模拟油田采油输油储油过程控制实训设备

摘要

本发明属于实训装置领域，具体涉及一种模拟油田采油输油储油过程控制实训设备，其特征在于包括底架单元，底架单元的上端面设有模拟提油机单元和模拟输送和储油单元，下端面设有模拟提油单元，模拟提油机单元与模拟提油单元连接，模拟提油单元和模拟输送和储油单元连接。本发明具有结构合理，教学效果高、效率高的优点。

说明书

技术领域

本发明属于实训装置领域，具体涉及一种模拟油田采油输油储油过程控制实训设备。

背景技术

传统的机电一体化和自动化控制技能人才培训存在重理论、轻实操的缺陷，学员在培训时，在学习理论知识后无法及时的进行实际的工业应用实训，教学效果差；虽然学员有时也可以得到一些实训的机会，但是目前的实训装置大多用简陋的指示灯模拟系统，其教学效果非常有限，这就造成目前机电一体化和自动化控制技能人才存在培训时间长、效果差的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟油田采油输油储油过程控制实训设备，其模拟油田中的提油机、采油和输油储油系统作为实训的载体，以接近工业级别的实训装置代替原有的指示灯实训系统，提高实训效果和效率。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种模拟油田采油输油储油过程控制实训设备，其特征在于包括底架单元，底架单元的上端面设有模拟提油机单元和模拟输送和储油单元，下端面设有模拟提油单元，模拟提油机单元与模拟提油单元连接，模拟提油单元和模拟输送和储油单元连接。

进一步的，本发明的底架单元内部设有控制模块，前侧设有控制面板，上端面设有型材底板。

底架单元的框架采用碳钢板折弯结构，表面喷塑处理，型材底板为铝型材底板，其采用欧标工业铝型材拼接加工，采用国标内六角平圆头螺钉连接，连接件隐藏在铝型材的内部，连接牢固美观，底架单元的框架底部安装带固定橡胶垫脚的福马轮，既可实现短距离运输，控制面板的面板采用铝合金表面拉丝面板，按钮包括各个单元的启动按钮、停止按钮、自动运行启动及停止按钮，急停按钮，按钮与控制模块之间直接连接；触摸屏选用西门子品牌，型号KTP700，触摸屏的面板可设定显示系统画面，触摸屏的面板可设定显示系统画面，可通过触摸屏控制各工位及整机动作及运行。

本发明的各单元的支架均采用欧标工业铝型材框架结构，采用压铸角铝和高强度螺栓连接，连接牢固可靠。

本发明可以与PLC模块(优选西门子S7-1500)或DCS模块(优选和利时K-CU01)连接，实现自动化控制。

进一步的，本发明的模拟提油机单元包括安装在型材底板上的立式的模拟提油机支架，模拟提油机支架的上端通过固定铰链和模拟游粱的中部连接，固定铰链上设有角度位移传感器，模拟游粱的前端设有模拟驴头，模拟驴头的下端通过钢丝绳与模拟悬绳器连接，模拟游粱的后端下方设有蜗轮蜗杆减速机和电机，两者通过电机减速机支架安装在型材底板上，蜗轮蜗杆减速机为双轴输出，其两侧的输出轴分别与摆动凸轮连接，两个摆动凸轮的外端与连杆的下端铰接，连杆的上端与横梁连接，横梁的中部与模拟游粱的后端通过活动铰链铰接。

本单元的角度位移传感器优选为德国诺沃泰克(novotechnik)公司生产的型号：RSC-2832-636-121-206的角度位移传感器。

本单元的模拟游粱、模拟驴头、模拟悬绳器其结构与实际油田用的装置相同，只是其比例缩小。

本单元实现动力的输出，为下一单元的模拟提油杆提供足够的动力实现模拟石油的开采；传动采用蜗轮蜗杆减速机，并通过变频器实现电机的速度控制；电机、蜗轮蜗杆减速机利用摆动凸轮将旋转运动转变为连杆、横梁的上下往复运动，使得安装在模拟提油机支架上的模拟游粱以及游粱前端的模拟驴头实现上下运动；模拟游粱的固定铰链部位安装一个单圈角度位移传感器，用来检测和反馈游粱的摆动幅度；模拟驴头下端安装模拟悬绳器，用于连接模拟驴头的钢丝绳和模拟提油杆，将模拟驴头的圆弧方向的上下移动转化为提油杆的上下直线运动。

进一步的，本发明的模拟提油单元包括模拟储油箱，其通过模拟储油箱支架安装在型材底板下方，模拟储油箱上设有中空的模拟提油管，模拟提油管的上端、下端分别设有上密封帽、下密封帽，上密封帽上设有模拟出水口，下密封帽上设有固定单向阀，模拟提油管的上密封帽上的模拟出水口位于型材底板的上端面，模拟提油管设有模拟提油杆，模拟提油杆的上端设有拉压力传感器和外配重块，下端穿过上密封帽进入模拟提油管内部，下端设有活塞和内配重块，活塞上设有活动单向阀，模拟提油杆与模拟悬绳器连接。

本单元的拉压力传感器型号优选为型号：HZC-T 0-200N，厂家：承映器昂。

进一步的，本发明的模拟储油箱的侧面分别设有水箱上限液位传感器和水箱下限液位传感器，模拟储油箱的底部一侧还设有手动排水阀门。

本单元的水箱上限液位传感器、水箱下限液位传感器的型号优选为CR12-8DN，厂家：CHQIGI/奇迹。

本单元的模拟储油箱储存水用于模拟储存于地下的石油，其采用高透明有机玻璃水箱加工，上部加装高透明有机玻璃盖板；水箱侧面安装两个外贴式液位传感器，用于检测水箱中的水的高低液位并将检测到的信号进行反馈。

本单元的模拟提油管用于实现模拟石油的提升过程，模拟提油杆上升时活动单向阀密封，固定单向阀打开，使得水进入模拟提油管中的下空腔，模拟提油杆在内配重块和外配重块的作用下实现向下移动，活动单向阀打开，固定单向阀密封，使得水进入模拟提油管中的上空腔，如此反复的移动，模拟提油管中将充满水，之后水从模拟出水口中流出，安装在模拟提油杆上端的拉压力传感器将检测每次动作的压力和拉力，并将检测信号反馈。

本单元模拟石油的现场开采过程，模拟提油管采用高透明的有机玻璃加工，可以将模拟提油杆以及活塞的整个动作过程展示出来。

进一步的，本发明的模拟输送和储油单元包括模拟储油罐，罐体顶部设有超声波液位传感器，底部设有排油口、罐体无线压力变送器和罐体无线温度变送器，罐体一侧设有进油口，另一侧设有手动排水阀，罐体内设有加热棒，进油口、排油口分别与进油管、排油管连接，进油管、排油管通过三通阀与模拟输油管道连接，所述进油管上设有进水电磁阀，排油管上设有排油电磁阀，模拟输油管道上设有输油管道电磁阀、管路无线压力变送器和管路无线温度变送器。

本单元中超声波液位传感器的型号优选为MIK-RP(0-1m输出4-20mA)，品牌：米科。

本单元中罐体和管道无线压力变送器的型号优选为NEPT02(0-100℃)，品牌：尼欧。

本单元中罐体和管道无线温度变送器的型号优选为NEPT03(0-0.1MPa)，品牌：尼欧。

本单元用于输送和存储模拟提油单元中提出的水，模拟输油管道采用pex快接管路，能够实现管路的快速连接和断开，便于在实训过程中的管路的连接和调整，模拟输油管道上安装管路无线压力变送器和管路无线温度变送器，通过无线信号进行数据的传输；

模拟储油罐采用高透明有机玻璃水箱加工，底部安装罐体无线压力变送器和罐体无线温度变送器，用于检测模拟储油罐内部压力和温度，并通过无线信号进行数据的传输；模拟储油罐顶部安装用一个超声波无线液位传感器，用来检测模拟储油罐内部的物料的液位，并将检测信号进行反馈。

进一步的，本发明的底架单元上还设有液晶数据显示单元。

液晶数据显示单元包括液晶显示器和显示器支架，液晶显示器与控制模块连接，可以显示各个单元反馈数据。

本发明具有结构合理，教学效果高、效率高的优点。本发明克服了传统的指示灯的教学模式，选用模拟提油机和储油设备作为实训载体，将机电一体化技术和过程控制技术有效的结合在一起，满足一套实训设备多种实训方案的要求，通过模拟提油机单元、模拟提油管单元、输送和储油单元实现整套的提油和储油过程，将现场的设备和工艺方案通过比例缩小后安装在实验室工作台上，将工业现场的工艺过程完全展示出来，同时将可编程序控制器技术、DSC控制技术，现场总线技术、气动实训技术、传感器技术、电气操作技术、人机界面技术和温度、流量、压力、液位等控制和检测技术有效的结合，所有的实训元件均采用也工业现场相同的工业级别的元器件，将实训设备和工业现场有效的结合在一起；本实训设备部分部件采用高透明有机玻璃加工制作，可以将工业现场的设备的内部结构有效的展示出来；本实训设备采用柔性化设计方案，学员可单独对每一个单元进行拆装与调试，然后将整个系统结合在一起进行编程的操作，达到教学与致用的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明模拟提油机单元的结构示意图；

图3为本发明模拟提油单元的立体结构示意图；

图4为本发明模拟提油单元的剖面结构示意图；

图5为本发明模拟输送和储油单元的立体结构示意图；

图6为本发明模拟输送和储油单元的另一角度的立体结构示意图。

如图中所示：1.底架单元；2.模拟提油机单元；2-1.电机减速机支架；2-2.电机；2-3.摆动凸轮；2-4.连杆；2-5.横梁；2-6.活动铰链；2-7.模拟游粱；2-8.固定铰链；2-9.模拟提油机支架；2-10.模拟驴头；2-11.钢丝绳；2-12.模拟悬绳器；2-13.角度位移传感器；2-14.蜗轮蜗杆减速机；3.模拟提油单元；3-1.模拟储油箱支架；3-2.模拟储油箱；3-3.水箱上限位；3-4.水箱下限位；3-5.手动排水阀门；3-6.模拟提油管；3-7.模拟提油杆；3-8.固定单向阀；3-9.活动单向阀；3-10.内配重块；3-11.外配重块；3-12.拉压力传感器；3-13.模拟出水口；3-14.上密封帽；3-15.下密封帽；3-16.活塞；4.模拟输送和储油单元；4-1.模拟输油管道；4-2.输油管道电磁阀；4-3.管路无线压力变送器；4-4.管路无线温度变送器；4-5.进水电磁阀；4-6.模拟储油罐；4-7.模拟储油罐支架；4-8.超声波液位传感器；4-9.罐体无线压力变送器；4-10.罐体无线温度变送器；4-11.排水电磁阀；4-12.加热棒；4-13.手动排水阀；4-14.进油管；4-15.排油管；4-16.三通阀；5.液晶数据显示单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示：底架单元1的前侧面设有控制面板1-1，上端面设有型材底板1-2，型材底板1-2的上端面设有模拟提油机单元2、模拟输送和储油单元4和液晶数据显示单元5，型材底板1-2下方设有模拟提油单元3，液晶数据显示单元5的液晶显示器通过支架安装在型材底板1-2的上方。

如图2所示：模拟提油机单元2的模拟提油机支架2-9的上端通过固定铰链2-8和模拟游粱2-7的中部连接，固定铰链2-8上设有角度位移传感器2-13，模拟游粱2-7的前端设有模拟驴头2-11，模拟驴头2-11的下端通过钢丝绳2-12与模拟悬绳器2-13连接，模拟游粱2-7的后端下方设有蜗轮蜗杆减速机2-13和电机2-2，两者通过电机减速机支架2-1安装在型材底板1-2上，蜗轮蜗杆减速机2-2为双轴输出，其两侧的输出轴分别与摆动凸轮2-3连接，两个摆动凸轮2-3的外端与连杆2-4的下端铰接，连杆2-4的上端与横梁2-5连接，横梁2-5的中部与模拟游粱2-7的后端通过活动铰链2-6铰接。

本单元实现动力的输出，为下一单元的模拟提油杆3-7提供足够的动力实现模拟石油的开采；电机2-2、蜗轮蜗杆减速机2-14利用摆动凸轮2-3将旋转运动转变为连杆2-4、横梁2-5的上下往复运动，使得安装在模拟提油机支架2-9上的模拟游粱2-7以及游粱前端的模拟驴头2-10实现上下运动；模拟游粱2-7的固定铰链2-8部位安装一个单圈角度位移传感器2-13，用来检测和反馈模拟游粱2-7的摆动幅度。

如图3、图4所示：模拟提油单元3的高透明的有机玻璃加工的模拟储油箱3-2模拟储油箱支架3-1安装在型材底板1-2下方，模拟储油箱3-2的侧面分别设有水箱上限液位传感器3-3和水箱下限液位传感器3-4，模拟储油箱3-2的底部一侧还设有手动排水阀门3-5。模拟储油箱3-2上设有中空的模拟提油管3-6，模拟提油管3-6的上端、下端分别设有上密封帽3-14、下密封帽3-15，上密封帽3-14上设有模拟出水口3-13，下密封帽3-15上设有固定单向阀3-8，模拟提油管3-6的上密封帽3-14上的模拟出水口3-13位于型材底板1-2的上端面，模拟提油管3-6设有模拟提油杆3-7，模拟提油杆3-7的上端设有拉压力传感器3-12和外配重块3-11，下端穿过上密封帽3-14进入模拟提油管3-6内部，下端设有活塞3-16和内配重块10，活塞3-16上设有活动单向阀3-9。

模拟提油机单元2的模拟驴头2-10下端安装模拟悬绳器2-12，用于连接模拟提油杆3-7，将模拟驴头2-10的圆弧方向的上下移动转化为模拟提油杆3-7的上下直线运动，模拟提油杆3-7上升时活动单向阀3-9密封，固定单向阀3-8打开，使得水进入模拟提油管3-6中的下空腔，模拟提油杆3-7在内配重块3-10和外配重块3-11的作用下实现向下移动，活动单向阀3-8打开，固定单向阀3-9密封，使得水进入模拟提油管3-6中的上空腔，如此反复的移动，模拟提油管3-6中将充满水，之后水从模拟出水口3-13中流出，安装在模拟提油杆3-7上端的拉压力传感器3-12将检测每次动作的压力和拉力，并将检测信号反馈。

模拟提油管3-6采用高透明的有机玻璃加工，可以将模拟提油杆3-7以及活塞3-16的整个动作过程展示出来。

如图5、图6所示：模拟输送和储油单元4包括模拟储油罐4-6，其通过模拟储油罐支架4-7安装在型材底板1-2上，罐体顶部设有超声波液位传感器4-8，底部设有排油口、罐体无线压力变送器4-9和罐体无线温度变送器4-10，罐体一侧设有进油口，另一侧设有手动排水阀4-13，罐体内设有加热棒4-12，进油口、排油口分别与进油管4-14、排油管4-15连接，进油管4-14、排油管4-15通过三通阀4-16与模拟输油管道4-1连接，所述进油管4-14上设有进水电磁阀4-5，排油管4-15上设有排油电磁阀4-11，模拟输油管道4-1上设有输油管道电磁阀4-2、管路无线压力变送器4-3和管路无线温度变送器4-4。

本单元的模拟输油管道4-1与模拟提油单元3的模拟出水口3-13连接，用于输送和存储模拟提油单元3中提出的水，模拟输油管道4-1采用pex快接管路，能够实现管路的快速连接和断开，便于在实训过程中的管路的连接和调整，通过输油管道电磁阀4-22控制管路的通断，管路无线压力变动器4-3进行管路压力的检测，并将信号通过无线传输反馈，管路无线温度变送器4-4进行管路温度的检测，并将信号通过无线传输反馈，模拟储油罐4-6通过进水电磁阀4-5控制水的流入，通过超声波液位传感器4-8进行罐体内部的液位的检测，罐体无线压力变动器4-9进行罐体压力的检测，并将信号通过无线传输反馈，罐体无线温度变送器4-10进行罐体温度的检测，并将信号通过无线传输反馈，排水电磁阀4-11根据程序的要求实现排水功能，加热棒4-12对罐体内部的水进行加热，实现温度的控制，手动排水阀4-13实现罐体内部的水的手动排放。

罐体无线压力变送器4-9和罐体无线温度变送器4-10用于检测模拟储油罐4-6内部压力和温度，并通过无线信号进行数据的传输；超声波无线液位传感器4-8，用来检测模拟储油罐4-6内部的物料的液位，并将检测信号进行反馈。

液晶数据显示单元5将整套设备的所有运行信息通过液晶显示器展现出来。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。