CN103670341A

CN103670341A - 基于wifi网络云服务的数字化节能抽油机

Info

Publication number: CN103670341A
Application number: CN201310587366.9A
Authority: CN
Inventors: 廖启新; 王红波; 廖大林; 李要民; 董丽丽; 王会萍; 张明忠; 高利兵
Original assignee: Henan Letter Space Petroleum Machinery Is Manufactured Ltd Co
Current assignee: Henan Letter Space Petroleum Machinery Is Manufactured Ltd Co
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-03-26

Abstract

基于wifi网络云服务的数字化节能抽油机是以游梁式抽油机为载体，在游梁尾部增加一个吊臂，在吊臂上面设置一个自动调平衡的移动装置，采用信息技术，在电机上嵌入电参数传感器，在控制***中采用集成电路、软件和相关信息元器件，集成油井示功图和电参数的采集和传输，对冲次、平衡等参数随工况自动调节，并将运行参数及井场音视频实时传输至wifi网络云端服务器。本发明提供基于wifi网络云服务数字化节能抽油机，可以达到发挥游梁抽油机的皮实可靠的优点，又能达到无游梁抽油机节能、高效、控制数字化、管理智能化的优点。

Description

基于wifi网络云服务的数字化节能抽油机

技术领域

本发明涉及油田石油机械中的抽油机，尤其是涉及信息化数字化节能抽油机。

背景技术

目前公知的抽油机有传统的游梁式抽油机和现代的无游梁式抽油机。前者已经使用了100多年，具有皮实耐用，安全可靠的优点，但是效率低，能耗高，调参困难。后者是近十几年来科研人员新开发的新机型，优点是效率高、节能，但是制造成本高，可靠性差，后期维护费用高，节约的电费几乎又用到后期易损件中去了，因此，得不偿失，推广难以为继，绝大部分油田经过一段时间的试用，经过比对，认为还是游梁机比较好使用，致于效率低、能耗高的问题，希望把无游梁抽油机调节平衡技术嫁接到游梁式抽油机上来解决。

发明内容

为了克服现有游梁抽油机的上述缺陷，扬长避短，本发明提供基于wifi网络云服务数字化节能抽油机，可以达到发挥游梁抽油机的皮实可靠的优点，又能达到无游梁抽油机节能、高效、控制数字化、管理智能化的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：以游梁式抽油机为载体，在游梁尾部增加一个吊臂，在吊臂上面设置一个自动调平衡的移动装置，采用信息技术，在电机上嵌入电参数传感器，在控制***中采用集成电路、软件和相关信息元器件，集成油井示功图和电参数的采集和传输，对冲次、平衡等参数随工况自动调节，并将运行参数及井场音视频实时传输至wifi网络云端服务器。

所述自动调平衡装置，由机座、伺服电机、联轴器、减速机、圆柱形齿轮、齿条、保持架构成，在吊臂上平面安装齿条，伺服电机通过联轴器与减速机连接，它们共同安装在机座上，在减速机两端输出轴上安装圆柱齿轮，此总成与吊臂的齿条相啮合，在减速机输出轴上部焊接保持架，以防止运行过程中调平衡装置被甩出吊臂。研究与实验表明，平衡好的比平衡差的抽油机井***效率能够提高5％-10％，而且抽油机平衡状况的好坏直接影响到减速机、电机的输出扭矩大小和使用寿命以及抽油机运转平稳性。当驴头前侧悬点负荷增大时，原有的平衡被破坏，电机在上行程过程中扭矩增大，因电流与扭矩成线性关系，故电流也增大。电机在下行过程中，扭矩减小，电流也减小，利用电机的电参数变化可以将其通过控制***反映出来，当平衡度超过设定的85％-110％范围时，控制***便会向伺服电机发出动作指令，通过移动平衡装置便可以获得新的平衡，前侧负荷增加时，伺服电机及减速机及配重机座便向外侧移动，直至达到新的平衡为止。当前侧负荷小时，伺服电机及配重便向内侧移动，直至达到新的平衡。为此，动态调节平衡可以保证抽油机始终在平衡良好的状态下运行，耗能最省。

所述自动控制***是将自动平衡、电机控制、工况监测集成为一个整体，利用一套控制***同时实现这三种功能。集成后电机不仅作为一个动力源还作为一个信息源，从电机的运行参数上获得所需的信息。平衡不好时，电机在运行过程中上冲程抽油与下冲程吸油，电机的扭矩不同，其电流也有所不同，通过判断上升与下降时电机的上述参数即可获知平衡度如何。运行状态和运行方向、上行下行、扭矩、电流、频率、冲次均可通过电机的运行参数获得，无须若干个传感器。

所述宽带wifi网络是作为油井监控***的网络基础，采用一台wifi主站，覆盖50Km²区域内的所有油井，实现工况参数音视频传输，利用太阳能与风能供电的远距离wifi网桥，实现无人区的油井监控，监控***的软件设计采用云端结构，所有的监控数据均存储于云端服务器上，通过web服务发布到各终端。

本发明的工作原理是：游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重。如果抽油载荷和平衡配重形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作，也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏，在平衡度为100％时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力，平衡率越差，则需要电动机提供的动力越大。因为抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化。只能通过调节配重的力臂才能实现平衡。

本发明的有益效果是显而易见的，一是采用动态调平衡，可以保证抽油机耗能最省。二是采用电机参数作为信息源，可以得到大量的油井工况信息。三是把自动调平衡、电机控制、工况监控集成为一个整体，利用一套控制***同时实现这三种功能，节约了大量的传感设备。四是采用宽带wifi网络作为油井监控***的网络基础，将信息化新技术引进抽油机技术领域，充分利用了网络云服务的资源，即时传输工况参数和井场音视频，达到遥控遥测，防盗，安全，大大提高抽油机的技术水平和竞争能力，节约维护成本，减轻工人劳动强度，实现了石油工人巡井不用到野外的百年梦想。

附图说明

下面结合附图和实施例对基于wifi网络云服务数字化节能抽油机作进一步的说明：

图1是本发明的总装图；

图2是动态调平衡装置结构图；

图3是本发明的工作原理图；

图4是wifi组网示意图；

图5是自动调平衡控制框图；

图6是集成控制器框图。

图中：1、悬绳器；2、驴头；3、游梁；4、吊臂；5、移动配重；6、活动配重块；7、齿条；8、齿轮；9、移动配重减速机；10、联轴器；11、伺服电机；12、机座；13、保持架；14、主电机；15、集中处理器；16、wifi链路；17、wifi主站；18、局域网；19、服务器；20、终端电脑；21、平衡度需求；22、PI调节器；23、平衡调节指令；24、平衡调节模块；25、上行电流；26、下行电流；27、电机控制器。

具体实施方式：

根据图1实施例：该项目的载体是游梁式抽油机，在游梁3的后端连接吊臂4，在吊臂4的尾部设置配重筒，筒内僻出一个内接正方形的空间，空间外填充铁块及砼，空间内供活动配重块6增减。调节平衡时，分为三个步骤，即粗调，精调，微调，所谓粗调即根据悬点负荷初步确定配重的重量，大体接***衡即可。所谓精调，即在配重筒内装上若干块活动钢板6，是在粗调的基础上的调整。调整时须停车。所谓微调，即是将伺服电机、减速机、机座等作为一个移动配重块，抽油机运行过程中，随着井下工况如液量、积蜡、沙卡、卡泵等情况发生时，悬点负荷会发生变化，这变化如果不大，符合平衡度85-110％时，移动配重基本不动，当超出平衡度范围，主电机扭矩发生变化，电信号传到集中处理器后，集中处理器便会向伺服电机11发出指令，当悬点负荷1增大，伺服电机11带动减速机9通过齿轮8及齿条7使移动配重5向外侧移动。当悬点负荷1减小时，移动配重5向内侧移动，作配重的动态微调。上述微调装置是动态自动控制的，无须停车。其控制框图如图5，测量力臂采用位移传感器或者角度传感器，通过集中处理器计算出力臂长度，控制***根据平衡情况实施配重的调整。控制***硬件部分与本项目其他的控制器集成在一起。软件的控制策略采用PI调节器22，将移动配重5逐渐调整到最终平衡位置。

图2实施例中，吊臂4是载体，齿条7固定在吊臂4上，伺服电机11通过联轴器10与减速机9连接，它们共同安装在机座12上，为防止移动配重5在运行中被甩出的危险，用保持架13间隙固定在吊臂4上。

图3实施例是工作原理示意图，已在发明内容中阐述，这里不再赘述。

图4实施例是wifi组网示意图，本项目采用一台wifi主站17覆盖50平方公里区域范围内的所有油井，基本囊括一个采油厂一个采油区的所有抽油机，不仅可以无线传输工况参数，而且传输音视频，不仅无网络使用费，而且组成的专用网络不受公网安全威胁。利用太阳能与风能供电的远距离wifi网桥可实现无人区的油井监控。监控***的软件设计采用云端架构。所有监控数据均存储于云端服务器上，通过Web服务发布到各终端。图中17是主站，16是wifi链路，18是局域网，19是服务器，20是终端电脑。

图6是集成控制器框图，利用一套控制***同时实现自动调平衡，电机控制，工况监测。它的结构是采用一片主控制芯片为主控芯片，该主控芯片连接到电机逆变器，将电机逆变器的运行参数读出，经过计算得出工况参数，如平衡度，运行状态和运行方向，上行下行电流，冲次、悬点负荷等。根据平衡度参数经PI调节器22的调节，确定平衡配重的力臂，从而得到调平衡驱动电机的运行指令，将指令发送到驱动电机的控制器上。并且将各工况参数通过通讯模块发送出去。

Claims

1.一种基于wifi网络云服务数字化节能抽油机，由游梁式抽油机，吊臂，移动配重，主电机及电参数传感器，wifi主站，wifi链路，局域网，服务器，终端电脑构成，其特征是：吊臂安装在游梁的后端，在吊臂的上平面上安装自动调节移动配重，在主电机上安装电参数传感器，将自动调平衡、电机控制、工况监测集成为集中控制器，并采用wifi网络传输将工况参数和井场音视频信息发送到终端。

2.根据权利要求1所述基于wifi网络云服务数字化节能抽油机，其特征在于：自动移动配重由齿条、齿轮、减速机、联轴器、伺服电机、机座保持架构成，齿条固定在吊臂上平面上，电机通过联轴器与减速机相连接，在减速机两端输出轴上安装齿轮，齿轮再与齿条啮合，保持架与移动配重间隙配合固定在吊臂上。

3.根据权利要求1所述基于wifi网络云服务数字化节能抽油机，其特征在于：所述集中控制器是将自动调平衡、电机控制、监测集成为一个整体，利用一套控制***同时实现三种功能，在电机上嵌入电参数传感器，采用一片主控制芯片作为主控芯片，该主控芯片连接到电机逆变器，将电机逆变器的运行参数读出，经过计算得出各项工况参数，如平衡度，运行状态和运行方向上下行电流、频率、扭矩、冲次、悬点负荷，根据平衡度参数经过PI调节器的调节，确定平衡配重的力臂，从而得到驱动电机的运行指令，将指令发送到驱动电机的控制器上，并且将工况参数通过通讯模块发送出去。

4.根据权利要求1所述基于wifi网络云服务数字化节能抽油机，其特征在于：所述wifi网络云服务是采用宽带wifi网络作为油井监控***的网络基础，采用一台wifi主站覆盖50平方公里区域范围内的所有油井，实现工况参数，音视频传输，利用太阳能与风能供电的远距离wifi网桥，实现无人区的油井监控，监控***的软件设计采用云端架构，所有监控数据均存储于云端服务器上，通过web服务发布到各终端。