專利名稱：油田控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田控制系統(tǒng)，具體涉及一種網(wǎng)絡(luò)化的油田控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
油田的信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)意義重大，其不僅關(guān)系油田的安全生產(chǎn)，而且能使經(jīng) 營(yíng) 者直觀地了解地下生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來動(dòng)態(tài)變化以便及時(shí)采取措施提高產(chǎn)量和進(jìn) 行有效的油田管理。1998年美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅臄?shù)字地球概念中涉及了數(shù)字油田的概念，這一概 念迅速得到BP、殼牌、斯倫貝謝、雪佛龍、挪威Hydro等全球的石油公司、技術(shù)服務(wù)公司以及 能源咨詢服務(wù)公司的廣泛關(guān)注，并引發(fā)了對(duì)數(shù)字油田技術(shù)研究熱潮的興起。數(shù)字油田已經(jīng) 成為石油企業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)以數(shù)字油田為內(nèi)容的油田信息化建設(shè)也再次急劇升溫。 縱觀國(guó)內(nèi)外數(shù)字油田的建設(shè)，不管從技術(shù)還是管理的層面上看，都還存在不少難題，尤其是 業(yè)務(wù)流程革新、多元異構(gòu)數(shù)據(jù)整合以及專業(yè)技術(shù)軟件的開發(fā)將在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)困擾數(shù) 字油田的發(fā)展。而油氣工業(yè)的各種工作流程和不同領(lǐng)域活動(dòng)所采用的技術(shù)與地下油藏、油 井生產(chǎn)監(jiān)控和地面控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流整合在一起更是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。油田控制中涉及眾多因素或參數(shù)的控制，例如壓力、溫度、潛油電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 等。對(duì)這些因素或參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制也是油田控制系統(tǒng)中重要的一環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種油田控制系統(tǒng)，可 以監(jiān)測(cè)油田中每一口油井的井下情況，并可以實(shí)時(shí)控制。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種油田控制系統(tǒng)，包括中心控制站和分別 與其相通信的多個(gè)井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)，每一井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)與其 所在井內(nèi)的采油模塊相連接，在根據(jù)從中心控制站或該子系統(tǒng)的人機(jī)交互界面接收的指令 和控制參數(shù)、控制采油模塊工作的同時(shí)，將該井內(nèi)的情況發(fā)送給中心控制站。優(yōu)選地，每一所述井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)包括位于地面上的地面控制模塊 和電源模塊和位于井下的伺服電機(jī)、電機(jī)控制模塊和傳感器；地面控制模塊分別與所述中 心控制站和所述電機(jī)控制模塊通信，用于將用戶指令和設(shè)定的參數(shù)從所述地面控制模塊和 所述中心控制站發(fā)送給所述電機(jī)控制模塊；或者將從所述電機(jī)控制模塊接收的信息發(fā)送給 所述中心控制站；電源模塊將地面上的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸入到井下的電機(jī)控制模 塊；電機(jī)控制模塊接收所述地面控制模塊發(fā)送來的指令和參數(shù)及傳感器發(fā)送來代表電機(jī)運(yùn) 行的信息，控制伺服電機(jī)工作，并將所述傳感器感測(cè)的進(jìn)下信息發(fā)送給所述地面控制模塊。優(yōu)選地，地面控制模塊包括地面處理單元、地面通信單元和人機(jī)交互界面；人機(jī)交 互界面用于提供用戶設(shè)定指令和參數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)顯示；地面通信單元用于與中心控制站 和井下電機(jī)控制模塊通信。優(yōu)選地，地面控制模塊還包括電源檢測(cè)單元，電源檢測(cè)單元用于檢測(cè)所述電源模塊是否正常，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給所述地面處理單元。優(yōu)選地，電機(jī)控制模塊包括井下處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和井下通信單元；井下通 信單元與地面通信單元相連接，用于接收地面通信單元發(fā)送的指令和參數(shù)并傳遞給井下處 理單元；井下處理單元接收傳感器發(fā)送來的關(guān)于電機(jī)運(yùn)行的信息，根據(jù)用戶的指令和設(shè)定 的參數(shù)及傳感器發(fā)送來的信息，生成相應(yīng)的控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元；電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù) 該控制信號(hào)，將直流電轉(zhuǎn)換成三相電驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)運(yùn)行。優(yōu)選地，傳感器包括采集電機(jī)軸位置信息的位置檢測(cè)裝置。優(yōu)選地，傳感器包括壓力傳感器和/或溫度傳感器。優(yōu)選地，位置檢測(cè)裝置為光電式傳感器或磁電式傳感器。優(yōu)選地，磁電式傳感器包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼；傳感器本體 包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件；導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上，由兩段或多段同半 徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙；磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)；磁鋼環(huán)設(shè)置在不 銹鋼罩的內(nèi)腔中，固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng) 磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并 將該電壓信號(hào)傳輸給相應(yīng)的伺服控制器。優(yōu)選地，磁電式傳感器包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼；傳感器本體 包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分 別固定在轉(zhuǎn)軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對(duì)磁極，并 且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為N，其磁序按照特定磁序算法確定； 在不銹鋼罩上，對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m為2 或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心 為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2…n)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；不銹鋼罩外 部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn) 變?yōu)殡妷盒盘?hào)，并將該電壓信號(hào)輸出給信號(hào)處理裝置。優(yōu)選地，對(duì)應(yīng)于所述的第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為360° /
N0優(yōu)選地，對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時(shí)，每 相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° /N，當(dāng)m為3時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾 角為120° /N;當(dāng)m為6時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /N。優(yōu)選地，磁電式傳感器包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器本體 包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分 別固定在電機(jī)軸上，設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中，對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為 圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 1，2…n)個(gè)均勻分布的磁感應(yīng)元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極 磁化順序使得n個(gè)磁感應(yīng)元件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個(gè)輸出只有一位變化；在不銹鋼 罩上，對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有m(m為2或3的 整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對(duì)數(shù)與第二磁鋼環(huán)的 磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定； 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，并將該電壓信號(hào) 輸出給信號(hào)處理裝置。
優(yōu)選地，在定子上對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2 或4時(shí)，該夾角為90° /g;當(dāng)m為3時(shí)，該夾角為120° /g ；當(dāng)m為6時(shí)，該夾角為60° /g， 其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。可選地，磁電式傳感器還包括一種信號(hào)處理電路，所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn) 換模塊、合成模塊、角度獲取模塊、存儲(chǔ)模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)位置檢測(cè)裝置中磁感應(yīng)元件 發(fā)送來的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；合成模塊對(duì)位置檢測(cè)裝置 發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行取舍，得到基準(zhǔn)信號(hào)D ；角度獲取模塊根據(jù)該基 準(zhǔn)信號(hào)D，在角度存儲(chǔ)表中選擇與其相對(duì)的角度作為偏移角度0 ；存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)處理 過程中的數(shù)據(jù)和角度存儲(chǔ)表。可選地，磁電式傳感器還包括一種信號(hào)處理電路，所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn) 換模塊、相對(duì)偏移角度0工計(jì)算模塊、絕對(duì)偏移量02計(jì)算模塊、角度合成及輸出模塊、存儲(chǔ) 模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)位置檢測(cè)裝置發(fā)送來的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)；相對(duì)偏移角度9工計(jì)算模塊用于計(jì)算位置檢測(cè)裝置中對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng) 元件發(fā)送來的第一電壓信號(hào)在所處信號(hào)周期內(nèi)的相對(duì)偏移量e工；絕對(duì)偏移量92計(jì)算模塊 根據(jù)位置檢測(cè)裝置中對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號(hào)，通過計(jì)算來 確定第一電壓信號(hào)所處的信號(hào)周期首位置的絕對(duì)偏移量0 2 ；角度合成及輸出模塊用于將 上述相對(duì)偏移量和絕對(duì)偏移量e2相加，合成所述第一電壓信號(hào)所代表的在該時(shí)刻的旋 轉(zhuǎn)角度e ；存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)處理過程中的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，信號(hào)處理電路還包括信號(hào)放大模塊，用于在A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之 前，對(duì)來自于位置檢測(cè)裝置的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。優(yōu)選地，相對(duì)偏移角度e i計(jì)算模塊包括合成單元和第一角度獲取單元，所述合成 單元對(duì)位置檢測(cè)裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行取舍，得到一基準(zhǔn)信號(hào)D ； 所述第一角度獲取單元根據(jù)該基準(zhǔn)信號(hào)D，在第一角度存儲(chǔ)表中選擇一與其相對(duì)的角度作 為偏移角度、。優(yōu)選地，相對(duì)偏移角度e i計(jì)算模塊還包括溫度補(bǔ)償單元，用于消除溫度對(duì)位置檢 測(cè)裝置發(fā)送來的電壓信號(hào)的影響。優(yōu)選地，相對(duì)偏移角度e ！計(jì)算模塊還包括一系數(shù)矯正單元，其根據(jù)合成單元的輸 出進(jìn)行運(yùn)算，得到一輸出信號(hào)K。優(yōu)選地，溫度補(bǔ)償單元包括多個(gè)乘法器，每一所述乘法器將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的、位置 檢測(cè)裝置發(fā)送來的一個(gè)電壓信號(hào)與所述系數(shù)矯正單元輸出的信號(hào)K相乘，將相乘后的結(jié)果 輸出給合成單元。優(yōu)選地，絕對(duì)偏移量0 2計(jì)算模塊包括合成器和第二角度獲取單元，所述合成器 用于對(duì)對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的位置檢測(cè)裝置發(fā)送來的第二電壓信號(hào)進(jìn)行譯碼，得到一信號(hào)E ； 所述第二角度獲取單元根據(jù)該信號(hào)E在第二角度存儲(chǔ)表中選擇一與其相對(duì)的角度作為第 一電壓信號(hào)所處的信號(hào)周期首位置的絕對(duì)偏移量e2。優(yōu)選地，井下處理單元包括電機(jī)控制子單元和信號(hào)處理子單元，信號(hào)處理子單元 接收所述位置檢測(cè)裝置發(fā)送來的信息，并將該信息處理成電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。優(yōu)選地，電機(jī)控制子單元包括包括壓力環(huán)控制子單元、機(jī)械環(huán)控制子單元、電流環(huán) 控制子單元和PWM控制信號(hào)產(chǎn)生子單元；壓力環(huán)控制子單元接收壓力傳感器感測(cè)的壓力信息，將與接收的壓力指令進(jìn)行運(yùn)算得到角度指令，并輸出給所述的機(jī)械環(huán)控制子單元；機(jī)械 環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號(hào)和/或壓力環(huán)控制子單元輸出的角度指令及位置檢 測(cè)裝置輸出的電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)角度，經(jīng)過運(yùn)算得到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子 單元；電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令和電流傳感器輸出的電流信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算 得到三相電壓的占空比控制信號(hào)，并輸出給所述的PWM控制信號(hào)產(chǎn)生子單元；PWM控制信 號(hào)產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號(hào)，生成具有一定順序的六路PWM信 號(hào)，分別作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。優(yōu)選地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元為IPM模塊。優(yōu)選地，伺服電機(jī)為永磁同步伺服電機(jī)。優(yōu)選地，每一所述井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)通過有線或無線的方式與中心控
制站通信。優(yōu)選地，在中心控制站或地面處理單元或電機(jī)控制模塊包括井內(nèi)數(shù)據(jù)處理子單 元，用于對(duì)壓力傳感器或/和溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得知井下液面的深度或/ 和井內(nèi)的溫度。根據(jù)本發(fā)明的油田控制系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)井下潛油伺服拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以 便于運(yùn)營(yíng)者進(jìn)行合理的控制，有助于提高生產(chǎn)效率，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。


圖1A和圖1B是本發(fā)明的油田控制系統(tǒng)的總體框圖，圖1A中采用有線通訊方式， 圖1B中采用無線通訊方式；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中油田拖動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是油田控制系統(tǒng)的控制原理圖；圖4是井下控制器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有兩個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有兩個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有三個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有三個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有四個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有四個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有六個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有六個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖13A-圖13D是導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計(jì)的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置方案的關(guān)鍵部件的分解立體 圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置方案的安裝示意圖；圖16是第二實(shí)施例中的與第一磁鋼環(huán)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)磁感應(yīng)元件的布置示意圖；圖17是第二實(shí)施例中的第一磁鋼環(huán)均勻磁化為六對(duì)極時(shí)磁感應(yīng)元件的布置示意 圖；圖18是第二實(shí)施例中的第二磁鋼環(huán)所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)元件個(gè)數(shù)為三個(gè)時(shí)所得到的 編碼；圖19是第二實(shí)施例中的第二磁鋼環(huán)的充磁順序；圖20是第二實(shí)施例中的第二磁鋼環(huán)所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)元件布置示意圖；圖21是第二實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的一個(gè)信號(hào)處理裝置的框圖；圖22是磁感應(yīng)元件采用表貼式安裝的位置檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖23是根據(jù)第三實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的分解立體圖；圖24是確定磁鋼環(huán)303的磁序的算法流程圖；圖25是由圖24得到的磁鋼環(huán)的充磁結(jié)構(gòu)圖以及磁感應(yīng)元件的排布順序的一個(gè)示 例；圖26是根據(jù)第三實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的信號(hào)處理裝置的框圖；圖27是壓力環(huán)控制子單元的控制框圖；圖28是機(jī)械環(huán)控制子單元的控制框圖；圖29是電流環(huán)控制子單元的控制框圖；圖30是PWM控制信號(hào)產(chǎn)生子單元的控制框圖；圖31是圖2中的潛油伺服系統(tǒng)7的細(xì)節(jié)圖；以及圖32是電機(jī)控制模塊和傳感器部分的走線圖。
具體實(shí)施例方式一個(gè)中心控制站控制多個(gè)潛油抽油系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。中心控制站與潛油 抽油系統(tǒng)的連接可以為有線或無線連接。有線連接如圖1A所示，一般采用通訊電纜，用于 實(shí)現(xiàn)中心控制站與潛油抽油系統(tǒng)的通訊。也可以采用無線通訊方式，如圖1B所示，采用如 CDMA.GPRS等通訊方式。中心控制站與潛油抽油系統(tǒng)的地面控制器通訊，獲取井況信息、潛 油抽油系統(tǒng)信息等，并可以根據(jù)獲得的信息，發(fā)出控制指令給相應(yīng)的地面控制器，如調(diào)整控 制方式，設(shè)置控制參數(shù)等等。地面控制器根據(jù)接收的信號(hào)，發(fā)送指令給井下控制器，從而控 制井下控制器。井下控制器根據(jù)設(shè)定的指令控制潛油伺服電機(jī)。圖2是用于說明潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)的示意圖。圖中1為中心控制站，通過 控制信號(hào)線纜16、18分別與潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)17、19相通信。以子系統(tǒng)17為例，其 包括電源模塊、地面控制模塊3、伺服電機(jī)4、電機(jī)控制模塊5和傳感器6。其它的附圖標(biāo)記 表示地面電纜2，潛油伺服系統(tǒng)7，潛油電纜8，井口裝置9，油管10，套管11，出口接頭12， 泵13，保護(hù)器14，位置檢測(cè)裝置及密封組件15。由圖中可以看出，潛油伺服系統(tǒng)7包括伺 服電機(jī)4、位置檢測(cè)裝置及密封組件15、電機(jī)控制模塊5和傳感器6。其中，地面控制模塊3分別與所述中心控制站1和所述電機(jī)控制模塊5通信，用于將用戶指令和設(shè)定的參數(shù)從所 述地面控制模塊3和所述中心控制站1發(fā)送給所述電機(jī)控制模塊5 ；或者將從所述電機(jī)控 制模塊5接收的信息發(fā)送給所述中心控制站1 ；電源模塊將地面上的三相交流電轉(zhuǎn)換為直 流電，通過地面電纜2和潛油電纜8輸入到井下的電機(jī)控制模塊5 ；電機(jī)控制模塊5接收所 述地面控制模塊3發(fā)送來的指令和參數(shù)及傳感器發(fā)送來代表電機(jī)運(yùn)行的信息，控制伺服電 機(jī)4工作，并將所述傳感器6感測(cè)的進(jìn)下信息發(fā)送給所述地面控制模塊3。地面控制模塊包括地面處理單元、地面通信單元和人機(jī)交互界面；所述人機(jī)交互 界面用于提供用戶設(shè)定指令和參數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)顯示；所述地面通信單元用于與中心控制 站和井下電機(jī)控制模塊通信。地面控制模塊還包括電源檢測(cè)單元，所述電源檢測(cè)單元用于 檢測(cè)所述電源模塊是否正常，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給所述地面處理單元。電機(jī)控制模塊包括井下處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和井下通信單元；井下通信單元 與地面通信單元相連接，用于接收地面通信單元發(fā)送的指令和參數(shù)并傳遞給井下處理單 元；井下處理單元接收傳感器發(fā)送來的關(guān)于電機(jī)運(yùn)行的信息，根據(jù)用戶的指令和設(shè)定的參 數(shù)及傳感器發(fā)送來的信息，生成相應(yīng)的控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元；電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)該控 制信號(hào)，將直流電轉(zhuǎn)換成三相電驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)運(yùn)行。其中，伺服電機(jī)優(yōu)選地為永磁同步 伺服電機(jī)。圖3是油田控制系統(tǒng)的控制原理圖。每一個(gè)潛油伺服系統(tǒng)的控制部分包括地面控 制器和井下控制器。地面控制器包括MCU1、整流濾波電路和控制面板等，地面控制器的功 能有(1)為井下控制器提供直流電；(2)與中心控制站通訊，將從井下控制器獲取的信息 傳遞給中心控制站，并接收中心控制站的控制指令，控制井下控制器；(3)與井下控制器通 訊，接收井下控制器的傳遞的信息，設(shè)置井下控制器的控制參數(shù)和控制模式。井下控制器包 括MCU2、IPM、電流傳感器和壓力傳感器等，井下控制器的功能是根據(jù)地面控制器設(shè)定的控 制參數(shù)和控制模式，控制潛油伺服電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)將井下信息(如壓力、電流、轉(zhuǎn)矩等)傳遞 給地面控制器。壓力傳感器的作用是檢測(cè)井下液體壓力，根據(jù)壓力可以求出油井液面的深 度，從而通過潛油伺服系統(tǒng)控制油井液面。地面控制器和井下控制器通過電纜連接，電纜為多芯電纜，包括地面控制器MCU1 與井下控制器MCU2通訊用的通訊線和給IPM提供功率電即輸送直流電的線。操作人員可 以通過控制面板操作地面控制器或者通過中心控制站控制地面控制器，設(shè)定相應(yīng)的控制參 數(shù)和控制模式。地面控制器的MCU1通過通訊線與井下控制器MCU2通訊，將設(shè)定的控制參 數(shù)和控制模式傳遞給井下控制器，同時(shí)獲取井下信息。外部三相交流電輸入地面控制器，通 過整流濾波電路，將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后通過電纜輸送給井下控制器的IPM，直 流電的正、負(fù)極分別接入IPM的P、N極。地面控制的MCU1同時(shí)會(huì)進(jìn)行電壓檢測(cè)，包括三相 交流電壓檢測(cè)和直流電壓檢測(cè)，確保輸送到井下控制器的直流電正常，如果不正常則會(huì)發(fā) 出報(bào)警信號(hào)。井下控制器MCU2根據(jù)地面控制器MCU1設(shè)定的控制參數(shù)和控制模式，以及電 流傳感器和位置檢測(cè)裝置的反饋信號(hào)以及壓力傳感器的壓力反饋信號(hào)，運(yùn)行控制程序，產(chǎn) 生PWM信號(hào)控制IPM。IPM根據(jù)PWM信號(hào)，產(chǎn)生三相電壓給交流伺服電機(jī)。井下控制器包括MCU2、IPM、電流傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器等，井下控制器 的功能是根據(jù)地面控制器設(shè)定的控制參數(shù)和控制模式，控制潛油伺服電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)將井 下信息(如壓力、溫度、電流、轉(zhuǎn)矩等)傳遞給地面控制器。溫度傳感器的作用是檢測(cè)井下溫度。圖4是井下控制器的結(jié)構(gòu)原理圖。井下控制器由單片機(jī)(MCU)、IPM、電流傳感器、 壓力傳感器等組成。單片機(jī)接收電流傳感器、位置檢測(cè)裝置和壓力傳感器的反饋信號(hào)，運(yùn)行 控制程序，產(chǎn)生PWM信號(hào)控制IPM。IPM根據(jù)PWM信號(hào)，產(chǎn)生三相電壓給交流伺服電機(jī)。在MCU的內(nèi)部有CPU、A/D轉(zhuǎn)換模塊、同步通訊口和PWM信號(hào)產(chǎn)生模塊等，A/D轉(zhuǎn)換 模塊將電流傳感器輸入到MCU的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而得到電流反饋。位置檢測(cè) 裝置將電機(jī)角度位置信息通過同步口通訊傳遞給MCU。壓力傳感器將檢測(cè)到的井下壓力信 號(hào)傳遞給MCU，經(jīng)過A/D采樣，得到壓力反饋。MCU中的CPU根據(jù)電流反饋、角度反饋、壓力 反饋運(yùn)行控制程序?？刂瞥绦蛑饕瑝毫Νh(huán)、機(jī)械環(huán)和電流環(huán)，壓力環(huán)根據(jù)設(shè)定指令和壓 力反饋，計(jì)算出角度指令；機(jī)械環(huán)根據(jù)角度指令和角度反饋，計(jì)算出電流指令；電流環(huán)根據(jù) 電流指令和電流反饋，計(jì)算出三相電壓占空比。PWM信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)三相電壓占空比，產(chǎn) 生PWM信號(hào)，傳遞給IPM。IPM根據(jù)PWM信號(hào)，產(chǎn)生三相電壓給交流伺服電機(jī)。本發(fā)明所用到的眾多傳感器包括位置檢測(cè)裝置、壓力傳感器、溫度傳感器等，其中 位置檢測(cè)裝置可以是光電式位置檢測(cè)裝置或磁電式位置檢測(cè)裝置。以下以優(yōu)選的實(shí)施例介 紹本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有兩個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖。位置檢測(cè)裝置包括感應(yīng)元件710、電路板711、導(dǎo)磁環(huán)712、不銹鋼罩713、磁 鋼環(huán)715及外殼(未圖示)等部分，磁鋼環(huán)715安裝于電機(jī)尾軸716上，其余部分可安裝于 高壓穿線密封組件714的不銹鋼罩713上。本方案的特征之處在于，位置檢測(cè)裝置有兩個(gè) 磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)712也由兩部分組成，一個(gè)是1/4的磁環(huán)，一個(gè)是3/4的磁環(huán)。兩個(gè)不 完整的磁環(huán)形成兩個(gè)狹縫，用于同兩個(gè)磁感應(yīng)元件配合使用。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有兩個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖。磁感應(yīng)元件氏和H2的輸出信號(hào)接MCU的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸 入口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號(hào)接乘法器1、2，系數(shù)矯正器7的輸出信號(hào)K接乘法器1、2 的輸入端，乘法器1、2的輸出信號(hào)接合成器3的輸入端，合成器3輸出信號(hào)D和R，系數(shù)矯正 器7接收合成器3輸出的信號(hào)D和R，通過運(yùn)算得到信號(hào)K，通過使磁感應(yīng)元件&和H2的信 號(hào)與該信號(hào)K進(jìn)行相乘，以此來進(jìn)行溫度補(bǔ)償，消除溫度對(duì)信號(hào)的影響。存儲(chǔ)器4中存儲(chǔ)有 一角度存儲(chǔ)表，MCU根據(jù)信號(hào)D在角度存儲(chǔ)表中選擇與其相對(duì)的角度作為偏移角度0。在存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)有一標(biāo)準(zhǔn)角度表，其中存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)于一系列的碼，每一個(gè)碼對(duì) 應(yīng)于一個(gè)角度。該表是通過標(biāo)定得到的，標(biāo)定方法是，利用本施例的檢測(cè)裝置和一高精度 位置傳感器，將本施例中的磁感應(yīng)元件輸出的信號(hào)和該高精度位置傳感器輸出的角度進(jìn)行 一一對(duì)應(yīng)，以此建立出一磁感應(yīng)元件輸出的信號(hào)與角度之間的關(guān)系表。另外，在存儲(chǔ)模塊中還存儲(chǔ)了一些數(shù)據(jù)修正表，這些表中包括一個(gè)信號(hào)R與其標(biāo) 準(zhǔn)狀態(tài)下的信號(hào)Ro的對(duì)應(yīng)表，通過合成模塊，即合成器3得到的信號(hào)R，通過查表可以得到 一信號(hào)禮，通過將信號(hào)禮和信號(hào)R進(jìn)行比較，如除法運(yùn)算，得到信號(hào)K。其中對(duì)信號(hào)的處理，即合成器3對(duì)信號(hào)的處理原則是比較兩個(gè)信號(hào)的數(shù)值的大 小，數(shù)值小的用于輸出的信號(hào)D，信號(hào)D的結(jié)構(gòu)為{第一個(gè)信號(hào)的符合位，第二個(gè)信號(hào)的符合 位，較小數(shù)值的信號(hào)的數(shù)值位}。以本實(shí)施例為例，說明如下約定
當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號(hào)數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號(hào)位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對(duì)值)，即去除符號(hào)位剩下數(shù)據(jù)位。如果 A_D>=B_DD = {A_0 ；B_0 ;B_D}R=y/A2 + B2 ；否則D = {A_0 ；B_0 ;A_D}R= ^A2+B2。圖7是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有三個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖。其各部分組件的安裝方式與兩個(gè)磁感應(yīng)元件的方案的相似，故在此不再重 復(fù)。本方案的特征之處在于，位置檢測(cè)裝置有三個(gè)磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)也由三部分組成，每 兩個(gè)不完整的磁環(huán)形成狹縫，總共形成三個(gè)狹縫，用于同三個(gè)磁感應(yīng)元件配合使用。圖8是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有三個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖。位置檢測(cè)裝置包括感應(yīng)元件717、電路板718、導(dǎo)磁環(huán)719、不銹鋼 罩720、磁鋼環(huán)722及外殼(未圖示)等部分，721是高壓穿線密封組件，723是電機(jī)尾軸。本 方案的信號(hào)處理裝置與兩個(gè)磁感應(yīng)元件的方案中的相似，不同之處在于，磁感應(yīng)元件有三 個(gè)，輸出給合成器的信號(hào)為三個(gè)，合成器在取舍信號(hào)時(shí)與上述方案中的有所不同。在這里， 僅說明合成器如何取舍信號(hào)。合成器4對(duì)信號(hào)的處理原則是先判斷三個(gè)信號(hào)的符合位，并比較符合位相同的 信號(hào)的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于輸出的信號(hào)D，信號(hào)D的結(jié)構(gòu)為{第一個(gè)信號(hào)的符合位，第 二個(gè)信號(hào)的符合位，第三個(gè)信號(hào)的符合位，較小數(shù)值的信號(hào)的數(shù)值位}。以本實(shí)施例為例約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號(hào)數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號(hào)位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對(duì)值)，即去除符號(hào)位剩下數(shù)據(jù)位。如果{A_0 ;B_0 ；C_0}==010并且A_D> =c__D
D ={A_0 ； B_0 ； C_0 ； C_D}
如果{A_0 ;B_0 ；C_0}==010并且A_D< C_D
D ={A_0 ；B_0 ；C_0 ;A__D}
如果{A_0 ;B_0 ；C_0}==101并且A_D> =C__D
D ={A_0 ； B_0 ； C_0 ； C_D}
如果{A_0 ;B_0 ；C_0}==101并且A_D< c_D
D ={A_0 ；B_0 ；C_0 ;A__D}
如果{A_0 ;B_0 ；C_0}==Oil并且B_D> =C__D
D ={A_0 ； B_0 ； C_0 ； C_D}
如果{A_0 ;B_0 ；C_0}==Oil并且B_D< c_D
D ={A_0 ;B_0 ;C_0 ;B__D}
如果{A_0 ;B_0 ;C_0}==100并且B_D> =C__D
D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D > = A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D > = A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}
7tTCa-A-Bx cos(—) - C x cos(—)J3 = Bx sin(y) - C x sin( j)R =扣2+ J32圖9是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有四個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖。位置檢測(cè)裝置包括感應(yīng)元件724、電路板725、導(dǎo)磁環(huán)726、不銹鋼罩727、磁 鋼環(huán)729及外殼(未圖示)等部分，728是高壓穿線密封組件，730是電機(jī)尾軸。其各部分 組件的安裝方式與兩個(gè)磁感應(yīng)元件的方案的相似，故在此不再重復(fù)。本方案的特征之處在 于，位置檢測(cè)裝置有四個(gè)磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)也由四部分組成，每?jī)蓚€(gè)不完整的磁環(huán)形成狹 縫，總共形成四個(gè)狹縫，用于同四個(gè)磁感應(yīng)元件配合使用。圖10是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有四個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖。方案的信號(hào)處理裝置與兩個(gè)磁感應(yīng)元件的方案中的相似，不同之 處在于，增加了差動(dòng)放大模塊，通過該差動(dòng)放大模塊抑制溫度和零點(diǎn)漂移，以此來提高數(shù)據(jù) 精度，最終輸出給合成器的信號(hào)仍為兩個(gè)，處理過程及方法與兩個(gè)傳感器的方案的相同，在 此不再重復(fù)。圖11是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有六個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的分解示意圖。位置檢測(cè)裝置包括感應(yīng)元件731、電路板732、導(dǎo)磁環(huán)733、不銹鋼罩734、磁 鋼環(huán)736及外殼(未圖示)等部分，735是高壓穿線密封組件，737是電機(jī)尾軸。其各部分 組件的安裝方式與兩個(gè)磁感應(yīng)元件的方案的相似，故在此不再重復(fù)。本方案的特征之處在 于，位置檢測(cè)裝置有六個(gè)磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)也由六部分組成，每?jī)蓚€(gè)不完整的磁環(huán)形成狹 縫，總共形成六個(gè)狹縫，用于同六個(gè)磁感應(yīng)元件配合使用。圖12是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的安裝有六個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測(cè)裝置方案 的信號(hào)處理裝置的框圖。方案的信號(hào)處理裝置與三個(gè)磁感應(yīng)元件的方案中的相似，不同之 處在于，增加了差動(dòng)放大模塊，通過該差動(dòng)放大模塊抑制溫度和零點(diǎn)漂移，以此來提高數(shù)據(jù) 精度，最終輸出給合成器的信號(hào)仍為三個(gè)，處理過程及方法與三個(gè)傳感器的方案的相同，在 此不再重復(fù)。圖13A到圖13D以由1/4弧段和3/4弧段構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)為例，圖示了本發(fā)明的導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計(jì)。如圖13A到圖13D所示，導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，圖 13A所示的導(dǎo)磁環(huán)沒有設(shè)計(jì)倒角，圖13B到圖13D所示的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角為沿 軸向(圖13B)或徑向(圖13C)或同時(shí)沿軸向、徑向(圖13D)切削而形成的倒角，151、153 表示軸向切面，152、154表示徑向切面。相鄰兩弧段間留有縫隙，磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)， 當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信
號(hào)，并將該電壓信號(hào)傳輸給相應(yīng)的控制器。根據(jù)磁密公式B = |可以知道，當(dāng) 一定時(shí)候，
可以通過減少S，增加B。因?yàn)橛来朋w產(chǎn)生的磁通是一定的，在導(dǎo)磁環(huán)中S較大，所以B比較 小，因此可以減少因?yàn)榇艌?chǎng)交變而導(dǎo)致的發(fā)熱。而通過減少導(dǎo)磁環(huán)端部面積能夠增大端部 的磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得磁感應(yīng)元件的輸出信號(hào)增強(qiáng)。這樣的信號(hào)拾取結(jié)構(gòu)制造工藝簡(jiǎn)單，拾取的 信號(hào)噪聲小，生產(chǎn)成本低，可靠性高，而且尺寸小。雖然以兩個(gè)弧段的方案為例描述了導(dǎo)磁 環(huán)的倒角設(shè)計(jì)，然而本發(fā)明不限于此，導(dǎo)磁環(huán)為三弧段、四弧段、六弧段的方案都可以采用 類似的倒角設(shè)計(jì)，在此不再詳細(xì)描述。圖14是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置方案的關(guān)鍵部件的分解立體 圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置方案的安裝示意圖。本實(shí)施例的位 置檢測(cè)裝置包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán) 201b以及第一導(dǎo)磁環(huán)205a和第二導(dǎo)磁環(huán)205b，第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b分別 固定在電機(jī)軸200上，其中定子為支架203。第一導(dǎo)磁環(huán)205a和第二導(dǎo)磁環(huán)205b分別由多 個(gè)同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩個(gè)弧段之間留有空隙，對(duì)應(yīng)于兩個(gè)磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元 件204分別設(shè)在該空隙內(nèi)。磁感應(yīng)元件設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上，不銹鋼罩外部通過密封 裝置與外殼密封并固定，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)輸出給一信號(hào)處理裝置。第一磁鋼環(huán)201a均勻的磁化為g(g的取值等于第二磁鋼環(huán)中的磁極總數(shù))對(duì)極 (N極和S極交替排列)，當(dāng)?shù)诙配摥h(huán)中的磁極總數(shù)為6時(shí)，第一磁鋼環(huán)201a的極對(duì)數(shù)為 6對(duì)。以第一磁鋼環(huán)201a的中心為圓心的同一圓周上，設(shè)置有m個(gè)磁感應(yīng)元件，如2個(gè)，如 圖16所示，二個(gè)磁感應(yīng)元件Hi、H2之間的夾角為90° /6。第一磁鋼環(huán)均勻地磁化為6對(duì)極 時(shí)磁感應(yīng)元件的布置如圖17所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元 件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，并將該電壓信號(hào)輸出給一信號(hào)處理裝置。定義第一磁鋼環(huán)中相鄰一對(duì)“N-S”為一個(gè)信號(hào)周期，因此，任一“N-S”對(duì)應(yīng)的機(jī)械 角度為360° /g(g為“N-S”個(gè)數(shù))，假定轉(zhuǎn)子在t時(shí)刻旋轉(zhuǎn)角度e位于第nth信號(hào)周期內(nèi)， 則此時(shí)刻角位移e可認(rèn)為由兩部分構(gòu)成1.在第nth信號(hào)周期內(nèi)的相對(duì)偏移量，磁感應(yīng)元 件氏和H2感應(yīng)第一磁鋼環(huán)的磁場(chǎng)來確定在此“N-S”信號(hào)周期內(nèi)的偏移量0 ！(值大于0小 于360° /g) ；2.第rith信號(hào)周期首位置的絕對(duì)偏移量92，用傳感器氏，114，...扎感應(yīng)磁環(huán) 2的磁場(chǎng)來確定此時(shí)轉(zhuǎn)子究竟是處于哪一個(gè)“N-S”來得到e2。對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)201b，以第二磁鋼環(huán)201b的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n =1，2…n)個(gè)均勻分布的磁感應(yīng)元件，第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個(gè)磁感應(yīng)原件輸 出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對(duì)應(yīng)于“N/S”極，首位為“ 1，，對(duì)應(yīng)于 “S/N”極。例如，當(dāng)n為3時(shí)，得到如圖18所示的編碼，得到如圖19所示的第二磁鋼環(huán)的充 磁順序，如圖20所示，三個(gè)磁感應(yīng)元件均布周圍進(jìn)行讀數(shù)。
圖21是本實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的一個(gè)信號(hào)處理裝置的框圖。本示例中，第一磁 鋼環(huán)設(shè)有兩個(gè)磁感應(yīng)元件，傳感器1_1和1_2的輸出信號(hào)接放大器2_1、2_2進(jìn)行放大，然后 接A/D轉(zhuǎn)換器3_1、3_2，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號(hào)接乘法器4、5，系數(shù)矯正器10輸出信號(hào) 接乘法器4、5的輸入端，乘法器4、5的輸出信號(hào)A、B接合成器6的輸入端，第一合成器6對(duì) 信號(hào)A、B進(jìn)行處理，得到信號(hào)D、R，根據(jù)信號(hào)D從存儲(chǔ)器8中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與 其相對(duì)的角度作為偏移角度、。其中，第五合成器6的輸出信號(hào)R輸送給系數(shù)矯正器10， 系數(shù)矯正器10根據(jù)信號(hào)R和從存儲(chǔ)器9中查表得到信號(hào)禮得到信號(hào)K，該信號(hào)K作為乘法 器4、5的另一輸入端，與從放大器2_1、2_2輸出的信號(hào)CI、C2分雖相乘得到信號(hào)A、B作為 第一合成器6的輸入。傳感器1_3、1_4、. . . l_n的輸出信號(hào)分別接放大器2_3、2_4、. . . 2_n進(jìn)行放大，然 后接A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過第二合成器7進(jìn)行合成，得到一信號(hào)E ；根據(jù)該信號(hào)E 在存儲(chǔ)器11中的第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對(duì)的角度作為第一電壓信號(hào)所處的信號(hào) 周期首位置的絕對(duì)偏移量92，9工和e2通過加法器12得到測(cè)量的絕對(duì)角位移輸出e。第二合成器7的功能是，通過對(duì)傳感器H3、H4、. . . Hn的信號(hào)進(jìn)行合成，得到此時(shí)刻 轉(zhuǎn)子處于哪一個(gè)“N-S”信號(hào)周期內(nèi)。第二合成器7的處理是當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號(hào)數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù) X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號(hào)位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，X_0 = 0表示數(shù)據(jù) X為正。也即當(dāng)感應(yīng)的磁場(chǎng)為N時(shí)，輸出為X_0 = 0，否則為X_0 = 1。則對(duì)于本實(shí)施例，E= {C3_0 ；C4_0 ；Cn_0}。其中，第一合成器6對(duì)信號(hào)的處理是比較兩個(gè)信號(hào)的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于 輸出的信號(hào)D，信號(hào)D的結(jié)構(gòu)為{第一個(gè)信號(hào)的符合位，第二個(gè)信號(hào)的符合位，較小數(shù)值的信 號(hào)的數(shù)值位}。具體如下這里約定(后文各合成器均使用該約定)，當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號(hào)數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0 位(二進(jìn)制左起第1位)為符號(hào)位，x_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。 X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對(duì)值)，即去除符號(hào)位剩下的數(shù)據(jù)位。如果 A_D>=B_DD = {A_0 ；B_0 ;B_D}r= y/A2 + B2 ；否則D = {A_0 ;B_0 ;A_D}R= yjA2+B2 ；信號(hào)K 一般是通過將信號(hào)禮和R進(jìn)行除法運(yùn)算得到。對(duì)于第一、二標(biāo)準(zhǔn)角度表，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了兩個(gè)表，每個(gè)表對(duì)應(yīng)于一系列的碼， 每一個(gè)碼對(duì)應(yīng)于一個(gè)角度。該表是通過標(biāo)定得到的，標(biāo)定方法是，利用本施例的檢測(cè)裝置和 一高精度位置傳感器，將本施例中的磁感應(yīng)元件輸出的信號(hào)和該高精度位置傳感器輸出的 角度進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，以此建立出一磁感應(yīng)元件輸出的信號(hào)與角度之間的關(guān)系表。也就是，對(duì) 應(yīng)于信號(hào)D存儲(chǔ)了一個(gè)第一標(biāo)準(zhǔn)角度表，每一個(gè)信號(hào)D代表一個(gè)相對(duì)偏移量0lt)對(duì)應(yīng)于信 號(hào)E，存儲(chǔ)了一個(gè)第二標(biāo)準(zhǔn)角度表，每一個(gè)信號(hào)E代表一個(gè)絕對(duì)偏移量e 2。本發(fā)明不限于上述示例，第一磁鋼環(huán)還可以設(shè)有三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)磁感應(yīng)元件，相 應(yīng)的導(dǎo)磁環(huán)和信號(hào)處理電路也要做相應(yīng)變化，然而其變化與第一實(shí)施例中所述的類似，故在此不再贅述。當(dāng)設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)時(shí)，導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時(shí)沿軸向、徑 向切削而形成的倒角。作為替代，磁感應(yīng)元件可以直接表貼在不銹鋼罩的外表面上，即不設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)，如 圖22所示。其它部件以及其信號(hào)處理裝置與有導(dǎo)磁環(huán)的類似，在此不再贅述。圖23是根據(jù)第三實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的分解立體圖。對(duì)應(yīng)于磁鋼環(huán)302、磁鋼 環(huán)303分別設(shè)有兩列磁感應(yīng)元件308和309。為了說明方便，這里將第一列磁感應(yīng)元件即對(duì) 應(yīng)磁鋼環(huán)302和導(dǎo)磁環(huán)304的多個(gè)磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件308表示，而將第二列磁感 應(yīng)元件即對(duì)應(yīng)磁鋼環(huán)303和導(dǎo)磁環(huán)305的多個(gè)磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件309表示。為了 說明方便，這里將磁鋼環(huán)302定義為第一磁鋼環(huán)，將磁鋼環(huán)303定義為第二磁鋼環(huán)，將導(dǎo)磁 環(huán)304限定為對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302，將導(dǎo)磁環(huán)305限定為對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)305，然而本 發(fā)明不限于上述的限定。第一磁鋼環(huán)302被均勻地磁化為2n(n = 0，1,2-n)對(duì)磁極，并且相鄰兩極的極性 相反，第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為2n，其磁序按照磁序算法確定；在軸301上，對(duì)應(yīng)于第一磁 鋼環(huán)302，以第一磁鋼環(huán)302的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m為2或3的整數(shù)倍)個(gè)呈 一定角度分布的磁感應(yīng)元件308 ；對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303，以第二磁鋼環(huán)303的中心為圓心 的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2…n)個(gè)呈360° /2n角度分布的磁感應(yīng)元件309。第二磁 鋼環(huán)303的磁極總數(shù)與以n為位數(shù)排成的、相鄰兩位只有一位不同的格雷碼的個(gè)數(shù)相同，磁 極的極性為格雷碼的首位為“0”對(duì)應(yīng)于“N”極，首位為“ 1，，對(duì)應(yīng)于“S”極。第二磁鋼環(huán)的 磁極總對(duì)數(shù)與第一磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反。圖24是磁鋼環(huán)303的磁序算法流程圖。如圖25所示，以三個(gè)磁感應(yīng)元件的情況 為例，首先進(jìn)行初始化a[3] =“0，0，0”；然后將當(dāng)前編碼入編碼集，即編碼集中有“0，0， 0” ；接著檢驗(yàn)入編碼集的集合元素是否達(dá)到2n，如果是則程序結(jié)束，反之將當(dāng)前編碼左移一 位，后面補(bǔ)0 ；然后檢驗(yàn)當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集 繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果已入編碼集則將當(dāng)前碼末位去0補(bǔ)1 ；接著檢驗(yàn)當(dāng)前編碼是否已入 編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果已入編碼集則檢 驗(yàn)當(dāng)前碼是否為“0……0”，是則結(jié)束，否則將當(dāng)前編碼的直接前去碼末位去0補(bǔ)1 ；接著檢 驗(yàn)當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟， 如果已入編碼集則檢驗(yàn)當(dāng)前碼是否為“0……0”，然后繼續(xù)進(jìn)行下面的程序。其中0磁化為 “N”，1磁化為“S”。這樣得到了圖25所示的磁鋼環(huán)303充磁結(jié)構(gòu)圖以及H3、H4和H5的排布 順序。本實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于所述的第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為 360° /2n。關(guān)于對(duì)應(yīng)于所述的第一磁鋼環(huán)相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4 時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° /2n，當(dāng)m為3時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之 間的夾角為120°為6時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /2n。圖26是根據(jù)第三實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的信號(hào)處理裝置的框圖。由于其信號(hào)處 理方式與第二實(shí)施例的類似，故在此不再贅述。第一磁鋼環(huán)可以設(shè)有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)磁感應(yīng)元件，相應(yīng)的導(dǎo)磁環(huán)和信號(hào)處 理電路也要做相應(yīng)變化，然而其變化與第一實(shí)施例中所述的類似，故在此不再贅述。
當(dāng)設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)時(shí)，導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時(shí)沿軸向、徑 向切削而形成的倒角。作為替代，磁感應(yīng)元件可以直接表貼在不銹鋼罩的外表面上，即不設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)，其 它部件以及其信號(hào)處理裝置與有導(dǎo)磁環(huán)的類似，在此不再贅述。本實(shí)施例的位置檢測(cè)裝置的信號(hào)處理方法與第二實(shí)施例中的類似，故在此省略對(duì) 其重復(fù)描述。除了磁電式位置檢測(cè)裝置以外，還可以采用光電式位置檢測(cè)裝置，由于其信號(hào)處 理裝置與磁電式的類似，故在此不再贅述。井下處理單元包括電機(jī)控制子單元和信號(hào)處理子單元，信號(hào)處理子單元接收位置 檢測(cè)裝置發(fā)送來的信息，并將該信息處理成電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。電機(jī)控制子單元包括壓力環(huán) 控制子單元、機(jī)械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元和PWM控制信號(hào)產(chǎn)生子單元，圖27到圖 30分別是壓力環(huán)控制子單元、機(jī)械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元和PWM控制信號(hào)產(chǎn)生 子單元的控制框圖。如圖27所示，壓力環(huán)的輸入為壓力指令和壓力反饋，輸出為角度指令。壓力指令 減去壓力反饋得到壓力誤差，通過PID控制器得到角度指令。壓力環(huán)控制的是井下壓力，壓 力與井下液面深度相對(duì)應(yīng)，控制壓力實(shí)際上是控制井下液面的深度。壓力環(huán)控制子單元接 收壓力傳感器感測(cè)的壓力信息，將與接收的壓力指令進(jìn)行運(yùn)算得到角度指令，并輸出給所 述的機(jī)械環(huán)控制子單元。優(yōu)選地，在中心控制站或每一口井的控制子系統(tǒng)中包括井下液面 濃度計(jì)算單元，該單元基于壓力傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算出井下液面濃度。如圖28所示，機(jī)械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號(hào)和/或壓力環(huán)控制子單元 輸出的角度指令及位置檢測(cè)裝置輸出的電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)角度，經(jīng)過運(yùn)算得到電流指令，并輸 出給所述的電流環(huán)控制子單元。如圖29所示，電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令和電流傳感器輸出的電 流信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算得到三相電壓的占空比控制信號(hào)，并輸出給所述的PWM控制信號(hào)產(chǎn)生子 單元。如圖30所示，PWM控制信號(hào)產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信 號(hào)，生成具有一定順序的六路PWM信號(hào)，分別作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元可 以為IPM模塊。圖31是圖2中的電纜的進(jìn)線示意圖。由圖中可以看到，潛油伺服系統(tǒng)中的電纜沿 著殼體外壁從地面進(jìn)入井下，通過連接頭21從伺服電機(jī)4的頭部進(jìn)入殼體內(nèi)部其中的傳感 器6可以是溫度傳感器和/或壓力傳感器。圖32是電機(jī)控制模塊和傳感器部分的走線圖。圖中以溫度傳感器29和壓力傳感 器28為例，圖示了其走線。其它附圖標(biāo)記表示位置檢測(cè)裝置及密封組件15，電機(jī)控制模 塊5，電機(jī)動(dòng)力線22，電源線23，控制器外壁24，電路板25，壓力信號(hào)線26，控制器端蓋27， 溫度傳感器信號(hào)線30，散熱片31，位置檢測(cè)裝置線32，通訊信號(hào)線33。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照 上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本發(fā) 明的技術(shù)方案進(jìn)行修改和等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種油田控制系統(tǒng)，其特征在于，包括中心控制站和分別與其相通信的多個(gè)井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)，每一井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)與其所在井內(nèi)的采油模塊相連接，在根據(jù)從中心控制站或該子系統(tǒng)的人機(jī)交互界面接收的指令和控制參數(shù)、控制采油模塊工作的同時(shí)，將該井內(nèi)的情況發(fā)送給中心控制站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，每一所述井下潛油伺服拖動(dòng)控 制子系統(tǒng)包括位于地面上的地面控制模塊和電源模塊；和 位于井下的伺服電機(jī)、電機(jī)控制模塊和傳感器；所述地面控制模塊分別與所述中心控制站和所述電機(jī)控制模塊通信，用于將用戶指令 和設(shè)定的參數(shù)從所述地面控制模塊和/或所述中心控制站發(fā)送給所述電機(jī)控制模塊，或者 將從所述電機(jī)控制模塊接收的信息發(fā)送給所述中心控制站；所述電源模塊將地面上的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸入到井下的電機(jī)控制模塊； 所述電機(jī)控制模塊接收所述地面控制模塊發(fā)送來的指令和參數(shù)及傳感器發(fā)送來代表 電機(jī)運(yùn)行的信息，控制伺服電機(jī)工作，并將所述傳感器感測(cè)的進(jìn)下信息發(fā)送給所述地面控 制模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述地面控制模塊包括地面處理 單元、地面通信單元和人機(jī)交互界面；所述人機(jī)交互界面用于提供用戶設(shè)定指令和參數(shù)，并 進(jìn)行相關(guān)顯示；所述地面通信單元用于與中心控制站和井下電機(jī)控制模塊通信；所述地面控制模塊還包括電源檢測(cè)單元，所述電源檢測(cè)單元用于檢測(cè)所述電源模塊是 否正常，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給所述地面處理單元；所述電機(jī)控制模塊包括井下處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和井下通信單元； 所述井下通信單元與地面通信單元相連接，用于接收地面通信單元發(fā)送的指令和參數(shù) 并傳遞給井下處理單元；所述井下處理單元接收傳感器發(fā)送來的關(guān)于電機(jī)運(yùn)行的信息，根據(jù)用戶的指令和設(shè)定 的參數(shù)及傳感器發(fā)送來的信息，生成相應(yīng)的控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)該控制信號(hào)，將直流電轉(zhuǎn)換成三相電驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)運(yùn)行。
4.如權(quán)利要求3所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括采集電機(jī)軸位置 信息的位置檢測(cè)裝置；所述傳感器還包括壓力傳感器和/或溫度傳感器； 所述位置檢測(cè)裝置為光電式傳感器或磁電式傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述磁電式傳感器包括傳感器本 體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼；所述傳感器本體包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件；所述導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在不銹鋼罩的外 壁上，由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙；所述磁感應(yīng)元件置 于該縫隙內(nèi)；所述磁鋼環(huán)設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中，固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；不銹鋼罩外部通 過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件 將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)傳輸給相應(yīng)的信號(hào)處理電路。
6.如權(quán)利要求4所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述磁電式傳感器包括傳感器本 體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，所述傳感器本體包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)； 其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在轉(zhuǎn)軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁 化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對(duì)磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁 極總數(shù)為N，其磁序按照特定磁序算法確定；在不銹鋼罩上，對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m 為2或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的 中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2丨11)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；磁感應(yīng) 元件設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)輸出給信號(hào)處理電路；對(duì)應(yīng)于所述的第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為360° IT ； 對(duì)應(yīng)于所述的第一磁鋼環(huán)相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時(shí)，每相鄰 兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° IT,當(dāng)m為3時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為 120°為6時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /2n。
7.如權(quán)利要求4所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述磁電式傳感器包括傳感器本 體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器本體包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)， 其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機(jī)軸上，設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中， 對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 1，2…n)個(gè)均勻 分布的磁感應(yīng)元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個(gè)磁感應(yīng)元件輸出呈格雷碼格 式，相鄰兩個(gè)輸出只有一位變化；在不銹鋼罩上，對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有 m(m為2或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對(duì)數(shù)與 第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；磁感應(yīng)元件設(shè)置在不銹鋼罩的外 壁上；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測(cè)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)輸出給信號(hào)處理電路；對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時(shí)，該夾角為 90° /g;當(dāng)m為3時(shí)，該夾角為120° /g;當(dāng)m為6時(shí)，該夾角為60° /g，其中，g為第二磁 鋼環(huán)的磁極總數(shù)。
8.如權(quán)利要求5所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述磁電式傳感器還包括信號(hào)處 理電路，所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)位置檢測(cè)裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；合成模塊，對(duì)位置檢測(cè)裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行取舍，得到基 準(zhǔn)信號(hào)D ；角度獲取模塊，根據(jù)該基準(zhǔn)信號(hào)D，在角度存儲(chǔ)表中選擇與其相對(duì)的角度作為偏移角度9 ；以及存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)處理過程中的數(shù)據(jù)和角度存儲(chǔ)表。
9.如權(quán)利要求6或7所述的油田控制系統(tǒng)，其特征在于，所述磁電式傳感器還包括信號(hào) 處理電路，所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)位置檢測(cè)裝置發(fā)送來的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；相對(duì)偏移角度9工計(jì)算模塊，用于計(jì)算位置檢測(cè)裝置中對(duì)應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元 件發(fā)送來的第一電壓信號(hào)在所處信號(hào)周期內(nèi)的相對(duì)偏移量e工；絕對(duì)偏移量9 2計(jì)算模塊，根據(jù)位置檢測(cè)裝置中對(duì)應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號(hào)，通過計(jì)算來確定第一電壓信號(hào)所處的信號(hào)周期首位置的絕對(duì)偏移量 02；角度合成及輸出模塊，用于將上述相對(duì)偏移量和絕對(duì)偏移量e2相加，合成所述第 一電壓信號(hào)所代表的在該時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)角度e ；和 存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)處理過程中的數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油控制系統(tǒng)，其特征在于，每一所述井下潛油伺服拖動(dòng)控 制子系統(tǒng)通過有線或無線的方式與中心控制站通信；在中心控制站或地面處理單元或電機(jī)控制模塊包括井內(nèi)數(shù)據(jù)處理子單元，用于對(duì)壓力 傳感器或/和溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得知井下液面的深度或/和井內(nèi)的溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油田控制系統(tǒng)，包括中心控制站和分別與其相通信的多個(gè)井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)，每一井下潛油伺服拖動(dòng)控制子系統(tǒng)與其所在井內(nèi)的采油模塊相連接，在根據(jù)從中心控制站或該子系統(tǒng)的人機(jī)交互界面接收的指令和控制參數(shù)、控制采油模塊工作的同時(shí)，將該井內(nèi)的情況發(fā)送給中心控制站。通過本發(fā)明，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)整個(gè)油田每一口井的潛油伺服拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以便于運(yùn)營(yíng)者進(jìn)行合理的控制，有助于提高生產(chǎn)效率，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。
文檔編號(hào)E21B44/00GK101876823SQ20091013777
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者郝雙暉, 郝明暉 申請(qǐng)人:浙江關(guān)西電機(jī)有限公司