專利名稱：抽油機間抽與功率切換控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電機運行控制裝置，尤其是一種使抽油機節(jié)能與安全運行的抽油機間抽與功率切換控制裝置。
針對上述兩方面問題，常用的方法也分為兩類一是采用Δ/Y自動切換技術(shù)使電動機輸出功率與實際需求近似匹配；二是通過對油井供液狀態(tài)進行監(jiān)測實現(xiàn)抽油機的自動間抽控制。這些方法雖然可在一定程度上緩解上述矛盾，但仍存在較大問題。
對于前者，目前Δ/Y接線切換技術(shù)大都只能單向進行，即電機起動時采用Δ形接法，啟動后改為Y形接法并一直維持在這一狀態(tài)。實踐證明，這種做法存在很大的安全隱患，抽油機運行過程中常常出現(xiàn)卡泵，結(jié)蠟，管線封凍等故障，此時電機負載將急劇增大，以至于超出Y形接法的負荷范圍。若不及時調(diào)整，電機將因功率超載而被燒毀。
對于后者，目前雖然有各種供液狀態(tài)監(jiān)測方法，如直接監(jiān)測井下環(huán)空液面的高度，實時分析反映抽油機功耗狀態(tài)的示功圖，監(jiān)測井口輸油管處的油液流量，監(jiān)測電機回路的電參數(shù)等等。實踐表明，這些監(jiān)測方法都存在測試準確度差，難以達到實用化程度的共同問題，因而目前最為行之有效的辦法仍是根據(jù)油田地質(zhì)部門提供的采油作業(yè)周期進行人工間抽控制。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種抽油機間抽與功率切換控制裝置，它包括功率變送器、單片機控制器、A/D轉(zhuǎn)換電路和開關(guān)量輸出電路；其中，功率變送器接電機的主回路，具體地接電機的電源空氣開關(guān)與接觸器回路中間。將電機的輸出功率轉(zhuǎn)換成電流信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送至控制裝置的單片機控制器，單片機口線接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，單片機輸出通過開關(guān)輸出量通過繼電器直接控制抽油機電控箱的交流接觸器。單片機輸入端接輕觸式按鍵和顯示器。
所述的控制裝置通過串行E2PROM芯片擴充外部數(shù)據(jù)存儲器，用于人工設(shè)定參數(shù)的掉電保存。
本實用新型包括可以測量抽油機電機功耗的功率變送器、基于單片機的主控儀表。功率變送器接入到抽油機電控箱中的電機回路中。當抽油機工作時，可以測出電機實時功率信號。該信號送入主控儀表后，經(jīng)過單片機的特殊分析運算產(chǎn)生相應控制信號。該信號再經(jīng)過輸出電路對抽油機電路中的接觸器進行控制，使電機在Δ形運行、Y形運行、超載停機或定時停機四種狀態(tài)間進行自動選擇，從而實現(xiàn)對抽油機的功率切換和間抽控制。
本實用新型的特點是電機起動時能自動采取Δ方式以適應帶載起動的要求，啟動后可根據(jù)電機負載情況和間抽要求在Δ形運行、Y形運行、過載停機或間抽停機四個狀態(tài)之間自動選擇，從而保證了抽油機的節(jié)能與安全運行，克服了存在Δ/Y形切換的單向性和一般間抽控制難以為現(xiàn)場接受的現(xiàn)狀。
圖2是本實用新型的雙向切換控制流程圖。
圖3是本實用新型的定時間抽控制流程圖。
圖4是本實用新型的硬件系統(tǒng)方框圖。
圖5是本實用新型主控儀表輸出繼電器與交流接觸器的主回路電氣連接圖。
典型的抽油機電機負載功率如


圖1所示，圖中A-B為上沖程段，B-C為下沖程段，上下沖程中都出現(xiàn)一個功率峰值。實踐表明，當抽油過程中因故障造成電機負荷增大時，將出現(xiàn)功率曲線的整體或局部上移。為此，采用功率變送器對電機功耗進行實時測量，通過微處理器進行數(shù)據(jù)分析，找到每一沖程中對應的最大功率峰值Pmax，將該值與臨界控制值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果決定應采取的接線方式，從而可使電機輸出功率自動與抽油機負載變化相適應。
功率峰值Pmax與應采取的接線方式可由以下關(guān)系決定Y方式 Pmax＜PΔΔ方式 PC＞Pmax≥PY停機報警Pmax≥PC式中PΔ，PY和PC分別代表Δ向Y切換的臨界值，Y向Δ切換的臨界值以及停機報警的臨界值。
本實用新型的整個裝置由功率變送器，單片機系統(tǒng)，A/D和開關(guān)量輸出電路組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。功率變送器將當前電機的輸出功率轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。采用MCS-80C52單片機作為控制系統(tǒng)核心，其內(nèi)含的8KE2PROM程序存儲器和256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器大大簡化了外圍電路。采用串行E2PROM芯片擴充外部數(shù)據(jù)存儲器用于人工設(shè)定參數(shù)的掉電保存。開關(guān)輸出量通過3路儀表繼電器J1-J3直接控制抽油機電控箱的3只交流接觸器C1-C3(電路連接參見圖5)，人機界面由5只輕觸式按鍵和4位LED顯示器組成，以供進行設(shè)定和顯示。
Δ/Y雙向切換控制的程序流程如圖2所示。儀器上電并經(jīng)過初始化和參數(shù)設(shè)置后，先以Δ形接法啟動電機，此后，在軟件的控制下開始功率信號的采樣和數(shù)據(jù)分析。若判斷電極為超載狀態(tài)(Pmax≥PC)則立即終止電機運行，顯示故障信息，等待人工排除故障；若判斷電極為欠載運行狀態(tài)(Pmax≤Py)，則還需要進一步判斷電機負載是否滿足Pmax＜PΔ，若滿足則將電機切換至Y形接法，否則繼續(xù)保持Δ形接法。如此循環(huán)進行便實現(xiàn)了電機的Δ/Y雙向自動切換和過載保護。為避免因功耗信號的偶然增大或減小引起接觸器的頻繁切換，系統(tǒng)在發(fā)出切換指令前需要對數(shù)據(jù)進行多次核實。
為實現(xiàn)間抽控制，需要設(shè)置開機周期TS和停機周期TE兩個參數(shù)，并按照圖3所示的控制流程進行工作。具體過程為，開機后首先檢查停機周期參數(shù)TE是否為零。若該值為零，說明無需考慮間抽控制，因而只需完全按照圖2的程序流程進行控制。反之，若TE值不為零，說明需要考慮間抽控制，因而開機后要實時檢查是否已到達開機周期TS規(guī)定的運行時間。若沒有到達TS時間，電機繼續(xù)運行。若已到TS時間，則立即中止電機運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)入停機等待狀態(tài)，并在停機后實時監(jiān)測停機周期TE規(guī)定的等待時間，直至時間到后自動開機。
權(quán)利要求1.一種抽油機間抽與功率切換控制裝置，其特征在于它包括功率變送器、單片機控制器、A/D轉(zhuǎn)換電路和開關(guān)量輸出電路；其中，功率變送器接電機的主回路，將電機的輸出功率轉(zhuǎn)換成電流信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送至控制裝置的單片機控制器，單片機口線接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，單片機輸出通過開關(guān)輸出量通過繼電器直接控制抽油機電控箱的交流接觸器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機間抽與功率切換控制裝置，其特征在于所述的控制裝置接用于人工設(shè)定參數(shù)的掉電保存的串行E2PROM芯片擴充外部數(shù)據(jù)存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機間抽與功率切換控制裝置，其特征在于所述的單片機輸入端接輕觸式按鍵和顯示器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機間抽與功率切換控制裝置，其特征在于所述的功率變送器接電機的電源空氣開關(guān)與接觸器回路中間。
專利摘要一種抽油機間抽與功率切換控制裝置，它包括功率變送器、單片機控制器、A/D轉(zhuǎn)換電路和開關(guān)量輸出電路。功率變送器接電機的主回路，具體地接電機的電源空氣開關(guān)與接觸器回路中間。將電機的輸出功率轉(zhuǎn)換成電流信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送至控制裝置的單片機控制器，單片機口線接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，單片機輸出通過開關(guān)輸出量通過繼電器直接控制抽油機電控箱的交流接觸器。單片機輸入端接輕觸式按鍵和顯示器。本實用新型將Δ/Y雙向切換與定時間抽控制功能合為一體，實現(xiàn)Δ/Y雙向自動切換和具有定時間抽功能的智能控制，使得抽油機可以在更加節(jié)能與安全的狀態(tài)下運行。
文檔編號E21B43/12GK2558767SQ0127478
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者林立, 邢兆棟, 張宏 申請人:石油大學(北京)