构造变形与烃类充注实验装置计算机控制系统研究与设计

摘要

构造变形下的烃类充注物理模拟实验是探究地质构造特征、形成和演化机制的重要方法,对油气田勘探开发具有重要意义。课题以断层封闭性和构造地质学理论为指导,以机械设计加工及信息控制为手段,在“十一五”使用效果的基础上,从功能性、实用性方面进一步完善了“十一五”研制的构造变形与烃类充注效率模拟相结合的成套实验装置,开发了自动化水平较高的计算机控制系统。
　　 构造变形模拟实验装置为机电一体化实验设备,论文在课题组前期结构设计的基础上,从变形模拟实验需求出发,进行了电气控制系统的设计和完善。针对电气控制柜固定,操作不方便,设计了基于PLC和触摸屏的便携式移动操作台,实现了信息可靠的上传下达。建立了基于“二级位置保护、双重扭矩限制、异常故障报警”的多重安全保护机制,完善了单元加载PLC控制软件,提高了设备的运行可靠性。同时对通讯可靠性进行了系统优化和整合,提升了电气控制系统的控制效率。根据构造变形装置运动控制系统分层分布式结构特点,确定了构造变形上位总控计算机系统的设计方案和功能,研发了基于模块化的计算机总控系统,采用面向对象的程序设计方法进行了软件设计,通过ADO数据库访问技术实现了实验信息的有效管理,利用FaconServer实现了总控计算机与主控PLC的信息交互。
　　 根据烃类充注模拟实验温度恒定可调、流体注入过程不问断,注入速度、压力及流量稳定可控的要求,确定了由抽真空、充注、补液、温控、模型及油水计量等系统组成烃类充注实验流程,建立了分层分级的控制架构。开发了恒速恒压泵控制系统,实现了恒压与恒流模式切换,充注流量范围为0.01ml/min～25ml/min,压力控制精度可达0.01MPa。完成了基于PID算法的恒温箱温度控制系统设计,控制精度为士1℃。开发了交互性好的烃类充注上位机软件系统,实现了充注流程的自动控制和实验数据的存储与管理。
　　 课题研制的构造变形与烃类充注计算机控制系统经过近一年的实际运行测试表明,能够实现对单一断层及复杂组合断裂结构的模拟,并完成在水饱和条件下的模型有效烃类充注。实践证明,采用的控制方案及控制算法先进,系统运行稳定可靠,安全性高。