CN113863918B - 一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置，包括：利用角度传感器采集悬点角度变化数据，利用电能表计量抽油机电机的耗能量，根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能，利用公式计算所述游梁式抽油机的平衡率。以解决传统的电流法测量游梁式抽油机平衡率时，容易出现判定不准确的问题。
Description
技术领域
本申请涉及抽油机监控领域，尤其涉及一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置。
背景技术
游梁式抽油机的电机在上、下冲程的负载是非常不均匀的，同时悬点速度和加速度的变化会加速负载的不均匀性，负载的不均匀性会严重影响四连杆机构、减速箱和电机的寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加抽油杆断裂的风险。所以，需要合理的对游梁式抽油机平衡进行调节，以及对游梁式抽油机平衡率进行实时监控。
目前电流法是对游梁式抽油平衡率监测的主要方法，电流法监测简便、使用工具少，便于操作，因此在井场普遍采用。然而电流法在实际操作上存在着较大的缺陷，准确性差，存在虚假平衡的问题。根据电流法为平衡判定标准来调整的游梁式抽油机平衡经常会出现调整后抽油机的日耗电量比调整前增加的现象。
为了解决这个问题，通常需要多次测量或采用其他方法对电流法监测平衡率后的数据进行验证，无法解决简便、准确监测游梁式抽油机平衡率的目的。
发明内容
本申请提供了一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置，以解决在采用传统的判定游梁式抽油机平衡率时容易出现判定不准确的问题。
一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法，包括：
利用角度传感器采集悬点角度变化数据，利用电能表计量抽油机电机的耗能量；
根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能；
利用公式(1)计算所述游梁式抽油机的平衡率：
优选地，所述根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能包括：
根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向；
当所述悬点做上行运动时，识别电能表有功脉冲信号，并利用第一加法计数器计量所述悬点上行电能；
当所述悬点做下行运动时，识别电能表有功脉冲信号，并利用第二加法计数器计量所述悬点下行电能。
优选地，根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向包括：
设定游梁式抽油机下死点至上死点冲程范围为0-100，下死区范围为0-2，上死区范围为98-100；
利用所述悬点角度变化数据获得所述游梁式抽油机的悬点位置Pos；
利用所述悬点位置Pos判断所述悬点是否位于上死区或下死区，若是，则检测下降沿信号，否则，重复该步骤；
若所述悬点位于下死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入上行运动；若所述悬点位于上死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入下行运动。
本申请提供的技术方案中，还提供一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置，包括：角度传感器，电能表以及PLC处理模块；
所述角度传感器，用于采集悬点角度变化数据，并将所述悬点角度变化数据发送至PLC处理模块；
所述电能表，用于计量抽油机电机的耗能量，并发送至所述PLC处理模块；
所述PLC处理模块，用于接收所述悬点角度变化数据和所述耗能量数据，并利用所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向、结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能、利用公式(1)计算所述游梁式抽油机的平衡率：
优选地，所述角度传感器安装在所述游梁中心部位，所述角度传感器的侧面与所述游梁转动轴线相垂直。
优选地，所述一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置还包括人机界面，用于显示计算出来的游梁式抽油机的平衡率。
本发明提供的基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法，通过电能表可采集耗能量、通过角度传感器可采集悬点角度变化数据，PLC处理模块利用上述数据可实现对游梁式抽油机的平衡率的监测，在实际应用中，由于电能表可以准确地计量抽油机电机的用电量，因此可以避免由于电流法在实际应用中存在虚假平衡的问题。例如，用钳形电流表测试游梁式抽油机平衡率时认为游梁式抽油机处于平衡状态，但实际上游梁式抽油机运行在不平衡状态。本申请提供的技术方案，可以辅助调整游梁式抽油机平衡，提高游梁式抽油机平衡率，可有效延长游梁式抽油机的使用寿命，提高***效率，达到节能增效的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法流程示意图；
图2为一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法原理图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的***和方法的示例。
本申请提供的技术方案中，提供了一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法，请参见图1，包括：
S1：利用角度传感器采集悬点角度变化数据，利用电能表计量抽油机电机的耗能量；
S2：根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能；
S3：利用公式(1)计算所述游梁式抽油机的平衡率：
进一步的，所述根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能包括：
根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向；
当所述悬点做上行运动时，识别电能表有功脉冲信号，并利用第一加法计数器计量所述悬点上行电能；
当所述悬点做下行运动时，识别电能表有功脉冲信号，并利用第二加法计数器计量所述悬点下行电能。
进一步的，根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向包括：
设定游梁式抽油机下死点至上死点冲程范围为0-100，下死区范围为0-2，上死区范围为98-100；
利用所述悬点角度变化数据获得所述游梁式抽油机的悬点位置Pos；
利用所述悬点位置Pos判断所述悬点是否位于上死区或下死区，若是，则检测下降沿信号，否则，重复该步骤；
若所述悬点位于下死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入上行运动；若所述悬点位于上死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入下行运动。
在本申请提供的技术方案中，还提供了一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置，包括：角度传感器，电能表以及PLC处理模块；
所述角度传感器，用于采集悬点角度变化数据，并将所述悬点角度变化数据发送至PLC处理模块；
所述电能表，用于计量抽油机电机的耗能量，并发送至所述PLC处理模块；
所述PLC处理模块，用于接收所述悬点角度变化数据和所述耗能量数据，并利用所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向、结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能、利用公式(1)计算所述游梁式抽油机的平衡率：
进一步地，所述角度传感器安装在所述游梁中心部位，所述角度传感器的侧面与所述游梁转动轴线相垂直。
进一步地，一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置，还包括：人机界面，用于显示计算出来的游梁式抽油机的平衡率。
在实际应用中，所述PLC处理模块，还用于将所述悬点角度变化数据转换为工程量数据。在实际应用中，请参见图2，电能表经电流互感器测量抽油机电机的输入电能并将有功电能脉冲S+和S-接入所诉可编程逻辑控制器数字量通道，用可编程逻辑控制器的计数器功能计量有功电能脉冲数，经过程序计算换算成有功电能；角度传感器的反馈信号接入可编程逻辑控制器的模拟量输入通道，经过程序计算换算成抽油机悬点相对下死点的位移，利用位移数据经程序计算，判断出抽油机的运行方向，从而实现上、下方向电能分别计量。
在判断游梁式抽油机悬点运动轨迹时，由角度传感器的反馈信号经PLC程序判断出悬点相对下死点的位移，经程序判断，如果抽油机处于上行状态，此时将电能表的有功脉冲计入可编程逻辑控制器的用于计量上行电能脉冲数的加计数指令1中；如果抽油机处于下行状态，此时将电能表的有功脉冲计入可编程逻辑控制器的用于计量上行电能脉冲数的加计数指令2中，这样由能电能表的脉冲常数通过可编程逻辑控制器程序计算，便可得到上行电能和下行电能，从而计算出抽油机的平衡率。
在本申请提供的技术方案中，悬点运行方向的判断原理如下：
游梁式抽油机正常工作时，因为上死点和下死点与水平面的夹角是固定的，所以角度传感器的反馈电流上限值和下限值也是固定的，若规定抽油机处于下死点位移为0.0，处于上死点位移为100.0，可以根据角度传感器的当前反馈值，确定抽油机悬点当前位置Pos，其中，
由于抽油机工作时上下往复运行，所以抽油机上行时Pos值由0.0逐渐增加到100.0，抽油机下行时Pos值由100.0逐渐减小到0.0；若设定上限位为98.0～100.0，设定下限位范围为0.0～2.0，可使用PLC的实数比较指令、上升沿检测指令、下降沿检测指令判断抽油机的运行方向。
用PLC的实数比较指令，若Pos大于0.0且小于2.0，则判断出抽油机处于下死区，只有抽油机向上运行出下死区，即Pos大于2.0时，PLC下降沿检测指令才能检测到下死区的下降沿信号；若抽油机向下运行进入到下死区，则检测到的是下死区的上升沿信号，所以此判断具有唯一性。
用PLC的实数比较指令，若Pos大于98.0且小于100.0，则判断出抽油机处于上死区，只有抽油机向下运行出上死区，即Pos小于98.0时，PLC下降沿检测指令才能检测到上死区的下降沿信号；若抽油机向上运行进入到上死区，则检测到的是上死区的上升沿信号，所以此判断具有唯一性。
电能表有功脉冲信号接入到PLC的数字量输入点，当抽油机处于上行状态时，将脉冲信号通过上升沿指令输入到PLC第一加法计数器，用来计量上行有功电能脉冲数；当抽油机处于下行状态时，将脉冲信号通过上升沿指令输入到PLC第二加法计数器，用来计量下行有功电能脉冲数。例如，电能表的脉冲常数为6400imp/kWh，电流互感器的倍率Irat为40，则表示多功能电能表每计量40kWh电能会发出6400个脉冲，每个脉冲当量为40/6400kWh。上行电能＝C1*40/6400kWh，下行电能＝C2*40/6400kWh。在一定时间内，分别计量抽油机的上行电能和下行电能，即可监测出抽油机的平衡率。
电能法测平衡率的公式为：
综上所述，本申请提供的技术方案，基于PLC控制及信号处理技术，将多功能电能表有功电能脉冲输出、角度传感器反馈信号接入PLC经程序处理，并在人机界面上实时显示，可实现基于电能法对游梁式抽油机的平衡率监测，辅助调整游梁式抽油机平衡，提高游梁式抽油机的平衡率，达到延长抽油机的使用寿命，提高***效率，达到节能增效效果。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法，其特征在于，包括：
利用角度传感器采集悬点角度变化数据，利用电能表计量抽油机电机的耗能量；
根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能；
利用公式(1)计算所述游梁式抽油机的平衡率：
其中，根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向包括：
设定游梁式抽油机下死点至上死点冲程范围为0-100，下死区范围为0-2，上死区范围为98-100；
利用所述悬点角度变化数据获得所述游梁式抽油机的悬点位置Pos，其中，悬点位置Pos根据角度传感器的当前反馈值、悬点位置位于上死点时对应的角度传感器的上死点反馈值和悬点位置位于下死点时对应的角度传感器的下死点反馈值确定，公式如下：
利用所述悬点位置Pos判断所述悬点是否位于上死区或下死区，若是，则检测下降沿信号，否则，重复该步骤，其中，若Pos大于0.0且小于2.0，则悬点位于下死区，当悬点向上运行出下死区，即Pos大于2.0时，检测到下降沿信号；若Pos大于98.0且小于100.0，则悬点位于上死区，当悬点向下运行出上死区，即Pos小于98.0时，检测到下降沿信号；
若所述悬点位于下死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入上行运动；若所述悬点位于上死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入下行运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法，其特征在于：
所述根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向，并结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能包括：
根据所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向；
当所述悬点做上行运动时，识别电能表有功脉冲信号，并利用第一加法计数器计量所述悬点上行电能；
当所述悬点做下行运动时，识别电能表有功脉冲信号，并利用第二加法计数器计量所述悬点下行电能。
3.一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置，其特征在于，所述基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置用于执行权利要求1或2所述的基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法，所述基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置包括：角度传感器，电能表以及PLC处理模块；
所述角度传感器，用于采集悬点角度变化数据，并将所述悬点角度变化数据发送至PLC处理模块；
所述电能表，用于计量抽油机电机的耗能量，并发送至所述PLC处理模块；
所述PLC处理模块，用于接收所述悬点角度变化数据和所述耗能量数据，并利用所述悬点角度变化数据判定所述悬点的运行方向、结合所述耗能量数据得到抽油机电机的上行电能和下行电能、利用公式(1)计算所述游梁式抽油机的平衡率：
4.根据权利要求3所述的一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置，其特征在于：所述角度传感器安装在所述游梁中心部位，所述角度传感器的侧面与所述游梁转动轴线相垂直。
5.根据权利要求3所述的一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测装置，其特征在于：还包括人机界面，用于显示计算出来的游梁式抽油机的平衡率。
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