CN103244078A - 游梁式抽油机数控***装置 - Google Patents

Abstract

游梁式抽油机数控***装置。 一种 游梁式抽油机数控***装置， 其组成包括：具有 主板信号端子a和主板信号端子b的 单片机*** （ 1 ） 、电动机 （ 2 ） 所述电动机通过皮带轮组连接减速机 （ 4 ） ， 所述电动机连接电机角位移传感器 （ 3 ） ，所述减速机连接旋转式死点传感器 （ 5 ） 。 本发明用于游梁式抽油机全***动态定位。

Description

游梁式抽油机数控***装置

技术领域

本发明涉及一种游梁式抽油机数控***装置。 

背景技术

游梁式抽油机是油田中广泛、大量使用的采油机械，较其他类型的采油机械相比具有结构简单、性能可靠、维修维护方便等优点。但游梁式抽油机因其固有的四连杆机构，使得悬点运动的位移、速度和加速度曲线体现为近似正(余)弦函数的分布规律，这种一成不变的运动规律加上井下负载的多变性和光杆形变等不利因素的影响使得常规的游梁式抽油机出现***损耗大、效率低、设备故障率高等问题。 

根据结构力学和流体力学原理，合适的悬点运动速度分布模式能明显起到减少泵效损失和减轻抽油杆负荷的作用。改变抽油机结构(如双驴头抽油机和直线塔架式抽油机)能够改变抽油机悬点运动的速度分布模式，但由于其未结合实际的井下负载，是非常盲目的控制调整，并不能最大限度的从根本接近和达到理想的悬点运动速度分布模式，对整个抽油机***的能耗控制也无法起到相应的作用。将游梁式抽油机***的地面与井下有效结合，对游梁式抽油机各运动部分进行精确的动态实时定位，使游梁式抽油机从动力源(电机)到最终的负载点(悬点)之间建立可靠的运动位置对应关系，并利用传感器技术和特殊数学计算方法实时监测和反馈井下负载状态并调整抽油机运行速度和扭矩是解决问题的最佳途径。 

中国专利CN200620200333.X公开了一种游梁式抽油机驴头定位 锁紧装置，游梁式抽油机驴头定位锁紧装置是由凸轮进行定位的，凸轮磨损快，定位效果不准确。 

发明内容

本发明的目的是提供一种由安装在游梁式抽油机上的多点传感及专业变频器和抽油机综合控制仪组成的，根据传感器信号和电能信号的数据变化推导出井下负载的真实状态，将地面与井下有机的结合起来，达到优化控制的目的游梁式抽油机数控***装置。 

所述目的是通过如下方案实现的： 

一种游梁式抽油机数控***装置，其组成包括：具有主板信号端子a和主板信号端子b的单片机***、电动机，所述电动机通过皮带轮组连接减速机，所述电动机连接电机角位移传感器，所述减速机连接旋转式死点传感器。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述减速机连接曲柄，所述曲柄连接平衡块、支架和连杆，所述连杆与所述支架均连接游梁，所述游梁连接应变式死点传感器或角度式死点传感器。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述游梁连接驴头，所述驴头通过吊绳连接悬绳器；所述游梁与所述支架之间装有支架轴，所述游梁与所述连杆之间装有连杆轴，所述支架、所述连杆与所述曲柄之间通过曲柄连接，所述支架、所述连杆、所述曲柄之间相对转动。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述减速机与所述支架均连接底座，所述减速机具有减速机输出轴，所述电机具有电机输出轴；所述皮带轮组包括电机皮带轮，所述电机皮带轮通过皮带连接减速机皮带轮，所述减速机皮带轮装在所述减速机输出轴上，所述电机皮带轮装在所述电机输出轴上。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述电机角位移传感器具有信号处理电路，所述信号处理电路连接死点信号采集电路、角位移信 号采集电路、时钟信号电路、角位移信号输出电路、死点信号输出电路、上位机数据通讯电路。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述角位移信号输出电路包括功率放大三极管Q2，所述功率放大三极管Q2连接限流电阻R17、分压电阻R18和滤波电容C10，所述限流电阻R17连接所述分压电阻R18，所述分压电阻R17连接所述信号处理电路。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述角位移信号输出电路包括功率放大三极管Q1，所述功率放大三极管Q1连接限流电阻R14、分压电阻R15和滤波电容9，所述限流电阻R14连接所述分压电阻R15，所述分压电阻R14连接所述信号处理电路。 

所述的游梁式抽油机数控***装置，所述时钟信号电路包括石英体振荡器Y1，所述石英体振荡器Y1连接滤波电容C7和滤波电容C8，所述石英体振荡器Y1连接所述信号处理电路。 

本发明的有益效果是： 

本发明是利用安装在游梁式抽油机不同位置上的多点传感器对抽油机各个部分的运动状态进行数据采集整理，结合已知的游梁式抽油机的位置因数和扭矩因数，再利用上位机***内置的专用程序和计算方法进行***综合定位，能够根据电机的旋转运动状态直接推导出悬点的直线运动状态。 

本发明能够根据安装在电机轴伸上的角位移传感器和安装在曲柄轴上的死点传感器所提供的电信号，计算出游梁式抽油机的有效传动比，在通过与上位机中事先存储的设备的标准传动比相比较即可检测出游梁式抽油机***是否存在打滑问题，以及打滑度是多少。通过外设的警告***可将打滑问题和相应的处理方法、处理数据显示出来，方便及时调整皮带松紧带，保证设备高效运转。 

与采用复杂昂贵的专用检测设备和井下传感器相比，本发明不需要安装工图仪等专用设备，仅利用电机角位移传感器和抽油机死点传 感器分别检测和提供电机、曲柄、游梁和光杆的运动状态信息，通过比较和修正，构建由动力源到最终负载点的速度传递关系、传动比，为上位机***根据设备和负载情况进行闭环精确控制建立一个完整的坐标体系。从根本上解决了抽油机皮带打滑所引起的传动比误差问题，使过程量更加准确可靠。 

本发明利用上位机***和电机驱动器的电能监测功能，实现地面采油设备和井下负载状态(井况)的真正闭环控制，为用数控的方式达到供采平衡、提高泵效、降低损耗、减小设备磨损、延长设备使用周期提供了一条捷径。 

本发明由安装在游梁式抽油机上的多点传感及专业变频器和抽油机综合控制仪组成的，根据传感器信号和电能信号的数据变化推导出井下负载的真实状态，将地面与井下有机的结合起来，达到优化控制的目的游梁式抽油机数控***装置。 

附图说明

附图1是本发明具有旋转式死点传感器的结构示意图。 

附图2是本发明具有应变式死点传感器的结构示意图。 

附图3是本发明具有角度式死点传感器的结构示意图。 

附图4是附图1、附图2、附图3中具有旋转式死点传感器的减速机的结构示意图。 

附图5是本发明的电路图。 

具体实施方式

下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。 

实施例一 

一种游梁式抽油机数控***装置，如附图1、附图4、附图5所示，其组成包括：具有主板信号端子a和主板信号端子b的单片机系 统1、电动机2所述电动机通过皮带轮组连接减速机4，所述电动机连接电机角位移传感器3，所述减速机连接旋转式死点传感器5。 

电机角位移传感器安装在游梁式抽油机驱动电机的第二轴伸端(风扇端)，根据不同的电动机轴径有相应尺寸的传感器配套安装；旋转式死点传感器安装在游梁式抽油机的减速机输出轴19上，位于曲柄与减速机之间，其中发射极17固定在减速机输出轴上，并与曲柄同步旋转。接收极18(感应极)固定在减速机输出轴轴承外盖16上；电机角位移传感器和旋转式死点传感器与单片机***相连并将检测到的位置/位移信号传送到单片机***中。 

实施例二 

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图2所示，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述减速机连接曲柄6，所述曲柄连接平衡块14、支架7和连杆13，所述连杆与所述支架均连接游梁8，所述游梁连接应变式死点传感器20。应变式死点传感器安装在游梁式抽油机的游梁上部支架轴的正上方；电机角位移传感器和应变式死点传感器与单片机***相连并将检测到的位置/位移信号传送到单片机***中。 

实施例三 

本实施例与实施例二的不同之处在于，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述游梁连接角度式死点传感器21。角度式死点传感器安装在游梁式抽油机支架上端的支架轴上；电机角位移传感器和死点传感器与角度式单片机***相连并将检测到的位置/位移信号传送到单片机***中。 

实施例四 

本实施例与实施例二或实施例三的不同之处在于，如附图2、附图3所示，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述游梁连接驴头10，所述驴头通过吊绳11连接悬绳器12；所述游梁与所述支架之间 装有支架轴9，所述游梁与所述连杆之间装有连杆轴29，所述支架、所述连杆与所述曲柄之间通过曲柄连接，所述支架、所述连杆、所述曲柄之间相对转动。 

实施例五 

本实施例与实施例二或实施例三的不同之处在于，如附图2、附图3所示，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述减速机与所述支架均连接底座15，所述减速机具有减速机输出轴，所述电机具有电机输出轴；所述皮带轮组包括电机皮带轮，所述电机皮带轮通过皮带30连接减速机皮带轮，所述减速机皮带轮装在所述减速机输出轴上，所述电机皮带轮装在所述电机输出轴上。 

实施例六 

本实施例与实施例一或实施例二或实施例三的不同之处在于，如附图5所示，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述电机角位移传感器具有信号处理电路24，所述信号处理电路连接死点信号采集电路22、角位移信号采集电路23、时钟信号电路25、角位移信号输出电路26、死点信号输出电路27、上位机数据通讯电路28。 

死点信号采集电路，由上拉电阻R3、滤波电容C4连接构成，信号输入后经上拉电阻R3提高电平并经滤波电容C4消除干扰提高信号质量后输出。 

角位移信号采集电路，由上拉电阻R2、滤波电容C3连接构成，信号输入后经上拉电阻R2提高电平并经滤波电容C3消除干扰提高信号质量后输出。 

信号处理电路，由单片机、数据存储器和运算器组成，对信号采集电路发送过来的传感器信号进行位置、倍频及特殊算法处理和速度、位置运算。 

时钟信号电路，由石英体振荡器Y1、滤波电容C7、C8组成，为单片机***提供稳定的时钟信号。 

角位移信号输出电路，由限流电阻R17、分压电阻R18、功率放大三极管Q2及滤波电容C10构成。 

死点信号输出电路，由限流电阻R14、分压电阻R15、功率放大三极管Q1及滤波电容C9构成。 

上位机数据通讯电路，由专用通讯电路模块组成，以MODBUS协议的格式发送单片机***送来的数据。 

实施例七 

本实施例与实施例六的不同之处在于，如附图5所示，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述角位移信号输出电路包括功率放大三极管Q2，所述功率放大三极管Q2连接限流电阻R17、分压电阻R18和滤波电容C10，所述限流电阻R17连接所述分压电阻R18，所述分压电阻R17连接所述信号处理电路。 

实施例八 

本实施例与实施例六的不同之处在于，如附图5所示，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述角位移信号输出电路包括功率放大三极管Q1，所述功率放大三极管Q1连接限流电阻R14、分压电阻R15和滤波电容9，所述限流电阻R14连接所述分压电阻R15，所述分压电阻R14连接所述信号处理电路。 

实施例九 

本实施例与实施例六的不同之处在于，所述的游梁式抽油机数控***装置，所述时钟信号电路包括石英体振荡器Y1，所述石英体振荡器Y1连接滤波电容C7和滤波电容C8，所述石英体振荡器Y1连接所述信号处理电路。 

实施例十 

本实施例与实施例一的不同之处在于，所述的游梁式抽油机数控***装置，计算出游梁式抽油机的有效传动比公式为计算公式

其中M：传动比(电机端∶曲柄端)， 

Q1：单位时间内电机旋转的圈数(由电机角位移传感器测得)， 

Q2：单位时间内曲柄旋转的圈数(由死点传感器测得)， 

e：电机角位移传感器分辨率。 

本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种游梁式抽油机数控***装置，其组成包括：具有主板信号端子a和主板信号端子b的单片机***、电动机，其特征在于所述电动机通过皮带轮组连接减速机，所述电动机连接电机角位移传感器，所述减速机连接旋转式死点传感器。

2.根据权利要求1所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述减速机连接曲柄，所述曲柄连接平衡块、支架和连杆，所述连杆与所述支架均连接游梁，所述游梁连接应变式死点传感器或角度式死点传感器。

3.根据权利要求2所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述游梁连接驴头，所述驴头通过吊绳连接悬绳器；所述游梁与所述支架之间装有支架轴，所述游梁与所述连杆之间装有连杆轴，所述支架、所述连杆与所述曲柄之间通过曲柄连接，所述支架、所述连杆、所述曲柄之间相对转动。

4.根据权利要求2所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述减速机与所述支架均连接底座，所述减速机具有减速机输出轴，所述电机具有电机输出轴；所述皮带轮组包括电机皮带轮，所述电机皮带轮通过皮带连接减速机皮带轮，所述减速机皮带轮装在所述减速机输出轴上，所述电机皮带轮装在所述电机输出轴上。

5.根据权利要求1或2所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述电机角位移传感器具有信号处理电路，所述信号处理电路连接死点信号采集电路、角位移信号采集电路、时钟信号电路、角位移信号输出电路、死点信号输出电路、上位机数据通讯电路。

6.根据权利要求5所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述角位移信号输出电路包括功率放大三极管Q2，所述功率放大三极管Q2连接限流电阻R17、分压电阻R18和滤波电容C10，所述限流电阻R17连接所述分压电阻R18，所述分压电阻R17连接所述信号处理电路。

7.根据权利要求5所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述角位移信号输出电路包括功率放大三极管Q1，所述功率放大三极管Q1连接限流电阻R14、分压电阻R15和滤波电容9，所述限流电阻R14连接所述分压电阻R15，所述分压电阻R14连接所述信号处理电路。

8.根据权利要求5所述的游梁式抽油机数控***装置，其特征在于所述时钟信号电路包括石英体振荡器Y1，所述石英体振荡器Y1连接滤波电容C7和滤波电容C8，所述石英体振荡器Y1连接所述信号处理电路。

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