車間水壓增壓系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制試壓泵系統(tǒng)技術(shù)方案

第一部分  設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與原則

為滿足我公司對(duì)各類工具的測(cè)試需要，需要在油氣井測(cè)試工房的內(nèi)建造水壓增壓系統(tǒng)。水壓增壓系統(tǒng)由井下工具增壓系統(tǒng)、地面計(jì)量設(shè)備增壓系統(tǒng)、室外增壓系統(tǒng)、移動(dòng)式增壓系統(tǒng)以及電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。

1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1)        API Spec 11D1-2009（ISO 14310-2008）《石油天然氣工業(yè)－井下裝備－封隔器和橋塞》；

2)        API Spec 16A《鉆井通道設(shè)備規(guī)范》 第三版；

3)        API Spec 16D 第二版《鉆井控制設(shè)備系統(tǒng)規(guī)范》；

4)        GB/T20174-2006石油天然氣工業(yè)鉆井和采油設(shè)備鉆通設(shè)備；

5)        API 16C、SY/T5352-2004《節(jié)流與壓井管匯》；

6)        API Spec 6A/SY/T5127—2002《井口裝置和采油樹(shù)規(guī)范》；

7)        GB/T 22513-2008《石油天然氣工業(yè)  鉆井和采油設(shè)備  井口裝置和采油樹(shù)》；

8)        公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及公安部對(duì)安全防范工程管理要求；

9)        其他有關(guān)的國(guó)家法令、法規(guī)文件。

1.2設(shè)計(jì)原則

1）先進(jìn)與實(shí)用性

整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的前瞻性，采用國(guó)內(nèi)外最新的技術(shù)和工藝。同時(shí)考慮國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平，以節(jié)約試驗(yàn)成本和設(shè)備運(yùn)行成本為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。

2）開(kāi)放與標(biāo)準(zhǔn)化

整套系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)充，使相對(duì)獨(dú)立的分系統(tǒng)易于進(jìn)行組合和調(diào)整。符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3）可擴(kuò)充性

隨著應(yīng)用水平的提高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的可擴(kuò)充與可延展性，能夠適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的要求。

4）使用安全性

加壓系統(tǒng)采用本質(zhì)安全型的設(shè)備，具有過(guò)壓自動(dòng)保護(hù)功能，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)具有限壓功能。設(shè)計(jì)有三重安全保護(hù)功能，第一級(jí)繼電過(guò)壓保護(hù)，第二級(jí)計(jì)算機(jī)軟件保護(hù)，第三級(jí)本質(zhì)安全保護(hù)；當(dāng)系統(tǒng)異常壓力超過(guò)設(shè)置上限壓力時(shí)，系統(tǒng)將緊急卸壓。

5）可靠性和可維護(hù)性

按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、裝置管理、廠商技術(shù)支持等要求配備一套集自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集和分析的系統(tǒng)軟件，確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。主要設(shè)備是定型生產(chǎn)、并具有成功應(yīng)用實(shí)例的成熟產(chǎn)品，確保系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。

6)   質(zhì)量保證體系

具備ISO質(zhì)量體系認(rèn)證和具備相關(guān)的企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，嚴(yán)格按HSE安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件要求執(zhí)行。各種配套設(shè)備及配件需在資質(zhì)的合格廠家進(jìn)行采購(gòu)。

第二部分  技術(shù)方案 2.1.1總體要求

水壓增壓系統(tǒng)由四套裝置組成，分別為井下工具增壓系統(tǒng)、地面計(jì)量設(shè)備增壓系統(tǒng)、室外增壓系統(tǒng)和移動(dòng)增壓系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)控制柜配觸摸屏，控制方式為手動(dòng)和自動(dòng)控制，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)控制軟件可以設(shè)定試壓流程，系統(tǒng)具備超壓保護(hù)功能。

井下工具測(cè)試增壓系統(tǒng)配置1臺(tái)灌注泵和1臺(tái)高壓泵?？煞謩e獨(dú)立或同時(shí)對(duì)4個(gè)工位進(jìn)行試驗(yàn)，可單獨(dú)泄壓：其中2個(gè)試壓口在井下工具試壓坑內(nèi)，另2個(gè)是試壓口留在井下工具檢修區(qū)備用，4個(gè)試壓口最高試驗(yàn)壓力140MPa。

地面計(jì)量設(shè)備增壓系統(tǒng)配置2臺(tái)灌注泵和2臺(tái)高壓泵（200MPa）?？煞謩e獨(dú)立或同時(shí)對(duì)4個(gè)工位進(jìn)行試驗(yàn)，可單獨(dú)泄壓。

室外增壓系統(tǒng)配置2臺(tái)灌注泵和3臺(tái)高壓泵（140MPa+40MPa×2）?？煞謩e獨(dú)立或同時(shí)對(duì)3個(gè)工位進(jìn)行試驗(yàn)，可單獨(dú)泄壓。

移動(dòng)增壓系統(tǒng)為2臺(tái)灌注泵和3臺(tái)高壓泵（140MPa×2+40MPa）?？煞謩e獨(dú)立或同時(shí)對(duì)3個(gè)工位進(jìn)行試驗(yàn)，可單獨(dú)泄壓。此系統(tǒng)位置不固定，因此不配備遠(yuǎn)程控制功能，通過(guò)觸摸屏可設(shè)定及顯示實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

四套系統(tǒng)的各自的耗氣和耗水量見(jiàn)表2.1技術(shù)參數(shù)，與工房?jī)?nèi)氣管線和水管線連接接頭采用快插接頭，具體尺寸可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管線而定。

2.1.2系統(tǒng)功能

u                 快速進(jìn)行試件容腔的液體灌注，輸出40MPa、140MPa和200MPa三個(gè)等級(jí)的高壓液體。

u                 配有粗過(guò)濾器和精過(guò)濾器兩級(jí)過(guò)濾裝置，避免試件內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)增壓系統(tǒng)造成損傷，分級(jí)過(guò)濾可以降低過(guò)濾器的清洗頻率。

u                 大排量、小排量、低壓、高壓相結(jié)合，滿足試驗(yàn)流程要求。

u                 自動(dòng)控制或手動(dòng)控制完成試件的液密封試驗(yàn)，手動(dòng)和自動(dòng)可單獨(dú)使用，互不依賴。同時(shí)都能自動(dòng)采集，顯示，記錄和分析試壓數(shù)據(jù)。

u                 計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成壓力、時(shí)間曲線，實(shí)時(shí)顯示，并將各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，隨時(shí)可打印出中英文對(duì)照的檢驗(yàn)報(bào)告。同時(shí)安裝數(shù)據(jù)記錄儀表，實(shí)時(shí)記錄試壓情況。

u                 軟件具備人機(jī)界面、設(shè)置試驗(yàn)項(xiàng)目、壓力、時(shí)間等各種設(shè)置。自定義打印格式，數(shù)據(jù)可以傳到Microsoft Word，用戶可以自己修改打印格式，方便實(shí)用。

u                 在試驗(yàn)報(bào)告中能夠隨機(jī)調(diào)出試驗(yàn)過(guò)程中時(shí)間軸的對(duì)應(yīng)的壓力信息，以便分析試驗(yàn)產(chǎn)品的泄漏情況。

u                 試壓現(xiàn)場(chǎng)、控制柜分別安裝試壓三色警示燈，對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行警示。

u                 設(shè)備具有超壓報(bào)警停機(jī)功能。

u                 設(shè)備具有緊急卸壓停機(jī)功能。

2.1.3系統(tǒng)特點(diǎn)

試驗(yàn)裝置的主要特點(diǎn)如下：

u                    工作和維護(hù)成本低：充分利用泵的工作特性，提高設(shè)備使用效率，且氣動(dòng)泵維修配件價(jià)格經(jīng)濟(jì)；

u                    設(shè)備核心部件氣體增壓泵、高壓閥門(mén)和儀表全部為國(guó)際優(yōu)質(zhì)品牌，安全可靠；

u                    機(jī)柜為整體封閉式箱體，操作按鈕集中于面板控制，使用安全；

u                    高壓管路采用不銹鋼管，布局整潔美觀。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作與維護(hù)；

u                    所有進(jìn)入增壓系統(tǒng)的水均經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾精度分別為5μm和20μm；

u                    氣壓驅(qū)動(dòng)的增壓方式，進(jìn)口增壓泵，噪音小。效率高。試壓泵可在滿負(fù)荷下頻繁啟動(dòng)；

u                    管路布局合理，連接高壓管件均為HIP扣連接方式，進(jìn)口產(chǎn)品，無(wú)需焊接，連接方便，安全可靠，便于維護(hù)。

2.1.4技術(shù)參數(shù) 

表2.1    主要技術(shù)參數(shù)

2.1.5增壓系統(tǒng)工作原理

試壓泵采用美國(guó)進(jìn)口氣動(dòng)泵作為動(dòng)力源。泵的輸出壓力可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定均或在計(jì)算機(jī)設(shè)定。試驗(yàn)壓力較高，且控制系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，選用重載型高壓氣控閥。為保證系統(tǒng)的安全，進(jìn)液閥采用常閉氣控閥。

根據(jù)測(cè)試內(nèi)容的不同需要具備不同的輸出壓力和流量，選用不同型號(hào)增壓泵和控制管路，各增壓系統(tǒng)的試驗(yàn)原理如下。

井下工具增壓系統(tǒng)分為低壓灌注和高壓增壓兩部分，試驗(yàn)時(shí)首先啟動(dòng)低壓灌注泵，快速將試件容腔灌滿；自動(dòng)或手動(dòng)切換到高壓增壓泵，將輸出液體壓力增高到140MPa。

泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開(kāi)溢流閥泄壓。4個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。

輸出端均配高壓軟管，接口為G1/4”內(nèi)牙外錐。

地面計(jì)量增壓系統(tǒng)由低壓灌注和高壓增壓兩部分組成，配有有200MPa增壓泵和灌注泵分別實(shí)現(xiàn)增壓和灌注。試驗(yàn)時(shí)首先調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣壓，實(shí)現(xiàn)低壓快速將試件容腔灌滿；然后將驅(qū)動(dòng)氣壓調(diào)高，將輸出液體壓力增高到200MPa。

泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開(kāi)溢流閥泄壓。四個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。

輸出端均配高壓軟管，軟管接頭為G1/4”內(nèi)牙外錐。

室外增壓系統(tǒng)由140MPa和40MPa兩種壓力部分組成，140MPa部分有1臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注，40MPa部分有2臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注。試驗(yàn)時(shí)首先調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣壓，實(shí)現(xiàn)低壓快速將試件容腔灌滿；然后將驅(qū)動(dòng)氣壓調(diào)高，將輸出液體壓力增高到140/40MPa繼續(xù)打壓。

泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開(kāi)溢流閥泄壓。兩個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。

輸出端均配高壓軟管，軟管接頭為G1/4”內(nèi)牙外錐。

移動(dòng)增壓系統(tǒng)由140MPa和40MPa兩種壓力部分組成，140MPa部分有2臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注，40MPa部分有1臺(tái)增壓泵和1臺(tái)灌注泵實(shí)現(xiàn)增壓和灌注。試驗(yàn)時(shí)首先調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣壓，實(shí)現(xiàn)低壓快速將試件容腔灌滿；然后將驅(qū)動(dòng)氣壓調(diào)高，將輸出液體壓力增高到140/40MPa繼續(xù)打壓。

泵的增壓比為固定值，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，可以得到高壓泵的不同輸出壓力。輸出管路設(shè)有高壓溢流閥，系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力會(huì)自動(dòng)打開(kāi)溢流閥泄壓。兩個(gè)輸出回路均設(shè)截止閥，壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)關(guān)閉截止閥進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完成后可通過(guò)排水管路進(jìn)行泄壓排水。

輸出端均配高壓軟管，軟管接頭為G1/4”內(nèi)牙外錐。

柜體外形

外觀：設(shè)計(jì)成為柜式結(jié)構(gòu)，外觀是一個(gè)獨(dú)立的大柜體。

柜體采用加重型架構(gòu)設(shè)計(jì)和制造；在柜體的頂部安裝有起重吊耳裝置。柜體的面板前安裝斜面蓋板。蓋板安裝鋼化玻璃窗，便于觀察內(nèi)部的測(cè)量?jī)x表。蓋板配備鎖具，采用氣彈簧支撐。

面板上安裝有高壓壓力表、驅(qū)氣壓力表、觸摸屏、緊急關(guān)斷及相關(guān)閥門(mén)開(kāi)關(guān)及狀態(tài)顯示。每只閥的手動(dòng)操作的自鎖按鈕，能夠分別控制每一只閥的開(kāi)關(guān)操作；按鈕帶狀態(tài)指示燈，指示燈顯示電磁閥的通電情況；

面板上安裝有蘑菇形自鎖“緊急停止”按鈕；

圖2.5  柜體參考圖

2.1.6泵的選型

增壓系統(tǒng)均采用低壓大排量泵進(jìn)行灌注，不同壓力級(jí)別的壓力采用不同的增壓泵，滿足不同壓力和流量的試驗(yàn)需要。

圖2.9  200MPa增壓泵流量曲線

2.1.7打壓時(shí)間計(jì)算

打壓過(guò)程分為灌注和增壓兩個(gè)過(guò)程，增壓過(guò)程主要考慮水的壓縮率，不考慮試件變形。水的壓縮率見(jiàn)下圖2.10。

井下工具打壓時(shí)間

1)      井下工具容積為20L，氣動(dòng)泵灌注排量為20L/min，灌滿時(shí)間為1min；

2)      200MPa時(shí)水的壓縮率為6.8%，未考慮工具容腔的變形，0MPa升到200MPa時(shí)，水壓縮后減少的容積為20×6.8%=1.36L；

3)      高壓泵空載排量為0.9L/min，輸出壓力為200MPa時(shí)排量為0.45L/min，因此打壓過(guò)程平均排量為0.675 L/min；增壓時(shí)間為1.36L/0.675 L/min=2.01min；

4)      總的打壓時(shí)間為1min+2.01min=3.1min。

管匯打壓時(shí)間

1)      管匯容積為50L，氣動(dòng)泵空載排量為20L/min，灌滿時(shí)間為2.5min；

2)      140MPa時(shí)水的壓縮率為4.8%，未考慮管匯容腔的變形，0MPa升到140MPa時(shí)，水壓縮后減少的容積為50L×4.8%=2.4L；

3)      氣動(dòng)增壓泵空載排量為1.4 L/min，輸出壓力為140MPa時(shí)排量為0.65 L/min，因此打壓過(guò)程平均排量為1.025 L/min；增壓時(shí)間為2.4L/1.025L/min=2.34min；

4)      總的打壓時(shí)間為2.5min+2.34min=4.84min。

分離器打壓時(shí)間

1)      分離器容積為4m3，為縮短試驗(yàn)時(shí)間，建議直接用自來(lái)水接入分離器；接近充滿狀態(tài)時(shí)，再采用灌注泵進(jìn)行灌注。

2)      40MPa時(shí)水的壓縮率為1.8%，未考慮分離器容腔的變形，灌滿后打壓，從0MPa升到40MPa時(shí)，水壓縮后減少的容積為4m3×1.4%=0.056 m3=56L；

3)      氣動(dòng)增壓泵空載排量為4L/min，輸出壓力為40MPa時(shí)排量為2.4L/min，因此打壓過(guò)程平均排量為3.2 L/min；增壓時(shí)間為56L/3.2 L/min=17.5min；

4)      不考慮灌注時(shí)間，增壓時(shí)間為17.5min。

2.1.8控制系統(tǒng)工作原理

采用基于以太網(wǎng)絡(luò)的高效高實(shí)時(shí)性的DCS分布式控制系統(tǒng)，下位機(jī)采用西門(mén)子的S7 300 PLC控制器，上位機(jī)硬件平臺(tái)采用研祥特種工控機(jī)，軟件平臺(tái)采用美國(guó)NI 公司專業(yè)測(cè)控軟件LabvIEW作為其開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

系統(tǒng)控制流程圖見(jiàn)下圖?？刂平Y(jié)構(gòu)采用上、下位機(jī)控制模式。下位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)顯示工作參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)修改試驗(yàn)參數(shù)以及與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等功能。上位機(jī)對(duì)下位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、修改試驗(yàn)參數(shù)、控制工作狀態(tài)、存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、顯示控制界面和數(shù)據(jù)回放、報(bào)表生成等功能，采用友好的軟件交互界面。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，上下位機(jī)互相獨(dú)立，互不干擾，分工明確，從而可以更好的保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

 SHAPE  \* MERGEFORMAT 

圖2.11  系統(tǒng)控制流程圖

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  圖2.12   信號(hào)控制系統(tǒng)流程圖

2.1.9系統(tǒng)功能

1)      軟件可設(shè)定試驗(yàn)壓力，同時(shí)具有超壓保護(hù)功能；

2)      控制高壓試驗(yàn)，與高壓水控制臺(tái)構(gòu)成一個(gè)高壓水試驗(yàn)控制系統(tǒng)；

3)      現(xiàn)場(chǎng)PLC與壓力傳感器構(gòu)成壓力繼電保護(hù)系統(tǒng)；

4)      中控室計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485讀取現(xiàn)場(chǎng)PLC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

5)      計(jì)算機(jī)具備加壓過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、回放，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出永久保存；

2.1.10控制系統(tǒng)安全性

1）過(guò)壓保護(hù)：系統(tǒng)有三級(jí)過(guò)壓保護(hù)措施：

a、第一級(jí)繼電過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)打壓超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定壓力時(shí)，控制室的壓力處理系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)控制強(qiáng)制停止高壓泵工作；

b、第二級(jí)計(jì)算機(jī)過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)控制系統(tǒng)測(cè)量壓力超過(guò)極限壓力時(shí)，啟動(dòng)快速卸壓通道快速卸壓；

c、第三級(jí)本質(zhì)安全保護(hù)：采用本質(zhì)安全型的高壓加壓泵和可靠的高壓泵的輸出壓力控制技術(shù)，保證在任何情況下，系統(tǒng)加壓不會(huì)超過(guò)設(shè)定值。氣動(dòng)高壓泵的工作原理是采用力平衡原理工作的，啟動(dòng)活塞受壓面積大，輸出高壓液體的活塞面積小。當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力產(chǎn)生的力和輸出壓力產(chǎn)生的力平衡時(shí)，高壓泵就停止排液，此時(shí)的輸出壓力不會(huì)再上升。系統(tǒng)的壓力控制設(shè)計(jì)上利用這個(gè)特性，通過(guò)手動(dòng)減壓閥控制高壓泵的驅(qū)動(dòng)壓力，事先按照高壓泵的輸出壓力按照折算比例計(jì)算驅(qū)動(dòng)氣體的壓力，保證高壓泵的輸出壓力不會(huì)超出試件的最高壓力上限。

2）主控室操作面板和現(xiàn)場(chǎng)超高壓站面板，都具備緊急關(guān)斷操作按鈕，緊急情況按下“緊急停止”按鈕迅速超高壓站迅速關(guān)斷高壓泵，同時(shí)對(duì)承受高壓的管路和腔體進(jìn)行泄壓。

3）高壓站設(shè)備具備操作“防呆”繼電保護(hù)回路，防止設(shè)備的誤操作發(fā)生意外。

2.1.11試驗(yàn)控制程序

下位機(jī)PLC負(fù)責(zé)完成所有試驗(yàn)傳感器信號(hào)的采集、試壓流程的切換、液密封測(cè)試壓力的采集、異常判斷等功能。上位機(jī)labvIEW軟件通過(guò)以太網(wǎng)通訊向下位機(jī)輸入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)工藝及試驗(yàn)參數(shù)等指令，同時(shí)也可向下位機(jī)獲取試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)流程狀態(tài)、異常情況等參數(shù)，并可實(shí)時(shí)顯示和保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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圖2.13    軟件控制流程圖

水密控制系統(tǒng)，控制自動(dòng)試驗(yàn)流程中采用lab view軟件做其開(kāi)發(fā)平臺(tái)，Lab VIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)，與Visual Basic，Visual C++、Delphi、組態(tài)軟件等工控軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境相比有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以快速靈活地搭建功能完善的高可靠性控制軟件。

軟件特點(diǎn)：

1）可靠性高，軟件可以開(kāi)辟獨(dú)立高優(yōu)先級(jí)線程，保證軟件運(yùn)行順暢。多線程采用錯(cuò)誤族輪詢傳遞，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。每個(gè)線程均有設(shè)置軟件狗，防止停滯。采用集散控制系統(tǒng)（DCS）控制軟件架構(gòu)；

2）性能優(yōu)越，軟件充分利用PC機(jī)強(qiáng)大的處理速度，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)快速的數(shù)據(jù)交互；實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。利用目前大容量的硬盤(pán)存儲(chǔ)，可以高采樣率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

3） 操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的所用功能都由上位機(jī)同一調(diào)度，在上位機(jī)的人機(jī)界面（HMI）上即可以實(shí)現(xiàn)所有功能的設(shè)置，按照用戶的設(shè)置設(shè)備完全自動(dòng)運(yùn)行，可以無(wú)人值守。人機(jī)界面集中了所有物理量的顯示和記錄，還有各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的指示及各類報(bào)警信號(hào)的指示，可以方便地了解設(shè)備運(yùn)行狀況；

4）安全穩(wěn)定，系統(tǒng)對(duì)于各種各樣異常狀況都有監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)軟件安裝上的設(shè)定步驟停機(jī)，保證設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定。

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上位機(jī)軟件主界面監(jiān)控：以系統(tǒng)流程圖方式整體顯示系統(tǒng)參數(shù)（控制閥、傳感器、工作狀態(tài)），下位機(jī)軟件包包括DI/DO模塊子程序、AI/AO模塊子程序、上位機(jī)通訊子程序和通訊模塊子程序。完成現(xiàn)場(chǎng)操作控制的感知和輸出、數(shù)據(jù)采集和初步處理、控制輸出調(diào)節(jié)、維持通訊和數(shù)據(jù)交換等任務(wù)。

2.1.12數(shù)據(jù)采集和處理

1）設(shè)備上安裝有嵌入式計(jì)算機(jī)，能夠根據(jù)指令和設(shè)定參數(shù)，自動(dòng)完成試驗(yàn)過(guò)程；

2）計(jì)算機(jī)之間采用數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行信息交換，實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)；

3）上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工藝流程化的信息界面。實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)狀態(tài)和個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)參數(shù)。滿足甲方的技術(shù)要求；

4）上位計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大繪圖和數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)崟r(shí)曲線化顯示試驗(yàn)過(guò)程；

5）遠(yuǎn)程采集壓力數(shù)據(jù)，能夠在控制室計(jì)算機(jī)屏幕和控制儀表上，觀察現(xiàn)場(chǎng)的壓力；

6）試驗(yàn)完成之后能夠進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線回放、數(shù)據(jù)查詢以及報(bào)表打印，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出并永久保存。

2.1.13工藝流程

流程特點(diǎn)

采用灌注和打壓兩個(gè)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，低壓時(shí)進(jìn)行大排量灌注迅速注滿容腔，注滿后再進(jìn)行增壓，提高試驗(yàn)效率。高壓試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先選擇，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)打壓流程，灌注泵注滿后自動(dòng)停止工作，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)高壓泵，高壓泵開(kāi)始工作直到設(shè)定壓力。在這一過(guò)程中氣動(dòng)增壓臺(tái)泵根據(jù)設(shè)定的壓力及本身的壓力范圍自動(dòng)啟停和打壓。

每一路的高壓輸出管路均配有獨(dú)立的泄壓排水口，試驗(yàn)完成后可進(jìn)行自動(dòng)排放，各路間互不影響。

試壓裝置的工藝流程是按照計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制流程設(shè)計(jì)的，所有控制閥均采用電磁閥或氣控閥，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)需要，可切換到手動(dòng)控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制面板上的按鈕試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)控制。

1)      增壓泵的啟動(dòng)和停止控制，分別有獨(dú)立的兩位三通電磁閥的通電和失電來(lái)實(shí)現(xiàn)；

2)      試驗(yàn)中向試件中加壓、保壓和泄壓的過(guò)程，分別由氣控閥來(lái)實(shí)現(xiàn)；

3)      分別增加了高壓?jiǎn)蜗蜷y和安全溢流閥，以保護(hù)各回路的壓力元件；

2.1.14試驗(yàn)流程

試驗(yàn)中，各泵和閥均可由自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)試驗(yàn)，自動(dòng)切換試驗(yàn)流程。

試驗(yàn)系統(tǒng)使用低壓氣動(dòng)增壓泵進(jìn)行灌注，高壓氣動(dòng)增壓泵進(jìn)行增壓。

a)        首先確認(rèn)設(shè)備的氣、電、液等連接無(wú)誤。

b)        接通低壓氣體，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣體的壓力到要求值。

c)        自動(dòng)控制試驗(yàn)時(shí)，可以設(shè)定多個(gè)不同的壓力試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，并可分別設(shè)定保壓時(shí)間；

d)       根據(jù)設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)首先自動(dòng)啟動(dòng)低壓氣動(dòng)泵進(jìn)行低壓灌注，當(dāng)注滿容腔后自動(dòng)關(guān)閉灌注泵，開(kāi)啟高壓氣動(dòng)泵，直至達(dá)到設(shè)定壓力值，自動(dòng)停止，自動(dòng)進(jìn)行保壓；

e)        達(dá)到保壓時(shí)間后再自動(dòng)進(jìn)入下一壓力級(jí)別的增壓。  

f)         試驗(yàn)過(guò)程灌注過(guò)程可采用兩種方案：一是只采用灌注泵進(jìn)行灌注，注滿后再啟動(dòng)高壓泵增壓；二是采用灌注泵和高壓泵共同灌注，注滿后關(guān)閉灌注泵，高壓泵繼續(xù)增壓。    

第三部分  主要組成及供貨設(shè)備

增壓系統(tǒng)主要由氣體過(guò)濾器、水過(guò)濾器、氣動(dòng)高壓泵、氣動(dòng)灌注泵、氣控高壓閥、高壓?jiǎn)瘟鏖y、高壓過(guò)濾器、減壓閥、手動(dòng)泄壓閥、二位二通電磁換向閥、壓力表、壓力傳感器、高壓鋼管、高壓軟管和PLC控制器等部分組成。

高壓元件采用進(jìn)口一流產(chǎn)品；

高壓氣動(dòng)泵采用進(jìn)口美國(guó)品牌HASKEL；

高壓氣控閥采用進(jìn)口美國(guó)品牌ATUOCLAVE/BUTECH；

高壓過(guò)濾器單向閥采用進(jìn)口美國(guó)品牌HIP/BUTECH；

高壓壓力表采用進(jìn)口德國(guó)品牌WIKA；

壓力傳感器采用美國(guó)品牌SENEX；

低壓管路系統(tǒng)采用進(jìn)口法國(guó)品牌LEGRIS；

高壓管路系統(tǒng)采用進(jìn)口美國(guó)國(guó)品牌HIP。

精密水過(guò)濾器

過(guò)濾精度20μm和5μm。

1)    過(guò)濾精度高、濾芯孔徑均勻；

2)    過(guò)濾阻力小，通量大、截污能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；

3)    強(qiáng)度大，耐高溫，濾芯不易變形；

4)    易于拆卸清洗，濾芯可更換。

機(jī)電控制系統(tǒng)

系統(tǒng)功能：機(jī)電控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件程序控制、完成各種機(jī)械和電控操作的部分，實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的運(yùn)行控制、參數(shù)測(cè)量和按照設(shè)定參數(shù)完成確定試驗(yàn)程序。完成的主要工作內(nèi)容為：壓力測(cè)量、閥門(mén)控制、緩沖卸壓控制、泵控操作、系統(tǒng)保護(hù)和電源供給等。

操作方式：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)試驗(yàn)控制、遠(yuǎn)程試驗(yàn)步進(jìn)控制、遠(yuǎn)程試驗(yàn)程序控制。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程工藝流程的切換、打壓、保壓等操作和控制。兩種控制方式容易方便的切換。對(duì)遠(yuǎn)程控制要求無(wú)延遲。在現(xiàn)場(chǎng)和控制室均具備系統(tǒng)緊急停止功能。

數(shù)據(jù)采集：采用遠(yuǎn)程數(shù)字壓力信號(hào)傳輸方式，用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)壓力的數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)處理：采用流程化顯示界面，顯示各點(diǎn)的壓力測(cè)量值。試驗(yàn)完成之后，實(shí)現(xiàn)方便的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線回放和報(bào)表打印功能。

1）高壓站設(shè)備的面板上，有手動(dòng)操縱的按鈕和顯示儀表。在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)控制和觀察非常方便；

2）操作界面，提供快速流程切換選項(xiàng)，能夠進(jìn)行“一鍵”流程切換；

3）“遠(yuǎn)程控制”和“現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)” 功能切換能夠在控制臺(tái)的面板上方便的進(jìn)行。

主要供貨設(shè)備

附件：布局參考圖 

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