出信號(hào)值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)給排水調(diào)節(jié)閥。

進(jìn)一步的，所述電阻檢測(cè)傳感器內(nèi)還安裝有溫度傳感器，所述MCU處理器模塊內(nèi)還裝有溫度補(bǔ)償模塊；其中：

所述溫度傳感器用于對(duì)沉降罐內(nèi)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的溫度進(jìn)行檢測(cè)；

所述溫度補(bǔ)償模塊用于根據(jù)溫度傳感器的采集數(shù)據(jù)對(duì)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)電阻的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

進(jìn)一步的，所述MCU處理器模塊還裝有RS485遠(yuǎn)傳模塊、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)模塊以及電源模塊，其中：

RS485遠(yuǎn)傳模塊用于和中控室監(jiān)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，將采集數(shù)據(jù)和控制結(jié)果輸送給監(jiān)控系統(tǒng)軟件；

時(shí)鐘電路用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的時(shí)間校準(zhǔn)；

存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)；

電源模塊用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的供電。

進(jìn)一步的，所述 MCU處理器模塊還通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)裝有編程接口和通訊串口；其中：

模擬開(kāi)關(guān)用于切換編程接口和通訊串口，節(jié)省MCU處理器的引腳資源使用；

編程接口用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的編程下載和參數(shù)調(diào)試；

通訊串口用于油田沉降罐抽水智能控制裝置的數(shù)據(jù)通訊和參數(shù)調(diào)試；

進(jìn)一步的，所述上、中、下三個(gè)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)的電阻檢測(cè)傳感器在液位深度方向上間隔不超過(guò)0.5米。

進(jìn)一步的，所述電阻檢測(cè)傳感器采用耐油、耐腐蝕合金金屬傳感器；所述傳感器電纜采用具有耐油、耐溫、耐腐蝕性能的電纜；所述控制器采用防爆儀表外殼。

接著，提供一種基于上述油田沉降罐抽水智能控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

（1）首先，在沉降罐上、中、下三個(gè)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)布置電阻檢測(cè)傳感器，檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)罐內(nèi)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的電阻進(jìn)行檢測(cè)，形成微電流信號(hào)；

（2）其次，微電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、采集后，進(jìn)入MCU處理器模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷測(cè)量點(diǎn)位置介質(zhì)是純水、油水混合以及純油三者的哪一種；

（3）最后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行判斷分析，通過(guò)PID算法輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)沉降罐排水調(diào)節(jié)閥的通斷，維持罐內(nèi)水位平穩(wěn)正常。

進(jìn)一步的，當(dāng)下限檢測(cè)傳感器信號(hào)分析液位處于罐油水混合層或罐上部原油層時(shí)，控制器通過(guò)PID調(diào)節(jié)算法模塊計(jì)算并輸出信號(hào)控制排水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉或關(guān)小信號(hào)，使水位逐步控制正常；當(dāng)下限檢測(cè)傳感器1、中間層檢測(cè)傳感器都處于罐下部純水層時(shí)，控制器通過(guò)PID調(diào)節(jié)算法模塊計(jì)算并輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，降低水位至正常。

進(jìn)一步的，當(dāng)上位機(jī)需要數(shù)據(jù)時(shí)，控制器可以通過(guò)RS485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

本實(shí)用新型的控制裝置采用防爆儀表外殼，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、控制輸出功能?？刂蒲b置內(nèi)部集成水位拐點(diǎn)算法、PID調(diào)節(jié)算法軟件；與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、設(shè)備簡(jiǎn)單、安裝方便，對(duì)罐體原有結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響；

2、設(shè)備成本低，穩(wěn)定性高，生產(chǎn)過(guò)程完全滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，不需要人工干預(yù)調(diào)節(jié)參數(shù)；

3、水位控制效果好，具有溫度補(bǔ)償修正；

4、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，排除人工檢測(cè)安全隱患；

5、不受罐容積、安裝地點(diǎn)情況影響；

6、不受罐體內(nèi)介質(zhì)影響，精度高；

7、儀表維修維護(hù)方便，不須泄壓、停產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1-本實(shí)用新型的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)原理圖；

圖中1-下限檢測(cè)傳感器，2-中間層檢測(cè)傳感器，3-上限檢測(cè)傳感器，4-控制器，5-控制輸出連接線，6-排水調(diào)節(jié)閥，7-排水管，8-罐下部純水層，9-罐油水混合層，10-罐上部原油層，11-沉降罐，12-傳感器連接電纜，13-傳感器檢測(cè)模塊，14-采集處理模塊，15-MCU處理器，16-控制輸出模塊。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步公開(kāi)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖通過(guò)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1

參見(jiàn)圖1，油田沉降罐抽水智能控制裝置包括下限檢測(cè)傳感器1、中間層檢測(cè)傳感器2、上限檢測(cè)傳感器3、控制器4、控制輸出連接線5、傳感器連接電纜12以及排水調(diào)節(jié)閥6。下限檢測(cè)傳感器1、中間層檢測(cè)傳感器2以及上限檢測(cè)傳感器3在液位深度方向上間隔0.5米。

油田沉降罐抽水智能控制裝置的控制方法如下：下限傳感器1、中間層檢測(cè)傳感器2、上限檢測(cè)傳感器3這三個(gè)傳感器反饋的電流信號(hào)，檢測(cè)三個(gè)傳感器處于罐內(nèi)介質(zhì)的位置，當(dāng)下限檢測(cè)傳感器信號(hào)分析處于罐油水混合層9或罐上部原油層10時(shí)，控制器4輸出調(diào)節(jié)閥關(guān)閉或關(guān)小信號(hào)，使水位逐步控制正常。當(dāng)下限檢測(cè)傳感器1、中間層檢測(cè)傳感器2都處于罐下部純水層8時(shí)，控制器4通過(guò)PID模塊計(jì)算輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，降低水位至正常。通過(guò)檢測(cè)三個(gè)傳感器所處在介質(zhì)中的位置不同而所得到的信號(hào)不同，控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理分析，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥使罐內(nèi)水位平穩(wěn)正常，從而使沉降罐排油、排水指標(biāo)正常。

參見(jiàn)圖2，油田沉降罐抽水智能控制裝置的控制原理：傳感器檢測(cè)模塊傳感器13信號(hào)接入處理，通過(guò)放大和采集模塊后，形成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入MCU處理器模塊15，MCU處理器模塊15對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過(guò)對(duì)檢測(cè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行水位拐點(diǎn)分析、PID調(diào)節(jié)，將處理結(jié)果輸送到AO控制輸出模塊16。當(dāng)上位機(jī)需要數(shù)據(jù)時(shí)，智能控制器可以通過(guò)RS485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

本實(shí)用新型的方法是通過(guò)上中下檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)、信號(hào)放大模塊、采集模塊、溫度補(bǔ)償模塊、MCU處理器模塊、采集處理模塊、水位拐點(diǎn)檢測(cè)模塊、PID模塊、輸出控制模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊實(shí)現(xiàn)的。檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)罐內(nèi)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的電阻進(jìn)行檢測(cè)，形成微電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放大、采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷測(cè)量點(diǎn)位置介質(zhì)是：純水、油水混合、純油三者的哪一種。對(duì)結(jié)果進(jìn)行判斷分析，通過(guò)PID算法輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)大罐排水調(diào)節(jié)閥。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，三個(gè)檢測(cè)傳感器內(nèi)部還包含溫度傳感器，控制器4還包括溫度補(bǔ)償模塊。具體如下：三個(gè)檢測(cè)傳感器和溫度傳感分別與信號(hào)放大模塊、采集模塊、溫度補(bǔ)償模塊相連接，采集處理模塊與MCU處理器模塊相聯(lián)，電源管理電路、復(fù)位芯片及電路、晶振電路和撥碼開(kāi)關(guān)電路與MCU處理器模塊相聯(lián)，MCU處理器內(nèi)置水位拐點(diǎn)檢測(cè)和PID調(diào)節(jié)算法模塊，MCU處理器模塊控制輸出控制模塊和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊，完成現(xiàn)場(chǎng)排水調(diào)節(jié)閥的控制。