CN106499367A - 一种抽油机低冲击点启动智能定位装置及其方法 - Google Patents

一种抽油机低冲击点启动智能定位装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种抽油机低冲击点启动智能定位装置及其方法，该定位方法包括：步骤1：设置抽油电机驱动的参数；步骤2：主控制器启动抽油电机，带动抽油杆上下反复运动；步骤3：由位置传感器检测抽油杆的运动状态，并将检测信号发送给主控制器；步骤4：主控制器对接收到的检测信号进行计算，待检测到达第一角度时，断开抽油电机电源；步骤5：待检测抽油电机转动到达第二角度时，对抽油电机进行制动，待抽油杆停止在其运动的上限位置时，再对抽油电机进行驻动刹车。本发明还包括一种抽油机低冲击点启动智能定位装置。本发明能够提高远程控制抽油机启动的安全性、抽油电机的使用寿命、降低启动电流，提高工作效率，节约生产成本。

Description

一种抽油机低冲击点启动智能定位装置及其方法
技术领域
本发明涉及油田抽油技术领域，特别是一种抽油机低冲击点启动智能定位装置及其方法。
背景技术
抽油杆是有杆抽油设备的重要部件。抽油杆一般通过接箍连接成抽油杆柱，上经光杆连接抽油机，下接抽油泵的柱塞，其作用是将地面抽油机驴头悬点的往复运动传递给井下抽油泵。抽油机在工作时，通过电动机带动游梁驴头往复运动，进而用驴头带动光杆和抽油杆作上下往复的直线运动，通过抽油杆再将这个运动传给井下抽油泵中的活塞。
然而，现有的抽油杆在停止工作时，通常是停在抽油杆运动的最低点，这样会存在以下缺陷：（1）一旦重新开始工作，抽油杆会先向上运动，而抽油杆的在井下的配重较大，抽油杆向上运动时要克服一定的重力，这就需要电动机在启动瞬间，产生较大的启动电流。但是启动电流大一方面会使得电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短电动机的使用寿命；另一方面，会使得电网电压产生波动，从而影响到接在电网上的其它设备的正常运行；（2）抽油杆向上运动时，容易造成抽油杆断裂，从而大大浪费成本；（3）抽油杆先向上运动，会延长抽油时间，降低工作效率，进而降低抽油产量，影响企业效益。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种定位精确，缩短抽油时间，提高电动机寿命的抽油机低冲击点启动智能定位装置，能够极大的节约人力、物力的资金投入，提高石油产量。
本发明的技术方案是：
本发明之一种抽油机低冲击点启动智能定位方法，包括以下步骤：
步骤1：设置抽油电机驱动的参数，包括抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源的第一角度、抽油电机断电后开启加制动的第二角度、抽油电机启动前的语音报警时间；
步骤2：当主控制器收到启动信号后，首先进行语音报警提示，再释放电控机械刹车装置，接着再启动抽油电机，带动抽油杆上下反复运动；
步骤3：由位置传感器检测抽油杆的运动状态，相邻两次检测的时间差为抽油杆运动周期，并将检测信号发送给主控制器；
步骤4：当主控制器收到停止信号后，对接收到的检测信号进行计算，待检测到达第一角度时，断开抽油电机电源；
步骤5：抽油电机断电后会因机械惯性继续转动，位置传感器实时检测抽油杆的运动状态，待检测抽油电机转动到达第二角度时，对抽油电机进行制动，待抽油杆停止在其运动的上限位置时，接通电控机械刹车装置对抽油电机进行驻动刹车，使得抽油杆完全停止。
进一步，步骤1中，所述抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源是指在抽油杆处于其运动的下限位置与上限位置之间的任意位置时执行断开抽油电机电源的动作。
进一步，步骤2中，所述启动信号和停止信号由现场的其他控制器提供，或者通过远程发送启停指令。
本发明之一种根据前述抽油机低冲击点启动智能定位方法的定位装置，包括：
位置传感器，用于检测抽油杆的运动位置，相邻两次检测的时间差即为抽油杆运动周期；
主控制器，用于控制抽油机和抽油电机的启停，设置抽油电机驱动参数，以及对位置传感器传输的检测信号进行计算，并结合第一角度和第二角度来控制抽油杆达到目标位置；
抽油电机，用于带动抽油杆上下反复运动；
单相整流单元，用于将输入的电流转变为合适的电流，传输给抽油电机，对抽油电机进行制动；
语音播报装置，用于警告抽油机附近的人远离抽油机；
电控机械刹车装置，用于对抽油电机进行驻动刹车，使抽油杆最终停止在其运动的上限位置。
进一步，还包括第一电源和第二电源，所述第一电源为主控制器供电，所述第二电源为单相整流单元供电。
进一步，所述主控制器的输出端通过主抽油电机控制开关与制动电源控制开关所形成的互锁电路分别连接抽油电机和单相整流单元的电源输入端。
进一步，所述单相整流单元包括交流变流器、变压器以及整流恒流模块，所述单相整流单元的电源输入端依次经交流变流器、变压器和整流恒流模块与抽油电机电连接。
进一步，所述主控制器经启停信号接口与***终端通讯。
进一步，所述主控制器经GPRS DTU远程控制模块转RS485发送启停指令。
进一步，所述电控机械刹车装置包括驻动控制器、驻动电机和机械刹车装置，主控制器的输出端经驻动开关连接驻动控制器，驻动控制器的输出端连接驻动电机，驻动电机通过控制机械刹车装置对抽油电机进行驻动刹车。
进一步，所述位置传感器为接近开关，接近开关安装于抽油杆的下部。
进一步，所述主抽油电机控制开关处的电压与制动电源控制开关处的电压相同。
本发明的有益效果：
（1）一旦再次开始工作，抽油杆会直接向下运动，无需先向上运动来克服一定的重力，从而使得抽油电机在启动瞬间，产生较小的启动电流，就可以带动抽油杆向下运动，从而提高抽油电机的使用寿命；同时，也能够保证接在电网上的其它设备的正常运行；
（2）能够有效防止抽油杆断裂，大大节约成本；
（3）抽油杆直接向下运动，大大缩短抽油时间，提高工作效率，进而提高抽油产量，提高企业效益。
附图说明
图1为本发明实施例主控制器的电路示意图；
图2为本发明实施例抽油电机的电路示意图；
图3为本发明实施例制动***的电路示意图；
图4为本发明实施例语音播报装置的电路示意图；
图5为本发明实施例定位方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1~图4所示：一种抽油机低冲击点启动智能定位装置，包括主控制器UM2、位置传感器、抽油电机DM1、单相整流单元、语音播报装置和电控机械刹车装置。
本实施例的主控制器UM2上设有按键，用于设置主控制器UM2的内部参数，例如设置抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源的第一角度、设置抽油电机DM1断电后开启加制动的第二角度以及设置报警时间等。主控制器UM2可用于控制抽油机的启停、设置内部参数，以及对位置传感器传输的检测信号进行计算，并结合第一角度和第二角度来控制抽油杆达到目标位置。
本实施例的位置传感器优选为接近开关SQ，接近开关SQ选用三线制NPN型的防爆接近开关，当抽油机运行时，用于感应抽油机的抽油杆的位置变化，并把运行过程当中抽油杆的位置变化传输给主控制器UM2。其中，接近开关SQ安装在抽油杆下方的合适位置，每当抽油杆向下运动，接近开关SQ有信号触发时，就会输出高电平信号给主控制器UM2，且接近开关SQ相邻两次检测的时间差为抽油杆运动周期。
本实施例的参数设置要合理，不能超出范围。具体而言，抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源是指在抽油杆处于其运动的下限位置与上限位置之间的任意位置时执行断开抽油电机电源的动作，那么第一角度的设置范围就要满足抽油杆必须是向上运动时，而抽油杆向下（即向油井内）运动时就不能进入第一角度的设置范围内。角度数值的设置与主控制器UM2输出的脉冲有关，主控制器UM2输出的脉冲由主控制器对接近开关SQ传输的检测信号进行计算得到，从而得出第一角度的数值范围。另外，抽油电机DM1断电后开启加制动的第二角度的原理与第一角度的相同，且第二角度与第一角度之间的时间差即为抽油电机DM1断电后因机械惯性继续转动而产生的惯性转动时间，第二角度的数值范围取决于对抽油杆是否快要到达上限位置的把握。
进一步，主控制器UM2的输出端通过主抽油电机控制开关KM1与制动电源控制开关KM2所形成的互锁电路分别连接抽油电机DM1和单相整流单元的电源输入端。
具体而言，主控制器UM2的输出端依次经制动电源控制开关KM2的线圈、主抽油电机控制开关KM1的常闭触点与抽油电机DM1连接；主控制器UM2的输出端还依次经主抽油电机控制开关KM1的线圈、制动电源控制开关KM2的常闭触点与单相整流单元的电源输入端连接。其原理为：当KM1的线圈上电吸合时，KM1的常闭触点断开，则主控制器UM2不能控制抽油电机DM1主回路的启停，而单相整流单元能够通电工作，控制抽油电机DM1进行制动操作；相反地，当KM2的线圈上电吸合时，KM2的常闭触点断开，则单相整流单元无法工作，而抽油电机DM1的主控电路可正常工作。此外，主抽油电机控制开关KM1处的电压与制动电源控制开关KM2处的电压相同。
进一步，单相整流单元用于将输入的电流转变为合适的电流，传输给抽油电机DM1，并对抽油电机DM1制动，其包括交流变流器UM3、变压器B1以及整流恒流模块UM4，单相整流单元的电源输入端依次经交流变流器UM3、变压器B1和整流恒流模块UM4与抽油电机DM1电连接。
具体而言，交流变流器UM3的作用为：如果电源输入端的电流过大，可通过交流变流器UM3得到抑制，避免电流超过额定电流，同时降低冲击。变压器B1的作用一是将电压降低，提供一个制动电压，二是起到隔离作用，将控制回路和主回路隔离。整流恒流模块UM4用于将变压器B1的交流转换为直流，同时使直流可控。
进一步，电控机械刹车装置包括驻动控制器UM5、驻动电机DM2和机械刹车装置，主控制器UM2的输出端经驻动开关J2连接驻动控制器，驻动控制器UM5的输出端连接驻动电机DM2，驻动电机DM2通过控制机械刹车装置对抽油电机DM1进行驻动刹车。
本实施例中所述的驻动刹车是指让抽油电机DM1彻底停住，制动是指在抽油电机DM1停止时防止抽油电机受到外力影响，让抽油电机保持在静止状态。
进一步，本实施例还包括语音播报装置UM6，如扬声器或喇叭，主控制器的输出端经报警开关J1连接语音播报装置UM6。当报警开关J1闭合后，语音播报装置UM6将通过喇叭或扬声器播放语音，来警告抽油机附近的人远离抽油机，抽油机将开始工作。
进一步，主控制器UM2经启停信号接口SK与***终端通讯。启停信号接口是上位机或服务器发的指令，若当前井需要抽油，则发送信号给主控制器进行控制，若不需抽油，则主控制器不能启动。本实施例中，主控制器UM2经GPRS DTU远程控制模块转RS485发送启停指令。
进一步，本实施例还包括第一电源和第二电源。
具体而言，第一电源为开关电源UM1，为主控制器UM2供电，抽油电机DM1主控电路的电源输入端经三相断路器QF接入市电，三相断路器QF的U端接入开关电源UM1的电源输入端，三相断路器QF的V端接入驻动控制器UM5的电源输入端，三相断路器QF的V端和W端作为第二电源接入单相整流单元。通过将主控制器UM2、驻动控制器UM5与单相整流单元分开进行单独供电，以避免他们之间相互干扰。
如图5所示：本实施例的定位方法为：
S501：设置抽油电机驱动的参数，包括抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源的第一角度以及抽油电机断电后开启加制动的第二角度、抽油电机启动前的语音报警时间。
其中，第一角度设定后，能够保证当到达第一角度时，抽油杆正好处于运动的下限位置与上限位置之间，即抽油杆所能运动的最低点与最高点之间。
S502：当主控制器收到启动信号后，首先进行语音报警提示，再释放电控机械刹车装置，接着再启动抽油电机，带动抽油杆上下反复运动。
当主控制器UM2接收到上位机发送的抽油指令后，先控制报警开关J1闭合，语音播报装置UM6启动报警，来警告抽油机附近的人远离抽油机，抽油机将开始工作，报警几秒钟后，主控制器UM2则通过驻动开关J2经驻动控制器UM5控制驻动电机来释放机械刹车装置，使得机械刹车装置脱离抽油电机；之后抽油电机开始工作，即主控制器UM2让制动电源控制开关KM2的线圈上电，此时KM2的常闭触点断开，主抽油电机控制开关KM1的常闭触点闭合，抽油电机的主控电路启动，抽油电机DM1开始工作，带动抽油杆上下反复运动。
S503：由接近开关检测抽油杆的运动状态，相邻两次检测的时间差为抽油杆运动周期，并将检测信号发送给主控制器。
接近开关SQ通过感应抽油机的抽油杆的位置变化，并把运行过程当中抽油杆的位置变化传输给主控制器UM2，每当抽油杆向下运动，接近开关SQ有信号触发时，就会输出高电平信号给主控制器UM2，且接近开关SQ相邻两次检测的时间差为抽油杆运动周期。
S504：当主控制器收到停止信号后，对接收到的检测信号进行计算，待检测到达第一角度时，断开抽油电机电源。
主控制器UM2判断是否到达第一角度，若到达第一角度，则主抽油电机控制开关KM1的常闭触点断开，即抽油电机的主控电路断开电源。
S505：抽油电机断电后会因机械惯性继续转动，接近开关实时检测抽油杆的运动状态，待检测抽油电机转动到达第二角度时，对抽油电机进行制动，待抽油杆停止在其运动的上限位置时，接通电控机械刹车装置，使得抽油杆完全停止。
抽油电机断电后会因机械惯性继续转动，接近开关实时检测抽油杆的运动状态，待检测抽油电机转动到达第二角度时，主抽油电机控制开关KM1的线圈上电，此时KM1的常闭触点断开，制动电源控制开关KM2的常闭触点闭合，单相整流单元开始通电工作，提供一个制动电压，让抽油电机DM1停止工作；待抽油杆停止在其运动的上限位置时，主控制器UM2则通过驻动开关J2经驻动控制器UM5控制驻动电机来控制机械刹车装置对抽油电机DM1实施驻动刹车，让抽油电机DM1完全停止，且抽油杆最终停止在其运动的上限位置。
本实施例的定位方法能够保证抽油杆停止在最高点，这样，具有以下优点：
（1）一旦再次开始工作，抽油杆会直接向下运动，无需先向上运动来克服一定的重力，从而使得抽油电机在启动瞬间，产生较小的启动电流，就可以带动抽油杆向下运动，从而提高抽油电机的使用寿命；同时，也能够保证接在电网上的其它设备的正常运行；
（2）能够有效防止抽油杆断裂，大大节约成本；
（3）抽油杆直接向下运动，大大缩短抽油时间，提高工作效率，进而提高抽油产量，提高企业效益。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动、变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抽油机低冲击点启动智能定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设置抽油电机驱动的参数，包括抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源的第一角度、抽油电机断电后开启加制动的第二角度、抽油电机启动前的语音报警时间；
步骤2：当主控制器收到启动信号后，首先进行语音报警提示，再释放电控机械刹车装置，接着再启动抽油电机，带动抽油杆上下反复运动；
步骤3：由位置传感器检测抽油杆的运动状态，相邻两次检测的时间差为抽油杆运动周期，并将检测信号发送给主控制器；
步骤4：当主控制器收到停止信号后，对接收到的检测信号进行计算，待检测到达第一角度时，断开抽油电机电源；
步骤5：抽油电机断电后会因机械惯性继续转动，位置传感器实时检测抽油杆的运动状态，待检测抽油电机转动到达第二角度时，对抽油电机进行制动，待抽油杆停止在其运动的上限位置时，接通电控机械刹车装置对抽油电机进行驻动刹车，使得抽油杆完全停止。
2.根据权利要求1所述的抽油机低冲击点启动智能定位方法，其特征在于，步骤1中，所述抽油杆到达下限位置后断开抽油电机电源是指在抽油杆处于其运动的下限位置与上限位置之间的任意位置时执行断开抽油电机电源的动作。
3.根据权利要求1或2所述的抽油机低冲击点启动智能定位方法，其特征在于，步骤2中，所述启动信号和停止信号由现场的其他控制器提供，或者通过远程发送启停指令。
4.一种根据权利要求1~3任一项所述抽油机低冲击点启动智能定位方法的定位装置，其特征在于，包括：
位置传感器，用于检测抽油杆的运动位置，相邻两次检测的时间差即为抽油杆运动周期；
主控制器，用于控制抽油机和抽油电机的启停，设置抽油电机驱动参数，以及对位置传感器传输的检测信号进行计算，并结合第一角度和第二角度来控制抽油杆达到目标位置；
抽油电机，用于带动抽油杆上下反复运动；
单相整流单元，用于将输入的电流转变为合适的电流，传输给抽油电机，对抽油电机进行制动；
语音播报装置，用于警告抽油机附近的人远离抽油机；
电控机械刹车装置，用于对抽油电机进行驻动刹车，使抽油杆最终停止在其运动的上限位置。
5.根据权利要求4所述抽油机低冲击点启动智能定位装置，其特征在于，还包括第一电源和第二电源，所述第一电源为主控制器供电，所述第二电源为单相整流单元供电。
6.根据权利要求4或5所述抽油机低冲击点启动智能定位装置，其特征在于，所述主控制器的输出端通过主抽油电机控制开关与制动电源控制开关所形成的互锁电路分别连接抽油电机和单相整流单元的电源输入端。
7.根据权利要求4或5所述抽油机低冲击点启动智能定位装置，其特征在于，所述单相整流单元包括交流变流器、变压器以及整流恒流模块，所述单相整流单元的电源输入端依次经交流变流器、变压器和整流恒流模块与抽油电机电连接。
8.根据权利要求4或5所述抽油机低冲击点启动智能定位装置，其特征在于，所述主控制器经启停信号接口与***终端通讯。
9. 根据权利要求8所述抽油机低冲击点启动智能定位装置，其特征在于，所述主控制器经GPRS DTU远程控制模块转RS485发送启停指令。
10.根据权利要求4或5所述抽油机低冲击点启动智能定位装置，其特征在于，所述电控机械刹车装置包括驻动控制器、驻动电机和机械刹车装置，主控制器的输出端经驻动开关连接驻动控制器，驻动控制器的输出端连接驻动电机，驻动电机通过控制机械刹车装置对抽油电机进行驻动刹车。
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