CN110185438A - 抽油机故障诊断***和方法 - Google Patents

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CN110185438A CN201910566223.7A CN201910566223A CN110185438A CN 110185438 A CN110185438 A CN 110185438A CN 201910566223 A CN201910566223 A CN 201910566223A CN 110185438 A CN110185438 A CN 110185438A
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王星
刘劲松
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明提供了一种抽油机故障诊断***和方法，所述***包括：综合采集设备，综合采集设备用于同步采集抽油机的功率、抽油机光杆的位移；手持机，手持机用于接收综合采集设备采集的抽油机的功率、抽油机光杆的位移；控制中心，控制中心用于从手持机接收抽油机的功率、抽油机光杆的位移，并根据抽油机的功率、抽油机光杆位移生成电功图，控制中心还根据抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断。本发明能够同步、自动、方便地连续采集抽油机的运行参数和生成电功图，并结合诊断模型全面***地对抽油机进行井下和地面的故障诊断，误差较小，稳定性较高。

Description

抽油机故障诊断***和方法
技术领域
本发明涉及抽油机技术领域，具体涉及一种抽油机故障诊断***和一种抽油机故障诊断方法。
背景技术
目前抽油机工况检测大多是通过示功图来显示，由示功图测量位移及载荷。但是检测设备常会损坏，且精度较差。抽油机是油田原油生产的主要设备，约占油井总数的90％，如何使抽油机井合理化运行，即抽油机运行参数与井下参数、生产管网合理匹配，并保持各设备在合理状态下运行，对于节约电能，降低设备故障率，延长设备使用寿命和油井免修期，降低油井作业费用、设备维护费用，提高油井利用率和原油产量是至关重要的。要实现抽油机井的合理化运行与精细化管理，必须能够及时、全面地分析和诊断抽油机井井下和地面***工况。
近年随着技术的发展和数字化油田建设的推进，基于井口数据(包括示功图、电流、压力、温度等)在线采集的监测***在各油田得到了推广应用，然而该监测***使用中暴露出的问题也越来越突出，主要表现在以下方面：
1)***自身的问题，如载荷传感器容易损坏和漂移大造成测试误差较大、***不稳定等。调研发现，多数安装的***在工作几个月后就因出现各种问题而不能正常工作。另外，***建设投资和维护费用都较高也限制了它在中低产量区块油井的应用。
2)***的分析、诊断功能主要是基于光杆示功图的井下工况诊断和简单阈值匹配的抽油机不平衡和电机的过电流、三相不平衡和缺相等故障判断，缺乏地面***工况诊断分析技术，不能够全面***地评价抽油机井运行工况以及诊断和预警包括地面设备的异常或故障。而且由于第一个问题的影响往往不能进行正确的示功图诊断。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种抽油机故障诊断***和方法，能够同步、自动、方便地连续采集抽油机的运行参数和生成电功图，并结合诊断模型全面***地对抽油机进行井下和地面的故障诊断，误差较小，稳定性较高。
本发明采用的技术方案如下：
一种抽油机故障诊断***，包括：综合采集设备，所述综合采集设备用于同步采集所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移；手持机，所述手持机用于接收所述综合采集设备采集的所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移；控制中心，所述控制中心用于从所述手持机接收所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移，并根据所述抽油机的功率、所述抽油机光杆位移生成电功图，所述控制中心还根据所述抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据所述诊断模型和所述电功图对所述抽油机进行故障诊断。
所述综合采集设备还采集所述抽油机光杆的载荷，所述控制中心还通过所述手持机接收所述抽油机光杆的载荷，并根据所述抽油机光杆的载荷和位移生成示功图，以及根据所述示功图对所述抽油机进行故障诊断。
所述抽油机的故障包括根据所述诊断模型和所述电功图判断出的非载荷故障、根据所述示功图判断出的载荷故障，其中，所述非载荷故障包括断脱、停机、三相不平衡、供液不足、气体影响、气锁、出砂、减速箱故障、凡尔漏失，所述载荷故障包括载荷超限。
所述综合采集设备包括：电参数采集模块，所述电参数采集模块用于采集所述抽油机的功率；杆载采集模块，所述杆载采集模块用于采集所述抽油机光杆的载荷和位移。
所述电参数采集模块设置于所述抽油机的控制柜内。
所述综合采集设备和所述手持机均包括北斗短报文通信模块，所述综合采集设备通过北斗短报文的形式将所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的载荷和位移发送至所述手持机。
所述控制中心包括云端服务器和上位机。
所述控制中心在判断所述抽油机发生载荷故障时，向所述手持机发送降低抽油机运行冲次的控制指令。
所述的抽油机故障诊断***还包括：报警装置，所述控制中心在判断所述抽油机发生非载荷故障时，控制所述报警装置进行报警。
一种抽油机故障诊断方法，包括：同步采集所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移；通过手持机将所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移发送至控制中心；所述控制中心根据所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移生成电功图；所述控制中心根据所述抽油机的电功图模型生成诊断模型；所述控制中心根据所述诊断模型和所述电功图对所述抽油机进行故障诊断。
本发明的有益效果：
本发明可同步采集抽油机的功率和抽油机光杆的位移，并通过手持机将上述参数发送到控制中心，以及通过控制中心生成电功图、根据抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断，由此，能够同步、自动、方便地连续采集抽油机的运行参数和生成电功图，并结合诊断模型全面***地对抽油机进行井下和地面的故障诊断，误差较小，稳定性较高。
附图说明
图1为本发明实施例的抽油机故障诊断***的方框示意图；
图2为本发明一个实施例的抽油机故障诊断***的方框示意图；
图3为本发明一个实施例的电参数采集模块的方框示意图；
图4为本发明一个实施例的皮带抽油机的传动结构示意图；
图5为本发明一个实施例的游梁抽油机上冲程和下冲程的运动模型示意图；
图6为本发明一个具体实施例的电功率模拟软件的界面示意图；
图7为本发明一个具体实施例的皮带抽油机正常时模拟出的电功图界面示意图；
图8为本发明一个具体实施例的皮带抽油机断脱故障时模拟出的电功图界面示意图；
图9为本发明一个具体实施例的游梁抽油机正常时模拟出的电功图界面示意图；
图10为本发明一个具体实施例的游梁抽油机断脱故障时模拟出的电功图界面示意图；
图11为本发明实施例的抽油机故障诊断方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的抽油机故障诊断***，包括综合采集设备10、手持机20和控制中心30。其中，综合采集设备10用于同步采集抽油机的功率、抽油机光杆的位移；手持机20用于接收综合采集设备10采集的抽油机的功率、抽油机光杆的位移；控制中心30用于从手持机20接收抽油机的功率、抽油机光杆的位移，并根据抽油机的功率、抽油机光杆位移生成电功图，控制中心还根据抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断。
根据本发明实施例的抽油机故障诊断***，通过综合采集设备同步采集抽油机的功率和抽油机光杆的位移，并通过手持机将上述参数发送到控制中心，以及通过控制中心生成电功图、根据抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断，由此，能够同步、自动、方便地连续采集抽油机的运行参数和生成电功图，并结合诊断模型全面***地对抽油机进行井下和地面的故障诊断，误差较小，稳定性较高。
进一步地，综合采集设备10还可采集抽油机光杆的载荷，控制中心30还通过手持机20接收抽油机光杆的载荷，并根据抽油机光杆的载荷和位移生成示功图，以及根据示功图对抽油机进行故障诊断。
由此，通过示功图和电功图相结合对抽油机进行故障诊断，更加全面***，进一步提高故障诊断的准确性。
在本发明的实施例中，抽油机的故障包括根据诊断模型和电功图判断出的非载荷故障、根据示功图判断出的载荷故障。其中，非载荷故障包括断脱、停机、三相不平衡、供液不足、气体影响、气锁、出砂、减速箱故障、凡尔漏失，载荷故障包括载荷超限。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，综合采集设备10包括电参数采集模块11和杆载采集模块12，电参数采集模块11用于采集抽油机的功率，杆载采集模块12用于采集抽油机光杆的载荷和位移。其中，电参数采集模块11可设置于抽油机的控制柜内，其可包括对应抽油机的供电回路设置的电压电流功率采集模块，能够采集抽油机的工作电压、工作电流和功率。杆载采集模块12可包括载荷传感器和加速度传感器，分别用于采集光杆的载荷和位移。
在本发明的一个实施例中，综合采集设备10和手持机20均包括无线通信模块，具体可为北斗短报文通信模块，综合采集设备10可通过北斗短报文的形式将抽油机的功率、抽油机光杆的载荷和位移发送至手持机20。手持机20由操作人员持有，通过无线通信的方式使得操作人员持有手持机20获取抽油机的功率、抽油机光杆的载荷和位移等数据时无需进行开柜、接线等操作，操作安全、方便，对操作人员无资质要求。
以电参数采集模块11与手持机20之间的通信为例，在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，电参数采集模块11可包括电压互感器、电流互感器、电量采集计量芯片、拨码开关、LED指示灯、无线通信模块和MCU。其中，电量采集计量芯片可接收电压互感器和电流互感器所采集的电压和电流，并计算出功率、用电量等，输入MCU；LED指示灯可进行采集指示；拨码开关可用于设置通信地址，以便于与其他抽油机进行区分，对应地，手持机20的通信协议中增加对无线通信地址的识别；无线通信模块可将功率等电参数发送至手持机20。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，控制中心30可包括云端服务器31和上位机32。云端服务器31可与手持机20进行无线通信，以接收抽油机的功率、抽油机光杆的载荷和位移等数据，并且，云端服务器31可每间隔预设时间，例如10min向上位机32传输上述数据。上位机32可对上述数据进行分析，生成表示功率与位移之间关系的电功图、表示载荷与位移之间关系的示功图，及根据抽油机的电功图模型和电功率模拟软件生成诊断模型、根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断。上位机32还可通过Web展示电功图、示功图、诊断模型、故障诊断结果等诊断数据。此外，手持端20还可从控制中心30下载历史故障诊断数据。
在本发明的一个实施例中，抽油机可为皮带抽油机或游梁抽油机，皮带抽油机和游梁抽油机分别具有对应的电功率模型，具体如下：
对于皮带抽油机，其包括图4所示的传动结构，皮带滚筒半径为R，两个皮带滚筒间的距离为H，根据能量守恒和皮带抽油机运行特点，可得到如下的电功率模型：
P·η电机·η传动＝(W-W平)·v
其中，
W平-平衡重
W-悬点载荷
η电机-电机效率
η传动-传动效率(皮带、减速箱等)
v-悬点运动速度
悬点载荷为：
上冲程W＝W杆+W液柱+F振动+f摩擦
下冲程W＝W杆+F振动-f浮力-f摩擦
根据某一型号皮带抽油机的参数，扭矩臂，即皮带滚筒半径R＝0.46米。抽油机一般都由三相异步电机或永磁同步电机拖动，同步电机转速只与电机极对数和电源频率有关，可以视为定值。异步电机的特点是转差率随负载变化很小，也可以将电机近似为匀速转动。由此可以建立如下的皮带抽油机悬点运动模型：
冲程记为S，有：
S＝H+2R
H段为匀速运行段，速度记为v0，2R段为变加速运行段，冲次记为N，有：
得到速度v与位移d和时间t(都从下死点开始)的关系：
表1-皮带抽油机悬点速度与位移的关系
表2-皮带抽油机悬点速度与时间的关系
对于游梁抽油机，从减速箱曲柄的角度，同样根据能量守恒，可以建立下式：
P·η电机·η传动＝T净·ω
其中，
P-电机输入有功功率
η电机-电机效率
η传动-传动效率(皮带、减速箱)
T净-曲柄净扭矩
ω-曲柄角速度
抽油机一般都由三相异步电机或永磁同步电机拖动，同步电机转速只与电机极对数和电源频率有关，可以视为定值。异步电机的特点是转差率随负载变化很小，也可以将电机近似为匀速转动。由此得到曲柄角速度为：
其中，N为冲次(min-1)。
游梁抽油机上冲程和下冲程的运动模型如图5所示，根据该运动模型可得：
J2＝K2+R2-2·K·R·cos(θ-φ)
ψ＝χ-ρ
α＝β+ψ+φ-θ
T净＝TF·(W-B)-T平·Sinθ
其中，
I-曲柄旋转轴与游梁旋转轴的水平距离
K-曲柄旋转轴与游梁旋转轴的距离
R-曲柄旋转半径(曲柄与连杆的连接轴到曲柄旋转轴的距离)
P-连杆长度
A-游梁前臂长
C-游梁后臂长
H-游梁旋转轴距底座的高度
G-曲柄旋转轴距底座的高度
TF-扭矩因数
T净-曲柄净扭矩
T平-平衡重最大扭矩
W-悬点载荷
B-抽油机结构不平衡重
悬点载荷为：
上冲程W＝W杆+W液柱+F振动+f摩擦
下冲程W＝W杆+F振动-f浮力-f摩擦
在本发明的一个实施例中，皮带抽油机和游梁抽油机的电功率模拟软件采用LabVIEW开发，电功率模拟软件包括以下几个组件：
皮带机功率模拟-对比——进行皮带抽油机电功率的理论模拟和模拟图与实测图的对比；
游梁机功率模拟对比——对不同型号游梁抽油机进行实测同步电功图的理论模拟对比；
游梁机等时间之位移采样——不同型号游梁抽油机运行时，对其悬点位移(从下死点开始算起)进行等时间间隔采样，为电功图的理论模拟提供位移数据序列；
游梁机功率模拟——对不同型号游梁抽油机进行电功图的理论模拟；
实测电功图分析工具——包括对电功图的频谱分析和上、下冲程平均值的变化分析；
电功图推导示功图——根据测量的电功图判断地面***无异常时，可推导出示功图进行工况分析，从而充分利用已有的示功图分析技术。
控制中心30根据上述电功率模型，结合上述电功率模拟软件，可根据各种工况对载荷或传动效率等参量的影响来模拟电功图并抽象出其代表性特征作为诊断模型。也就是说，诊断模型包括根据电功图模型和电功率模拟软件模拟出的电功图，将实测的电功图，即根据同步采集的抽油机的功率、抽油机光杆位移生成电功图与该模拟出的电功图进行比对，便可判断出抽油机是否发生非载荷故障。抽油机是否载荷超限可根据示功图直接判断。
电功率模拟软件的界面如图6所示，该界面可显示示功图、模拟出的电功图和实测的电功图。
下面以断脱故障为例说明皮带抽油机和游梁抽油机的非载荷故障判断过程。
在本发明的一个具体实施例中，皮带抽油机正常时模拟出的电功图界面如图7所示，皮带抽油机断脱故障时模拟出的电功图界面如图8所示，可见发生断脱故障时，上冲程电功率平台或平均功率比断脱前明显降低。如果实测的电功图与图8所示界面的电功图相同或相似，则可判断出皮带抽油机发生断脱故障。
在本发明的一个具体实施例中，游梁抽油机正常时模拟出的电功图界面如图9所示，游梁抽油机断脱故障时模拟出的电功图界面如图10所示，可见发生断脱故障时，上冲程电功率平台或平均功率比断脱前明显降低。如果实测的电功图与图10所示界面的电功图相同或相似，则可判断出游梁抽油机发生断脱故障。
在本发明的一个实施例中，控制中心30在判断抽油机发生载荷故障时，可向手持机20发送降低抽油机运行冲次的控制指令。手持机20可将该控制指令转发至抽油机的控制***，从而控制抽油机降低运行冲次。低冲次能够有效的降低抽油机运行的最大载荷、有功功率最大值和电流最大值。当光杆的载荷降低后，可逐渐恢复冲次到设定值。
在本发明的一个实施例中，抽油机故障诊断***还可包括报警装置，控制中心30在判断抽油机发生非载荷故障时，可控制报警装置进行报警。报警装置可包括声音报警模块和光报警模块，当抽油机发生非载荷故障时，能够发出声音或发光以进行报警。或者，报警装置可设置于上位机32内，上位机32可在显示屏上显示报警信息。
对应上述实施例的抽油机故障诊断***，本发明还提出一种抽油机故障诊断方法。
如图11所示，本发明实施例的抽油机故障诊断方法，包括以下步骤：
S1，同步采集抽油机的功率、抽油机光杆的位移。
S2，通过手持机将抽油机的功率、抽油机光杆的位移发送至控制中心。
S3，控制中心根据抽油机的功率、抽油机光杆的位移生成电功图。
S4，控制中心根据抽油机的电功图模型生成诊断模型。
S5，控制中心根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断。
根据本发明实施例的抽油机故障诊断方法，可同步采集抽油机的功率和抽油机光杆的位移，并通过手持机将上述参数发送到控制中心，以及通过控制中心生成电功图、根据抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断，由此，能够同步、自动、方便地连续采集抽油机的运行参数和生成电功图，并结合诊断模型全面***地对抽油机进行井下和地面的故障诊断，误差较小，稳定性较高。
进一步地，本发明实施例的抽油机故障诊断方法还可包括：采集抽油机光杆的载荷，控制中心通过手持机接收抽油机光杆的载荷，并根据抽油机光杆的载荷和位移生成示功图，以及根据示功图对抽油机进行故障诊断。
由此，通过示功图和电功图相结合对抽油机进行故障诊断，更加全面***，进一步提高故障诊断的准确性。
在本发明的实施例中，抽油机的故障包括根据诊断模型和电功图判断出的非载荷故障、根据示功图判断出的载荷故障。其中，非载荷故障包括断脱、停机、三相不平衡、供液不足、气体影响、气锁、出砂、减速箱故障、凡尔漏失，载荷故障包括载荷超限。
在本发明的一个实施例中，可通过电参数采集模块采集抽油机的功率，并通过杆载采集模块采集抽油机光杆的载荷和位移。其中，电参数采集模块可设置于抽油机的控制柜内，其可包括对应抽油机的供电回路设置的电压电流功率采集模块，能够采集抽油机的工作电压、工作电流和功率。杆载采集模块可包括载荷传感器和加速度传感器，分别用于采集光杆的载荷和位移。
在本发明的一个实施例中，可通过北斗短报文的形式将抽油机的功率、抽油机光杆的载荷和位移发送至手持机。手持机由操作人员持有，通过无线通信的方式使得操作人员持有手持机获取抽油机的功率、抽油机光杆的载荷和位移等数据时无需进行开柜、接线等操作，操作安全、方便，对操作人员无资质要求。
在本发明的一个实施例中，控制中心可包括云端服务器和上位机。云端服务器可与手持机进行无线通信，以接收抽油机的功率、抽油机光杆的载荷和位移等数据，并且，云端服务器可每间隔预设时间，例如10min向上位机传输上述数据。上位机可对上述数据进行分析，生成表示功率与位移之间关系的电功图、表示载荷与位移之间关系的示功图，及根据抽油机的电功图模型和电功率模拟软件生成诊断模型、根据诊断模型和电功图对抽油机进行故障诊断。上位机还可通过Web展示电功图、示功图、诊断模型、故障诊断结果等诊断数据。此外，手持端还可从控制中心下载历史故障诊断数据。
在本发明的一个实施例中，抽油机可为皮带抽油机或游梁抽油机，皮带抽油机和游梁抽油机分别具有对应的电功率模型，具体如下：
对于皮带抽油机，其包括图4所示的传动结构，皮带滚筒半径为R，两个皮带滚筒间的距离为H，根据能量守恒和皮带抽油机运行特点，可得到如下的电功率模型：
P·η电机·η传动＝(W-W平)·v
其中，
W平-平衡重
W-悬点载荷
η电机-电机效率
η传动-传动效率(皮带、减速箱等)
v-悬点运动速度
悬点载荷为：
上冲程W＝W杆+W液柱+F振动+f摩擦
下冲程W＝W杆+F振动-f浮力-f摩擦
根据某一型号皮带抽油机的参数，扭矩臂，即皮带滚筒半径R＝0.46米。抽油机一般都由三相异步电机或永磁同步电机拖动，同步电机转速只与电机极对数和电源频率有关，可以视为定值。异步电机的特点是转差率随负载变化很小，也可以将电机近似为匀速转动。由此可以建立如下的皮带抽油机悬点运动模型：
冲程记为S，有：
S＝H+2R
H段为匀速运行段，速度记为v0，2R段为变加速运行段，冲次记为N，有：
得到速度v与位移d和时间t(都从下死点开始)的关系：
表1-皮带抽油机悬点速度与位移的关系
表2-皮带抽油机悬点速度与时间的关系
对于游梁抽油机，从减速箱曲柄的角度，同样根据能量守恒，可以建立下式：
P·η电机·η传动＝T净·ω
其中，
P-电机输入有功功率
η电机-电机效率
η传动-传动效率(皮带、减速箱)
T净-曲柄净扭矩
ω-曲柄角速度
抽油机一般都由三相异步电机或永磁同步电机拖动，同步电机转速只与电机极对数和电源频率有关，可以视为定值。异步电机的特点是转差率随负载变化很小，也可以将电机近似为匀速转动。由此得到曲柄角速度为：
其中，N为冲次(min-1)。
游梁抽油机上冲程和下冲程的运动模型如图5所示，根据该运动模型可得：
J2＝K2+R2-2·K·R·cos(θ-φ)
ψ＝χ-ρ
α＝β+ψ+φ-θ
T净＝TF·(W-B)-T平·Sinθ
其中，
I-曲柄旋转轴与游梁旋转轴的水平距离
K-曲柄旋转轴与游梁旋转轴的距离
R-曲柄旋转半径(曲柄与连杆的连接轴到曲柄旋转轴的距离)
P-连杆长度
A-游梁前臂长
C-游梁后臂长
H-游梁旋转轴距底座的高度
G-曲柄旋转轴距底座的高度
TF-扭矩因数
T净-曲柄净扭矩
T平-平衡重最大扭矩
W-悬点载荷
B-抽油机结构不平衡重
悬点载荷为：
上冲程W＝W杆+W液柱+F振动+f摩擦
下冲程W＝W杆+F振动-f浮力-f摩擦
在本发明的一个实施例中，皮带抽油机和游梁抽油机的电功率模拟软件采用LabVIEW开发，电功率模拟软件包括以下几个组件：
皮带机功率模拟-对比——进行皮带抽油机电功率的理论模拟和模拟图与实测图的对比；
游梁机功率模拟对比——对不同型号游梁抽油机进行实测同步电功图的理论模拟对比；
游梁机等时间之位移采样——不同型号游梁抽油机运行时，对其悬点位移(从下死点开始算起)进行等时间间隔采样，为电功图的理论模拟提供位移数据序列；
游梁机功率模拟——对不同型号游梁抽油机进行电功图的理论模拟；
实测电功图分析工具——包括对电功图的频谱分析和上、下冲程平均值的变化分析；
电功图推导示功图——根据测量的电功图判断地面***无异常时，可推导出示功图进行工况分析，从而充分利用已有的示功图分析技术。
可根据上述电功率模型，结合上述电功率模拟软件，根据各种工况对载荷或传动效率等参量的影响来模拟电功图并抽象出其代表性特征作为诊断模型。也就是说，诊断模型包括根据电功图模型和电功率模拟软件模拟出的电功图，将实测的电功图，即根据同步采集的抽油机的功率、抽油机光杆位移生成电功图与该模拟出的电功图进行比对，便可判断出抽油机是否发生非载荷故障。抽油机是否载荷超限可根据示功图直接判断。
电功率模拟软件的界面如图6所示，该界面可显示示功图、模拟出的电功图和实测的电功图。
下面以断脱故障为例说明皮带抽油机和游梁抽油机的非载荷故障判断过程。
在本发明的一个具体实施例中，皮带抽油机正常时模拟出的电功图界面如图7所示，皮带抽油机断脱故障时模拟出的电功图界面如图8所示，可见发生断脱故障时，上冲程电功率平台或平均功率比断脱前明显降低。如果实测的电功图与图8所示界面的电功图相同或相似，则可判断出皮带抽油机发生断脱故障。
在本发明的一个具体实施例中，游梁抽油机正常时模拟出的电功图界面如图9所示，游梁抽油机断脱故障时模拟出的电功图界面如图10所示，可见发生断脱故障时，上冲程电功率平台或平均功率比断脱前明显降低。如果实测的电功图与图10所示界面的电功图相同或相似，则可判断出游梁抽油机发生断脱故障。
在本发明的一个实施例中，在判断抽油机发生载荷故障时，可降低抽油机运行冲次。低冲次能够有效的降低抽油机运行的最大载荷、有功功率最大值和电流最大值。当光杆的载荷降低后，可逐渐恢复冲次到设定值。
在本发明的一个实施例中，在判断抽油机发生非载荷故障时，可控制报警装置进行报警。报警装置可包括声音报警模块和光报警模块，当抽油机发生非载荷故障时，能够发出声音或发光以进行报警。或者，报警装置可设置于上位机内，上位机可在显示屏上显示报警信息。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抽油机故障诊断***，其特征在于，包括：
综合采集设备，所述综合采集设备用于同步采集所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移；
手持机，所述手持机用于接收所述综合采集设备采集的所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移；
控制中心，所述控制中心用于从所述手持机接收所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移，并根据所述抽油机的功率、所述抽油机光杆位移生成电功图，所述控制中心还根据所述抽油机的电功图模型生成诊断模型，并根据所述诊断模型和所述电功图对所述抽油机进行故障诊断。
2.根据权利要求1所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述综合采集设备还采集所述抽油机光杆的载荷，所述控制中心还通过所述手持机接收所述抽油机光杆的载荷，并根据所述抽油机光杆的载荷和位移生成示功图，以及根据所述示功图对所述抽油机进行故障诊断。
3.根据权利要求2所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述抽油机的故障包括根据所述诊断模型和所述电功图判断出的非载荷故障、根据所述示功图判断出的载荷故障，其中，所述非载荷故障包括断脱、停机、三相不平衡、供液不足、气体影响、气锁、出砂、减速箱故障、凡尔漏失，所述载荷故障包括载荷超限。
4.根据权利要求2所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述综合采集设备包括：
电参数采集模块，所述电参数采集模块用于采集所述抽油机的功率；
杆载采集模块，所述杆载采集模块用于采集所述抽油机光杆的载荷和位移。
5.根据权利要求4所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述电参数采集模块设置于所述抽油机的控制柜内。
6.根据权利要求2所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述综合采集设备和所述手持机均包括北斗短报文通信模块，所述综合采集设备通过北斗短报文的形式将所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的载荷和位移发送至所述手持机。
7.根据权利要求1所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述控制中心包括云端服务器和上位机。
8.根据权利要求3所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，所述控制中心在判断所述抽油机发生载荷故障时，向所述手持机发送降低抽油机运行冲次的控制指令。
9.根据权利要求3所述的抽油机故障诊断***，其特征在于，还包括：
报警装置，所述控制中心在判断所述抽油机发生非载荷故障时，控制所述报警装置进行报警。
10.一种抽油机故障诊断方法，其特征在于，包括：
同步采集所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移；
通过手持机将所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移发送至控制中心；
所述控制中心根据所述抽油机的功率、所述抽油机光杆的位移生成电功图；
所述控制中心根据所述抽油机的电功图模型生成诊断模型；
所述控制中心根据所述诊断模型和所述电功图对所述抽油机进行故障诊断。
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