CN112761594B - 曲柄旋转角度的获取方法、下死点定位方法及变频器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种曲柄旋转角度的获取方法、下死点定位方法及变频器。应用于游梁式抽油机，所述曲柄旋转角度的获取方法包括：获取曲柄旋转角速度，获取所述曲柄旋转一周的时长，获取当前修正系数，根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，获取所述曲柄旋转角度。本申请解决了如何准确获取游梁式抽油机曲柄旋转角度的技术问题。

Description

曲柄旋转角度的获取方法、下死点定位方法及变频器

技术领域

本申请涉及控制领域，尤其涉及一种曲柄旋转角度的获取方法、下死点定位方法及变频器。

背景技术

在实际采油工程中，游梁式抽油机的曲柄旋转角度与抽油机执行设备安全维护时在上下死点位置准确停车、抽油机间抽运行时左右打摆的角度控制、示功图计算、上快下慢或下快上慢的运行中，下冲程与上冲程速度转换等都存在密切关联，目前往往通过安装编码器检测曲柄旋转角度，此种方法增加成本投入与日常维护工作量，而且编码器容易损坏，可靠性比较差。

发明内容

为了解决上述准确获取曲柄旋转角度的技术问题，本申请提供了一种曲柄旋转角度的获取方法、下死点定位方法及变频器。

第一方面，本申请提供了一种曲柄旋转角度的获取方法，应用于游梁式抽油机，所述方法包括：

获取曲柄旋转角速度，

获取所述曲柄旋转一周的时长，

获取当前修正系数，

根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，

获取所述曲柄旋转角度。

可选地，所述获取所述曲柄旋转一周的时长，包括：

获取预设位置捕获到曲柄经过的相邻两个时刻，

获取所述相邻两个时刻的时间间隔，所述时间间隔为所述曲柄旋转一周的时长；

其中，所述预设位置为上死点。

可选地，所述获取曲柄旋转角速度，包括：

获取所述游梁式抽油机变频器的输出频率、所述游梁式抽油机电机磁极对数、所述电机的转差率；

根据所述电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比获取电机传动比；

根据所述变频器的输出频率、所述电机磁极对数、所述电机的转差率以及所述电机传动比，

获取曲柄轴的旋转速度；

根据所述曲柄轴的旋转速度以及所述曲柄旋转周期获取所述曲柄旋转角速度。

可选地，所述获取当前修正系数还包括：

获取历史曲柄旋转角度，

获取所述历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若所述角度误差值在预设角度误差范围内，

获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，

获取所述当前修正系数。

第二方面，本申请提供了一种下死点定位方法，所述方法应用上述曲柄旋转角度的获取方法，所述定位方法包括：

获取曲柄旋转角速度，

获取所述曲柄旋转一周的时长，

获取当前修正系数，

根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，

获取所述曲柄旋转角度；

获取预设位置捕获到所述曲柄时的所述曲柄旋转角度为第一角度，

获取所述预设位置捕获到曲柄时的所述曲柄旋转角度为第二角度，所述第二角度与第一角度的差值为180度时，为所述游梁式抽油机下死点对应的位置；

其中，所述预设位置为上死点。

可选地，所述获取所述曲柄旋转一周的时长，包括：

获取所述预设位置捕获到曲柄经过的相邻两个时刻，

获取所述相邻两个时刻的时间间隔，所述时间间隔为所述曲柄旋转一周的时长。

可选地，所述获取曲柄旋转角速度，包括：

获取所述游梁式抽油机变频器的输出频率、所述游梁式抽油机电机磁极对数、所述电机的转差率；

根据所述电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比获取电机传动比；

根据所述变频器的输出频率、所述电机磁极对数、所述电机的转差率以及所述电机传动比，

获取曲柄轴的旋转速度；

根据所述曲柄轴的旋转速度以及所述曲柄旋转周期获取所述曲柄旋转角速度。

可选地所述获取当前修正系数还包括：

获取历史曲柄旋转角度，

获取所述历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若所述角度误差值在预设角度误差范围内，

获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，

获取所述当前修正系数。

第三方面，本申请提供了一种变频器，所述变频器应用上述的曲柄旋转角度的获取方法，所述变频器包括：

曲柄旋转角度获取模块，用于获取所述曲柄旋转角速度、用于获取所述曲柄旋转一周的时长、用于获取当前修正系数，

并用于根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，获取所述曲柄旋转角度。

可选地，所述变频器还包括：

所述曲柄旋转角度获取模块，还用于获取历史曲柄旋转角度，获取所述历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若所述角度误差值在预设角度误差范围内，

还用于获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并用于获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

修正模块，用于根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，获取所述当前修正系数。

上述应用于游梁式抽油机曲柄旋转角度的获取方法，通过曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，获取曲柄旋转角度，能够准确获取抽油机工作过程中曲柄旋转角度，进而为抽油机示功图的计算、捕获上下冲程的准确执行时间以及捕获上下死点的位置提供了可靠的数据基础，提高***的稳定性和可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中曲柄旋转角度的获取方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中曲柄旋转角度的获取方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中变频器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1，在本申请的实施例中，提供了一种曲柄旋转角度的获取方法，应用于游梁式抽油机，该获取方法包括：

步骤100：获取曲柄旋转角速度；

步骤200：获取曲柄旋转一周的时长；

步骤300：获取当前修正系数；

步骤400：根据曲柄旋转角速度、曲柄旋转一周的时长以及当前修正系数，获取曲柄旋转角度。

在本申请的实施例中，游梁式抽油机的变频器驱动电机旋转，经过皮带与减速箱输出轴驱动做反复圆周运动，该圆周运动可以是匀速，也可以是变速。

在本申请的实施例中，

其中，θ为曲柄旋转角度，即曲柄围绕减速箱输出轴旋转，以曲柄长度为半径，曲柄所经过的弧度，单位为rad；

ω为曲柄旋转角速度，单位为rad/s；

T为曲柄旋转一周的时长，单位为s；

K₂为当前修正系数，预设初始值为1.00，在运行中修正该系数。

在本申请的实施例中，上述应用于游梁式抽油机曲柄旋转角度的获取方法，通过曲柄旋转角速度、曲柄旋转一周的时长以及当前修正系数，获取曲柄旋转角度，无需安装编码器，就能够准确获取抽油机工作过程中曲柄旋转角度，进而为抽油机示功图的计算、捕获上下冲程的准确执行时间以及捕获上下死点的位置提供了可靠的数据基础，提高***的稳定性和可靠性，解决了实时、准确获取曲柄旋转角度的技术问题。

在本申请的实施例中，首先，根据曲柄旋转角度与悬点荷载的对应关系，可以为示功图的生成提供实时、准确的数据，以利于抽油机的实施工况分析和判断；其次，曲柄旋转角度的准确获取能够使游梁式抽油机寒冷天气下间抽打摆的运行状态中，得到适合游梁式抽油机工况的合理的摆动角度，提高***运行的可靠性；再次，为游梁式抽油机上快下慢和/或下快上慢的运行状态提供准确的上下死点的位置，以使在上下死点进行速度变换提供准确的依据，使电能合理分配，达到节能的目的。

在本申请的实施例中，获取曲柄旋转一周的时长，包括：

获取预设位置捕获到曲柄经过的相邻两个时刻，

获取相邻两个时刻的时间间隔，时间间隔为曲柄旋转一周的时长；

其中，预设位置为上死点。

在本申请的实施例中，设置上死点传感器，该上死点传感器为感性型传感器，可以为磁感应传感器，通过感应捕捉到曲柄经过该传感器，进而获取到经过的时刻；以每次曲柄经过该传感器并被该传感器捕获到的时刻开始计时，再次感应触发的时刻为一个旋转周期的结束。

在本申请的实施例中，参照图2，获取曲柄旋转角速度，包括：

步骤101：获取游梁式抽油机变频器的输出频率、游梁式抽油机电机磁极对数、电机的转差率；

步骤102：根据电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比获取电机传动比；

步骤103：根据变频器的输出频率、电机磁极对数、电机的转差率以及电机传动比，获取曲柄轴的旋转速度；

步骤104：根据曲柄轴的旋转速度以及曲柄旋转周期获取曲柄旋转角速度。

在本申请的实施例中，游梁式抽油机变频器的输出频率为f，单位为Hz；游梁式抽油机电机磁极对数为p、电机的转差率为s，若为同步电机，s为0；电机传动比为K₁，由电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比决定该电机传动比；曲柄轴旋转速度为n,单位为rpm/min；

其中：

在本申请的实施例中，变频器的输出频率为f范围为20.00Hz到50.00Hz，进一步提高***运行的精度、可靠性和安全性。

在本申请的实施例中，获取当前修正系数还包括：

获取历史曲柄旋转角度，

获取历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若角度误差值在预设角度误差范围内，

获取角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

获取历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数，

根据角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，曲柄旋转周期、以及历史修正系数，

获取当前修正系数。

在本申请的实施例中，***在首次运行上电后，会出现曲柄旋转角度不在预设角度误差范围的情况，在此种情形下，曲柄旋转角度被舍弃，直至曲柄旋转角度在误差范围内；进一步，根据历史修正系数修正当前修正系数，修正过的系数将趋向合适，并经修正过的系数进行存储，再次上电时，可以直接使用存储的系数，保证再次上电时曲柄旋转角度在预设的误差范围内。

在本申请的实施例中，预设角度误差为Δθ，

在|θ-2π|>Δθ时，获取到的曲柄旋转角度才可以被使用；

对K2进行修正，方法如下：

其中，K_2-1为历史修正系数，可以为上一旋转周期的修正系数。

在本申请的实施例中，获取到的曲柄旋转角度可能会存在偏差，产生该偏差的原因来源于以下几个方面：电机在开环控制下对输出频率f的稳定精度不够，为提高频率输出精度可以采用高性能矢量控制方式驱动电机；皮带打滑或齿轮减速箱磨损；实际工况变化导致负载变化，与及实际传动比设置不适当等其它原因；因此在每个旋转周期结束后对K₂进行修正，以减小偏差，使获取的曲轴旋转角度更接近实际位置角度值，提高在无编码器的开环模式下曲轴旋转角度获取的准确度。

在本申请的实施例中，本申请提供了一种下死点定位方法，该定位方法应用上述曲柄旋转角度的获取方法，包括：

获取曲柄旋转角速度；获取曲柄旋转一周的时长；获取当前修正系数；

根据曲柄旋转角速度、曲柄旋转一周的时长以及当前修正系数，获取曲柄旋转角度；

获取预设位置捕获到曲柄时的曲柄旋转角度为第一角度；

获取预设位置捕获到曲柄时的曲柄旋转角度为第二角度；

第二角度与第一角度的差值为180度时，为游梁式抽油机下死点对应的位置；其中，预设位置为上死点。

在本申请的实施例中，抽油机在工作当中，上下往返运动一次叫做一个冲程，驴头运行到达光杆最下端时称该点为下死点，运行到最上端时该点为上死点；抽油机在一个冲程周期的上冲程阶段，曲柄向下运动，运动到六点半的位置为上死点的位置，即预设的上死点的位置；在下冲程阶段，曲柄向上运动，运动到十二点的位置为下死点的位置，也就是说上下死点的角度差为180度。

在本申请的实施例中，如以上关于上死点传感器的内容所述，通过设置上死点传感器来获取上死点的位置，进而通过同一旋转周期内曲柄旋转角度差为180度来获取下死点的位置，解决了实际应用中由于只设置一个上死点传感器而无法准确获取下死点的技术问题。

在本申请的实施例中，获取曲柄旋转一周的时长，包括：

获取预设位置捕获到曲柄经过的相邻两个时刻，

获取相邻两个时刻的时间间隔，时间间隔为曲柄旋转一周的时长。

在本申请的实施例中，获取曲柄旋转角速度，包括：

获取游梁式抽油机变频器的输出频率、游梁式抽油机电机磁极对数、电机的转差率；

根据电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比获取电机传动比；

根据变频器的输出频率、电机磁极对数、电机的转差率以及电机传动比，

获取曲柄轴的旋转速度；

根据曲柄轴的旋转速度以及曲柄旋转周期获取曲柄旋转角速度。

在本申请的实施例中，获取当前修正系数还包括：

获取历史曲柄旋转角度，

获取历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若角度误差值在预设角度误差范围内，

获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，获取所述当前修正系数。

在本申请的实施例中，参照图3，本申请提供了一种变频器，变频器应用上述曲柄旋转角度的获取方法，该变频器包括：

曲柄旋转角度获取模块10，用于获取曲柄旋转角速度、用于获取曲柄旋转一周的时长、用于获取当前修正系数，

并用于根据曲柄旋转角速度、曲柄旋转一周的时长以及当前修正系数，获取曲柄旋转角度。

在本申请的实施例中，通过变频器的曲柄旋转角度获取模块10实现曲柄旋转角度的实时获取，为游梁式抽油机运行过程中的示功图显示、间抽打摆的运行以及上下死点停车提供准确的数据基础，进而提高***的性能和可靠性。

在本申请的实施例中，该变频器还包括修正模块20：

曲柄旋转角度获取模块，还用于获取历史曲柄旋转角度，获取历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若上述角度误差值在预设角度误差范围内，

还用于获取角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并用于获取角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

修正模块20，用于根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，获取所述当前修正系数。用于调整修正系数，以使获取的曲柄旋转角度偏差更小，准确度更高。

在本申请的实施例中，该变频器还包括曲柄旋转角度输出模块30，用于将实时获取到的曲柄旋转角度输出至其他对于曲柄角度有需求的设备，例如，将实时获取的当前曲柄旋转角度通过RS485或RS422传输至示功图绘制仪器，与当前的电机功率一起作为示功图绘制仪器的输入参数，就可以进行示功图的绘制；通过实时获取的曲柄旋转角度得到的示功图更加符合实际抽油机的工况，提高***的可靠性和精度。

图1为一个实施例中曲柄旋转角度获取方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种曲柄旋转角度的获取方法，其特征在于，应用于游梁式抽油机，所述方法包括：

获取曲柄旋转角速度，

获取所述曲柄旋转一周的时长，

获取当前修正系数，

根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，

获取所述曲柄旋转角度；

所述获取当前修正系数还包括：

获取历史曲柄旋转角度，

获取所述历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若所述角度误差值在预设角度误差范围内，

获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，

获取所述当前修正系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述曲柄旋转一周的时长，包括：

获取预设位置捕获到曲柄经过的相邻两个时刻，

获取所述相邻两个时刻的时间间隔，所述时间间隔为所述曲柄旋转一周的时长；

其中，所述预设位置为上死点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取曲柄旋转角速度，包括：

获取所述游梁式抽油机变频器的输出频率、所述游梁式抽油机电机磁极对数、所述电机的转差率；

根据所述电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比获取电机传动比；

根据所述变频器的输出频率、所述电机磁极对数、所述电机的转差率以及所述电机传动比，

获取曲柄轴的旋转速度；

根据所述曲柄轴的旋转速度以及所述曲柄旋转周期获取所述曲柄旋转角速度。

4.一种下死点定位方法，其特征在于，所述方法应用权利要求1-3任一项所述的曲柄旋转角度的获取方法，所述定位方法包括：

获取曲柄旋转角速度，

获取所述曲柄旋转一周的时长，

获取当前修正系数，

根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，

获取所述曲柄旋转角度；

获取预设位置捕获到所述曲柄时的所述曲柄旋转角度为第一角度，

获取所述预设位置捕获到曲柄时的所述曲柄旋转角度为第二角度，所述第二角度与第一角度的差值为180度时，为所述游梁式抽油机下死点对应的位置；

其中，所述预设位置为上死点。

5.根据权利要求4所述的下死点定位方法，其特征在于，所述获取所述曲柄旋转一周的时长，包括：

获取所述预设位置捕获到曲柄经过的相邻两个时刻，

获取所述相邻两个时刻的时间间隔，所述时间间隔为所述曲柄旋转一周的时长。

6.根据权利要求4所述的下死点定位方法，其特征在于，所述获取曲柄旋转角速度，包括：

获取所述游梁式抽油机变频器的输出频率、所述游梁式抽油机电机磁极对数、所述电机的转差率；

根据所述电机皮带传动比和齿轮减速箱减速比获取电机传动比；

根据所述变频器的输出频率、所述电机磁极对数、所述电机的转差率以及所述电机传动比，

获取曲柄轴的旋转速度；

根据所述曲柄轴的旋转速度以及所述曲柄旋转周期获取所述曲柄旋转角速度。

7.根据权利要求4所述的下死点定位方法，其特征在于，所述获取当前修正系数还包括：

获取历史曲柄旋转角度，

获取所述历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若所述角度误差值在预设角度误差范围内，

获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，

获取所述当前修正系数。

8.一种变频器，其特征在于，所述变频器应用权利要求1-3任一项所述的曲柄旋转角度的获取方法，所述变频器包括：

曲柄旋转角度获取模块，用于获取所述曲柄旋转角速度、用于获取所述曲柄旋转一周的时长、用于获取当前修正系数，

并用于根据所述曲柄旋转角速度、所述曲柄旋转一周的时长以及所述当前修正系数，获取所述曲柄旋转角度。

9.根据权利要求8所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括：

所述曲柄旋转角度获取模块，还用于获取历史曲柄旋转角度，并用于获取所述历史曲柄旋转角度的角度误差值，

若所述角度误差值在预设角度误差范围内，

还用于获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，

并用于获取所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度所对应的历史修正系数；

修正模块，用于根据所述角度误差值在预设角度误差范围内的历史曲柄旋转角度，所述曲柄旋转周期、以及所述历史修正系数，获取所述当前修正系数。

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