專利名稱：抽油機(jī)智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油田抽油機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，特別是一種抽油機(jī)智能控制器。
背景技術(shù)：
一般而言，活塞式抽油機(jī)普遍存在抽取能力大于油井實(shí)際負(fù)荷的問題。因此，常常發(fā)生的問題是抽空或空撈現(xiàn)象，使抽油機(jī)常常處于半負(fù)荷或輕負(fù)荷狀態(tài)，做無(wú)功運(yùn)行。面對(duì)這一問題，傳統(tǒng)的解決方法是使用定時(shí)器，令抽油機(jī)井間歇運(yùn)行。這種做法只能部分解決上述問題。為什么這么說呢？因?yàn)槌橛蜋C(jī)的運(yùn)行時(shí)間與停機(jī)時(shí)間是事先設(shè)置好，而不是根據(jù)油井的實(shí)際情況確定的，如果運(yùn)行時(shí)間定得過長(zhǎng)或停機(jī)時(shí)間定得過短，則仍然要出現(xiàn)抽空或空撈現(xiàn)象，如果如果運(yùn)行時(shí)間定得過短或停機(jī)時(shí)間定得過長(zhǎng)，則就要影響油井產(chǎn)量。要想完全解決這個(gè)問題，最好的方法是自動(dòng)跟蹤抽油機(jī)的負(fù)荷變化，自行判斷運(yùn)行與停機(jī)時(shí)間。
要自動(dòng)跟蹤抽油機(jī)的負(fù)荷變化，首先要測(cè)定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。到目前為止，用于抽油機(jī)上測(cè)定電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率的方法有兩種電流法和功率因數(shù)法。不論電流法還是功率因數(shù)法，它們都是間接而不是直接測(cè)定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。由于拖動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率很低，而且抽油機(jī)在1個(gè)沖程中還有負(fù)功和不變的無(wú)功功率，用電流法來(lái)判定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率是很難保證其準(zhǔn)確度的。功率因數(shù)反應(yīng)有功變化的相對(duì)值，在低負(fù)荷率的情況下，功率因數(shù)很低，變化率也不是很大，因此用功率因數(shù)法來(lái)判定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率雖然可行，但是其靈敏度和準(zhǔn)確度都不可能很高。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種能夠通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率來(lái)直接測(cè)定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，以便能夠確定抽油機(jī)是否應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行、或者以節(jié)能方式運(yùn)行、或者間抽運(yùn)行的抽油機(jī)智能控制器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下抽油機(jī)智能控制器，包括設(shè)置有DSP系統(tǒng)的中央處理板、人機(jī)對(duì)話板和開關(guān)電源，所述人機(jī)對(duì)話板與所述中央處理板以串行通訊的方式相連接，其特征在于所述中央處理板還設(shè)置有與所述DSP系統(tǒng)電連接的可實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)電流電壓的模擬量輸入回路，以及通過光電隔離裝置分別連接于所述DSP系統(tǒng)的開關(guān)量輸出回路和開關(guān)量輸入回路。
所述模擬量輸入回路設(shè)置有至少6個(gè)模擬量輸入變換器，其中至少3個(gè)交流電流變換器和至少3個(gè)交流電壓變換器，用于將電機(jī)的三相電壓和三相電流分別隔離變換為與所述DSP系統(tǒng)的模擬通道相適配的輸入信號(hào)。
所述開關(guān)量輸出回路包括3路開關(guān)量輸出，所述開關(guān)量輸入回路包括12路開關(guān)量輸入。
所述開關(guān)量輸出回路設(shè)置有達(dá)林頓管，用于放大從所述DSP系統(tǒng)的I/O口輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼電器的信號(hào)。
所述DSP系統(tǒng)采用TMS320LF2407A構(gòu)成DSP數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，采用表面貼安裝工藝和抗干擾的設(shè)計(jì)，采用X5043作看門狗和重要的參數(shù)保存，采用DS1302Z串行硬時(shí)鐘芯片和高性能電池以保證數(shù)據(jù)不丟失和時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。
所述中央處理板還設(shè)置有測(cè)頻回路，該測(cè)頻回路通過光電隔離裝置連接于所述DSP系統(tǒng)。
所述DSP系統(tǒng)設(shè)置有內(nèi)置算法程序的計(jì)算裝置，用于對(duì)實(shí)時(shí)采集到的電動(dòng)機(jī)的電流電壓輸入信號(hào)通過付氏算法計(jì)算出每周波的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，并根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出某一時(shí)間內(nèi)的平均數(shù)據(jù)，用以完成抽油機(jī)的電參數(shù)測(cè)量。
所述DSP系統(tǒng)沒置有內(nèi)置算法程序的自動(dòng)控制裝置，該自動(dòng)控制裝置連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的所述開關(guān)量輸出回路，用于確定三相全沖程平均有功功率的數(shù)值大小與抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
所述抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行模式為繼續(xù)運(yùn)行、節(jié)能運(yùn)行和間抽運(yùn)行。
所述人機(jī)對(duì)話板配有便捷的鍵盤和數(shù)碼管顯示。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下由于本實(shí)用新型抽油機(jī)智能控制器，通過可實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)電流電壓的模擬量輸入回路電連接于DSP系統(tǒng)，這就能夠通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率來(lái)直接測(cè)定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，然后通過DSP系統(tǒng)的開關(guān)量輸出回路和開關(guān)量輸入回路，以及以串行通訊的方式連接中央處理板的人機(jī)對(duì)話板，這就比現(xiàn)有技術(shù)中采用電流法或功率因數(shù)法等間接測(cè)定電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率的裝置更靈敏、也更準(zhǔn)確，便于有效確定抽油機(jī)是否應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行、或者以節(jié)能方式運(yùn)行、或者間抽運(yùn)行。
由于模擬量輸入回路設(shè)置有至少6個(gè)模擬量輸入變換器，其中至少3個(gè)交流電流變換器和至少3個(gè)交流電壓變換器，這就可以將電機(jī)的三相電壓和三相電流分別隔離變換為與DSP系統(tǒng)的模擬通道相適配的輸入信號(hào)，能夠同步實(shí)時(shí)采集三相電壓和三相電流的信號(hào)數(shù)據(jù)，有利于對(duì)抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的精確控制。
由于中央處理板還設(shè)置有測(cè)頻回路，該測(cè)頻回路通過光電隔離裝置連接于DSP系統(tǒng)，這就可以實(shí)時(shí)掌握頻率偏差。由于DSP系統(tǒng)設(shè)置有內(nèi)置算法程序的計(jì)算裝置，能夠?qū)?shí)時(shí)采集到的電動(dòng)機(jī)的電流電壓輸入信號(hào)通過付氏算法計(jì)算出每周波的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，并根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出某一時(shí)間內(nèi)的平均數(shù)據(jù)，用以完成抽油機(jī)的電參數(shù)測(cè)量。由于DSP系統(tǒng)設(shè)置有內(nèi)置算法程序的自動(dòng)控制裝置，該自動(dòng)控制裝置連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的所述開關(guān)量輸出回路，能夠確定三相全沖程平均有功功率的數(shù)值大小與抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)精確控制，使得電機(jī)的運(yùn)行模式即繼續(xù)運(yùn)行、節(jié)能運(yùn)行和間抽運(yùn)行能夠自動(dòng)適用油井供液能力的變化，避免發(fā)生抽油機(jī)運(yùn)行過程中的抽空或空撈現(xiàn)象。
由于人機(jī)對(duì)話板配有便捷的鍵盤和數(shù)碼管顯示，為用戶提供了操作界面；該板與中央處理板以串行通訊的方式相連接，接收主系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)、開關(guān)量數(shù)據(jù)及各種故障告警信息供用戶瀏覽，同時(shí)用戶還可以調(diào)整系統(tǒng)開入量的去抖時(shí)間、修改PT和CT的變比、設(shè)置裝置的通訊地址、傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)、整定定值、整定系統(tǒng)的時(shí)間等，增加了系統(tǒng)使用的靈活性。


圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的開關(guān)量輸出回路原理圖；圖3為本實(shí)用新型的模擬量輸入回路原理圖。
圖中標(biāo)記列示如下101-人機(jī)對(duì)話板；102-DSP系統(tǒng)；103-看門狗；104-復(fù)位；105-串行EEPROM；106-光電隔離裝置；107-開關(guān)量輸入回路；108-開關(guān)量輸出回路；109-光電隔離裝置；110-時(shí)鐘；111-光電隔離裝置；112-測(cè)頻回路；113-模擬量輸入回路；114-繼電器；115-隔離變壓器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型抽油機(jī)智能控制器由三部分構(gòu)成，包括中央處理板、MMI板即人機(jī)對(duì)話板101和開關(guān)電源，其中中央處理板設(shè)置有DSP系統(tǒng)102，人機(jī)對(duì)話板101與中央處理板的DSP系統(tǒng)102以串行通訊的方式相連接，可實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)電流電壓的模擬量輸入回路113，即模擬通道0至模擬通道10，與DSP系統(tǒng)102電連接；開關(guān)量輸出回路108和開關(guān)量輸入回路107分別通過光電隔離109和106與DSP系統(tǒng)102連接。模擬量輸入回路113設(shè)置有6個(gè)模擬量輸入變換器，其中3個(gè)交流電流變換器和3個(gè)交流電壓變換器，用于將電機(jī)的三相電壓和三相電流分別隔離變換為小電壓信號(hào)，隔離后的小電壓信號(hào)通過LM6144運(yùn)放調(diào)理為0-3伏的脈動(dòng)交流信號(hào)輸入到DSP系統(tǒng)102的A/D回路，模擬量輸入回路113的電路原理如圖3所示，圖中115為隔離變壓器。
開關(guān)量輸出回路108的電路原理如圖2所示，由DSP系統(tǒng)102的I/O口輸出的信號(hào)通過光電隔離并經(jīng)達(dá)林頓管放大驅(qū)動(dòng)24伏的繼電器114，三個(gè)繼電器的觸點(diǎn)分別用以啟動(dòng)抽油機(jī)的電機(jī)、使抽油機(jī)星接運(yùn)行、角接運(yùn)行、停止運(yùn)行、繼續(xù)運(yùn)行或間抽運(yùn)行。
DSP系統(tǒng)由TMS320LF2407A構(gòu)成DSP數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，采用表面貼安裝工藝和抗干擾的設(shè)計(jì)；采用了X5043作看門狗103、復(fù)位104和串行EEPROM105作重要的參數(shù)保存；采用DS1302Z串行硬時(shí)鐘芯片和高性能電池以保證數(shù)據(jù)不丟失和時(shí)鐘110的準(zhǔn)確性，TMS320LF2407A內(nèi)部有16個(gè)10位的A/D轉(zhuǎn)換器、32K Words FLASH、2.5K Words RAM、SPI、SCI、CAN、PWM等。
中央處理板還設(shè)置有測(cè)頻回路112，該測(cè)頻回路112通過光電隔離裝置111連接于所述DSP系統(tǒng)102。人機(jī)對(duì)話板101配有便捷的鍵盤和數(shù)碼管顯示。DSP系統(tǒng)102設(shè)置有內(nèi)置算法程序的計(jì)算裝置和內(nèi)置算法程序的自動(dòng)控制裝置。
以上所述，僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，基于本實(shí)用新型同樣的發(fā)明創(chuàng)造原理，還可以做出若干變型和改進(jìn)，以及本技術(shù)方案在其他相似領(lǐng)域的應(yīng)用，但這些均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.抽油機(jī)智能控制器，包括設(shè)置有DSP系統(tǒng)的中央處理板、人機(jī)對(duì)話板和開關(guān)電源，所述人機(jī)對(duì)話板與所述中央處理板以串行通訊的方式相連接，其特征在于所述中央處理板還設(shè)置有與所述DSP系統(tǒng)電連接的可實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)電流電壓的模擬量輸入回路，以及通過光電隔離裝置分別連接于所述DSP系統(tǒng)的開關(guān)量輸出回路和開關(guān)量輸入回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述模擬量輸入回路設(shè)置有至少6個(gè)模擬量輸入變換器，其中至少3個(gè)交流電流變換器和至少3個(gè)交流電壓變換器，用于將電機(jī)的三相電壓和三相電流分別隔離變換為與所述DSP系統(tǒng)的模擬通道相適配的輸入信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述開關(guān)量輸出回路包括3路開關(guān)量輸出，所述開關(guān)量輸入回路包括12路開關(guān)量輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述開關(guān)量輸出回路設(shè)置有達(dá)林頓管，用于放大從所述DSP系統(tǒng)的I/O口輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼電器的信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述DSP系統(tǒng)采用TMS320LF2407A構(gòu)成DSP數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，采用表面貼安裝工藝和抗干擾的設(shè)計(jì)，采用X5043作看門狗和重要的參數(shù)保存，采用DS1302Z串行硬時(shí)鐘芯片和高性能電池以保證數(shù)據(jù)不丟失和時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述中央處理板還設(shè)置有測(cè)頻回路，該測(cè)頻回路通過光電隔離裝置連接于所述DSP系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述DSP系統(tǒng)設(shè)置有內(nèi)置算法程序的計(jì)算裝置，用于對(duì)實(shí)時(shí)采集到的電動(dòng)機(jī)的電流電壓輸入信號(hào)通過付氏算法計(jì)算出每周波的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，并根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出某一時(shí)間內(nèi)的平均數(shù)據(jù)，用以完成抽油機(jī)的電參數(shù)測(cè)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述DSP系統(tǒng)設(shè)置有內(nèi)置算法程序的自動(dòng)控制裝置，該自動(dòng)控制裝置連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的所述開關(guān)量輸出回路，用于確定三相全沖程平均有功功率的數(shù)值大小與抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行模式為繼續(xù)運(yùn)行、星接運(yùn)行、角接運(yùn)行和間抽運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的抽油機(jī)智能控制器，其特征在于所述人機(jī)對(duì)話板配有便捷的鍵盤和數(shù)碼管顯示。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種能夠通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率來(lái)直接測(cè)定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，以便能夠確定抽油機(jī)是否應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行、或者以節(jié)能方式運(yùn)行、或者間抽運(yùn)行的抽油機(jī)智能控制器，包括設(shè)置有DSP系統(tǒng)的中央處理板、人機(jī)對(duì)話板和開關(guān)電源，所述人機(jī)對(duì)話板與所述中央處理板以串行通訊的方式相連接，其特征在于所述中央處理板還設(shè)置有與所述DSP系統(tǒng)電連接的可實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)電流電壓的模擬量輸入回路，以及通過光電隔離裝置分別連接于所述DSP系統(tǒng)的開關(guān)量輸出回路和開關(guān)量輸入回路。
文檔編號(hào)F24C15/20GK2660352SQ0320885
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者李春久 申請(qǐng)人:北京美蘭尼爾電子技術(shù)有限公司