一種塔式抽油機的控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種塔式抽油機的控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國開采石油使用的抽油機大部分都是游梁式抽油機，其通常采用交流異步電機直接拖動，由曲柄帶以配重平衡塊帶動抽油桿，驅(qū)動井下抽油栗做固定周期的上下往復(fù)運動，從而把井下的油送到地面，運行可靠且易于控制，滿足了石油開采的基本要求。
[0003]但是，隨著我國人口的快速增加，能源緊缺問題日益嚴重，現(xiàn)有的游梁式抽油機的效率較低，耗電量大等缺陷成為目前急需克服的問題。為此，近年來提出了一種塔式抽油機，其通過在抽油桿的另一端增加平衡配重，并使用永磁同步電機作為動力機構(gòu)，在實際應(yīng)用中，該平衡配重的增加使其電機的負載變小，進而達到節(jié)能減排的效果；而且，與上述游梁式抽油機相比，該塔式抽油機還具有占地小、運行安靜、結(jié)構(gòu)簡單、耗材少等優(yōu)點，其已逐漸取代傳統(tǒng)的游梁式抽油機應(yīng)用到油田中。
[0004]然而，在實際應(yīng)用中，由于用于電機測速的編碼器故障率較高，因而很多客戶不愿意安裝編碼器，希望能用開環(huán)控制方案實現(xiàn)該抽油機的控制，而且，在其實際運行過程中，需要頻繁進行電機正反轉(zhuǎn)的切換，很難保證該塔式抽油機平穩(wěn)可靠往復(fù)運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種塔式抽油機的控制方法及裝置，通過在現(xiàn)有的速度控制開環(huán)矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加位置控制環(huán)，利用得到的新的開環(huán)矢量控制系統(tǒng)控制塔式抽油機進行上下往復(fù)運動，提高了其行程控制精度，保證了該塔式抽油機上下往復(fù)運行可靠、平穩(wěn)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘韵录夹g(shù)方案:
[0007]—種塔式抽油機的控制方法，所述方法包括:
[0008]當(dāng)塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到預(yù)設(shè)換向頻率而進行換向時，獲取所述塔式抽油機換向后運行的運行參數(shù)，其中，所述運行參數(shù)包括加速運行時間、勻速運行時間、減速運行時間以及預(yù)設(shè)的勻速運行頻率；
[0009]基于所述運行參數(shù)，計算所述塔式抽油機換向后運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率；
[0010]對所述塔式抽油機運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率進行運算，獲得所述塔式抽油機運行中各時刻與所述設(shè)定頻率對應(yīng)的位置設(shè)定值；
[0011]在檢測到位置校正信號的情況下，所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到所述預(yù)設(shè)換向頻率而進行換向后的正常往復(fù)運行的每一時刻，利用獲得的當(dāng)前時刻的所述位置設(shè)定值以及位置反饋值，對當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行修正，得到當(dāng)前時刻的目標(biāo)給定頻率。
[0012]優(yōu)選的，在所述塔式抽油機運行過程，所述方法還包括:
[0013]判斷是否檢測到位置校正信號；
[0014]當(dāng)沒有檢測到位置校正信號時，判斷所述塔式抽油機當(dāng)前時刻是否正處于檢測到位置校正信號后的減速運行階段；
[0015]當(dāng)檢測到所述位置校正信號，或者所述塔式抽油機當(dāng)前時刻正處于檢測到位置校正信號后的減速運行階段時，控制所述塔式抽油機減速運行，并累計所述塔式抽油機的減速距離；
[0016]當(dāng)檢測到所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到所述預(yù)設(shè)換向頻率而進行換向時，按照預(yù)設(shè)規(guī)則獲得所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度，所述沖程長度用于計算所述塔式抽油機換向后運行的運行參數(shù)。
[0017]優(yōu)選的，所述判斷是否檢測到位置校正信號包括:
[0018]判斷所述塔式抽油機上行運行時是否觸發(fā)上位置校正開關(guān)；或；
[0019]判斷所述塔式抽油機下行運行時是否觸發(fā)下位置校正開關(guān)。
[0020]優(yōu)選的，在所述塔式抽油機運行過程中，所述方法還包括:
[0021]當(dāng)沒有檢測到位置校正信號，且所述塔式抽油機當(dāng)前時刻不是處于檢測到位置校正信號后的減速運行階段時，判斷所述塔式抽油機本次運行是否是所述塔式抽油機停機后的首次運行；
[0022]當(dāng)所述塔式抽油機本次運行是所述塔式抽油機停機后的首次運行時，控制所述塔式抽油機下行或上行，直至檢測到所述位置校正信號；
[0023]其中，當(dāng)檢測到所述位置校正信號時，所述按照預(yù)設(shè)規(guī)則獲得所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度具體為:
[0024]對當(dāng)前累計得到的所述塔式抽油機本次運行的總減速距離、預(yù)設(shè)位置偏置量以及預(yù)設(shè)沖程長度進行求和運算，得到所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度。
[0025]優(yōu)選的，當(dāng)所述塔式抽油機本次運行不是所述塔式抽油機停機后的首次運行，所述方法還包括:
[0026]判斷所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率是否達到預(yù)設(shè)換向頻率；
[0027]當(dāng)所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率沒有達到所述預(yù)設(shè)換向頻率，根據(jù)上一次換向時獲取的運行參數(shù)，計算所述塔式抽油機當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率，并對所述當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行運算，得到與所述當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率對應(yīng)的當(dāng)前時刻的位置設(shè)定值，控制塔式抽油機繼續(xù)按當(dāng)前方向運行；
[0028]當(dāng)所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到所述預(yù)設(shè)換向頻率而換向時，執(zhí)行所述按照預(yù)設(shè)規(guī)則獲得所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度步驟，且所述按照預(yù)設(shè)規(guī)則獲得所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度具體為:
[0029]獲取預(yù)設(shè)沖程長度，并將所述預(yù)設(shè)沖程長度作為所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度。
[0030]優(yōu)選的，所述利用獲得的當(dāng)前時刻的所述位置設(shè)定值以及位置反饋值，對所述當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行修正，得到所述當(dāng)前時刻的目標(biāo)給定頻率包括:
[0031]計算獲得的當(dāng)前時刻的位置設(shè)定值以及位置反饋值的當(dāng)前位置偏差；
[0032]對所述當(dāng)前位置偏差進行比例運算，獲得當(dāng)前修正量；
[0033]利用所述當(dāng)前修正量對當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行修正，得到當(dāng)前時刻的目標(biāo)給定頻率。
[0034]優(yōu)選的，所述對所述塔式抽油機運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率進行運算，獲得所述塔式抽油機運行中各時刻與所述設(shè)定頻率對應(yīng)的位置設(shè)定值具體為:
[0035]對所述塔式抽油機運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率進行積分運算，獲得所述塔式抽油機運行中各時刻與所述設(shè)定頻率對應(yīng)的位置設(shè)定值。
[0036]優(yōu)選的，所述位置反饋值根據(jù)所述塔式抽油機的電機的同步角計算獲得。
[0037]—種塔式抽油機的控制裝置，所述塔式抽油機從上到下依次安裝有上限位開關(guān)、上位置校正開關(guān)、下位置校正開關(guān)以及下限位開關(guān)，所述裝置包括:
[0038]第一獲取模塊，用于當(dāng)所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到預(yù)設(shè)換向頻率而進行換向時，獲取所述塔式抽油機換向后運行的運行參數(shù)，其中，所述運行參數(shù)包括加速運行時間、勻速運行時間、減速運行時間以及預(yù)設(shè)的勻速運行頻率；
[0039]第一計算模塊，用于基于所述運行參數(shù)，計算所述塔式抽油機換向后運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率；
[0040]第二計算模塊，用于對所述塔式抽油機運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率進行運算，獲得所述塔式抽油機運行中各時刻與所述設(shè)定頻率對應(yīng)的位置設(shè)定值；
[0041]修正控制模塊，用于在檢測到校正信號的情況下，所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到所述預(yù)設(shè)換向頻率而進行換向后的正常運行的每一時刻，利用獲得的當(dāng)前時刻的所述位置設(shè)定值以及位置反饋值，對當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行修正，得到當(dāng)前時刻的目標(biāo)給定頻率。
[0042]優(yōu)選的，所述裝置還包括:
[0043]第一判斷模塊，用于判斷是否檢測到位置校正信號；
[0044]第二判斷模塊，用于在所述第一判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，判斷所述塔式抽油機當(dāng)前時刻是否正處于檢測到位置校正信號后的減速運行階段；
[0045]第一控制模塊，用于在所述第一判斷模塊或第二判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，控制所述塔式抽油機減速運行，并累計所述塔式抽油機的減速距離；
[0046]第二獲取模塊，用于當(dāng)檢測到所述塔式抽油機的運行頻率達到預(yù)設(shè)換向頻率時而進行換向時，按照預(yù)設(shè)規(guī)則獲得所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度，所述沖程長度用于計算所述塔式抽油機換向后運行的運行參數(shù)。
[0047]優(yōu)選的，所述第一判斷模塊包括:
[0048]第一判斷單元，用于判斷所述塔式抽油機上行運行時是否觸發(fā)上位置校正開關(guān)；
[0049]第二判斷單元，用于判斷所述塔式抽油機下行運行時是否觸發(fā)下位置校正開關(guān)。
[0050]優(yōu)選的，所述裝置還包括:
[0051]第三判斷模塊，用于所述第二判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，判斷所述塔式抽油機本次運行是否是所述塔式抽油機停機后的首次運行；
[0052]第二控制模塊，用于在所述第三判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，控制所述塔式抽油機下行或上行，直至所述第一判斷模塊的判斷結(jié)果為是；
[0053]其中，當(dāng)所述第一判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，所述第二獲取模塊具體用于對當(dāng)前累計得到的所述塔式收油機本次運行的總減速距離、預(yù)設(shè)位置偏置量以及預(yù)設(shè)沖程長度進行求和運算，得到所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度。
[0054]優(yōu)選的，所述裝置還包括:
[0055]第四判斷模塊，用于在所述第三判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，判斷所述塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率是否達到預(yù)設(shè)換向頻率；
[0056]第三獲取模塊，用于在所述第四判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，觸發(fā)所述第一計算模塊根據(jù)上一次換向時獲取的運行參數(shù)計算所述塔式抽油機當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率，并由所述第二計算模塊對所述當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行運算，得到與所述當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率對應(yīng)的當(dāng)前時刻的位置設(shè)定值后，觸發(fā)所述修正控制模塊控制塔式抽油機繼續(xù)按當(dāng)前方向運行；其中，當(dāng)所述第四判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，所述第二獲取模塊具體用于獲取預(yù)設(shè)沖程長度，并將所述預(yù)設(shè)沖程長度作為所述塔式抽油機換向后運行的沖程長度。
[0057]優(yōu)選的，所述修正控制模塊包括:
[0058]第一計算單元，用于計算獲得的當(dāng)前時刻的位置設(shè)定值以及位置反饋值的當(dāng)前位置偏差;
[0059]第二計算單元，用于對所述當(dāng)前位置偏差進行比例運算，獲得當(dāng)前修正量；
[0060]第三計算單元，用于利用所述當(dāng)前修正量對當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行修正，得到當(dāng)前時刻的目標(biāo)給定頻率。
[0061]優(yōu)選的，所述第二計算模塊具體為積分模塊，用于對所述塔式抽油機運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率進行積分運算，獲得所述塔式抽油機運行中各時刻與所述設(shè)定頻率對應(yīng)的位置設(shè)定值。
[0062]優(yōu)選的，所述裝置還包括:
[0063]第三計算模塊，用于根據(jù)所述塔式抽油機的電機的同步角計算獲得所述位置反饋值。
[0064]由此可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請?zhí)峁┝艘环N塔式抽油機的控制方法及裝置，通過獲取該塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到預(yù)設(shè)換向頻率而換向后運行的加速運行時間、勻速運行時間、減速運行時間以及預(yù)設(shè)的勻速運行頻率，并據(jù)此計算出該塔式抽油機換向后運行中各時刻對應(yīng)的設(shè)定頻率后，對各時刻的設(shè)定頻率進行運算，得到與各時刻的設(shè)定頻率對應(yīng)的位置設(shè)定值，之后，在檢測到位置校正信號的情況下，該塔式抽油機的當(dāng)前設(shè)定頻率達到所述預(yù)設(shè)換向頻率而進行換向后的正常往復(fù)運行的每一時刻，本申請都將利用獲得的當(dāng)前時刻的位置設(shè)定值以及位置反饋值，對當(dāng)前時刻的設(shè)定頻率進行修正，得到當(dāng)前時刻的目標(biāo)給定頻率，從而控制該塔式抽油機換向后平穩(wěn)運行以及下一次