CN202583816U - 数字化抽油机智能控制*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种数字化抽油机智能控制***，其集工频与变频无缝切换、冲次自动优化控制、平衡度自动调节、配重检测、无线远程监控及数据存储、能量控制等功能为一体，数字化抽油机智能控制***包括RTU控制单元，传感检测单元，变频控制单元，工频控制单元，调平衡***；传感检测单元的输出端与RTU控制单元连接；RTU控制单元分别通过变频控制单元、工频控制单元与抽油机主电机连接，RTU控制单元通过调平衡***与调平衡小电机连接具有运行稳定、可靠性高、无需维修、操作简单等特点，能够满足油田恶劣的自然环境及供电***，在最低能耗的条件下保证油井最大产量，真正实现了节能增产的效果，节能率可达30％～50％。

Description

数字化抽油机智能控制***
技术领域
本实用新型涉及一种数字化抽油机智能控制***。 
背景技术
我国油田分布区域广泛，大多数油田为低渗透油田，为采油工作提出了很高的要求。针对油田数字化建设现场施工中设备安装工作量大、野外施工难度大、油田现场动火、动电危险度高、设备集成度低、各施工单位安装方式不统一等问题，采用抽油机进行采油过程监控。抽油机经过数十年的发展，对油田企业而言，对其维护及管理带来了巨大的挑战；伴随着油田的持续开采，产油量逐次下降，抽油机的高效能运作显得尤其重要。 
传统抽油机因其结构简单，投资少，维护方便，在各油田得到广泛使用。但随着油田开发的不断深入，油井液量下降，抽油机的抽油能力已经大于油井出油能力，使得油泵充满率降低，泵效降低，耗电量大，抽油杆疲劳破坏，抽油泵寿命缩短，增加了产油成本。 
发明内容
本实用新型为了解决上述背景技术中存在的不足，提供一种集平衡度手动/自动调节、冲次手动/自动调节、工频与变频无缝切换及无线远程监控为一体的数字化抽油机智能控制***。 
为实现上述目的，本实用新型解决技术问题采用如下的技术方案： 
数字化抽油机智能控制***，其特殊之处在于：所述数字化抽油机智能控制***包括RTU控制单元，传感检测单元，变频控制单元，工频控制单元，调平衡***；所述传感检测单元的输出端与RTU控制单元连接；所述RTU控制单元分别通过变频控制单元、工频控制单元与抽油机主电机连接，所述RTU控制单元通过调平衡***与调平衡小电机连接。 
上述变频控制单元为BEM 200。 
上述RTU控制单元为SMART 100。 
上述传感检测单元包括载荷传感器、位移传感器和电流变送器，分别与RTU控制单元连接。 
上述调平衡***包括电位器、接触器、丝杠传动装置和配重块，所述丝杠传动装置一端与电位器连接，另一端与配重块连接；所述接触器通过调节电位器的位置从而控制丝杠传动装置的运动。 
上述调平衡***还包括电流互感器，所述电流互感器与RTU控制单元连接。 
上过无线远程通讯单元与上位机连接。 
上述数字化抽油机智能控制***还包括语音报警模块，所述RTU控制单元与语音报警模块连接。 
上述数字化抽油机智能控制***还包括操作面板，所述RTU控制单元与操作面板连接。 
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和效果如下： 
1、本实用新型提供工频/变频切换功能，可以保证在变频维修时抽油机仍能正常工作，不影响产油量，可以减少抽油机空抽、停抽现象，实现经济效益最大化。 
2、本实用新型通过对载荷传感器、位移传感器和电流变送器的监测，分析计算抽油机的工作状态，实现抽油机自动控制。 
3、本实用新型通过电流、电压的分析，对抽油机的电机实施相关的保护；同时通过语音报警通知抽油机台上的人抽油机的启、停动作，保证生产安全。 
4、本实用新型无线通讯单元的设置，可以通过上位管理机随时监测抽油机控制柜的工作状态，还可以在上位管理机上远程修改抽油机控制柜的工作参数，同时还能遥控抽油机的工作状态。 
5、具备自动/手动调节抽油机冲次功能，自动/手动调节抽油机平衡度功能。 
附图说明
附图1为本实用新型的原理框图； 
附图2为抽油机机械结构示意图。 
其中：1-调平衡小电机；2-配重块；3-驴头；4-丝杠。 
具体实施方式
如图1，本实用新型数字化抽油机智能控制***，包括RTU控制单元，传感检测单元，变频控制单元，工频控制单元，调平衡***；传感检测单元的输出端与RTU控制单元连接；RTU控制单元分别通过变频控制单元、工频控制单元与抽油机主电机连接，RTU控制单元通过调平衡***与调平衡小电机连接。 
变频控制单元可采用BEM 200； 
工频控制单元采用本领域常规技术手段，外接电源； 
RTU控制单元采用SMART 100； 
传感检测单元包括载荷传感器、位移传感器和电流变送器。 
调平衡***包括电位器、接触器、丝杠传动装置和配重块，丝杠传动装置一端与电位器连接，另一端与配重块连接；接触器通过调节电位器的位置从而控制丝杠传动装置的运动。调平衡***还包括电流互感器，所述电流互感器与RTU控制单元连接。 
数字化抽油机智能控制***还包括无线远程通讯单元，RTU控制单元通过无线远程通讯单元与上位机连接，无线远程通讯单元可采用现有的各种无线通讯方式。 
数字化抽油机智能控制***还包括语音报警模块，RTU控制单元与语音报警模块连接。 
数字化抽油机智能控制***还包括操作面板，RTU控制单元与操作面板连接。 
RTU控制单元主要用于控制变频器的启动、停止，改变变频器的输出频率；采集位移信号，计算出实际冲次和冲程；采集变频器的输出功率、输出电压、变频器运行状态、变频器故障状态等参数；还可以输入载荷量程、位移量程、冲程、RTU控制单元地址等数据；能够通过无线远程通讯单元接收控制指令，在接收到控制指令后，能通过MODBUS通讯控制变频器的启动、停止、设定频率、故障复位等。 
RTU控制单元通过传感器采集载荷信号、位移信号和电流信号，计算出抽油机的最佳冲次，并控制变频器改变速度，具备冲次的手动、自动、锁定选择功能，以达到抽油机保持最佳冲次的目的。 
独立的操作面板设置有各种手动自动转换开关、冲次及平衡度显示屏，与 RTU控制单元之间通过通讯传输数据，用于显示“冲次”及“平衡度”。该数字化抽油机智能控制***可放置于一个柜体内，操作面板设置于柜体外，以实现强弱电分离，可以完成现场操作。 
变频控制单元，可实现抽油机冲次无级可调，并实现电机的软启动及多项保护功能。抽油机运行过程中，根据井场功图量油软件的数据接口得到的泵功图或泵充满度，应用最佳冲次技术设计的判定方法计算后，发送指令给变频器，调整电动机输入频率，调整到最合理的抽油机冲次。通过调节冲次，使冲次充分满足井下的供液情况，避免抽空，大大提高抽油泵的充满度，使电能得到充分利用。 
工频控制单元具有工频启动、停止、过流、过载、缺相等保护的功能。 
数字化抽油机智能控制***具备工频与变频无缝切换功能。当抽油机在变频状态下正常运行时，若变频器发生故障，此时***应能够立刻切换至工频状态继续运行，且变频控制故障消除后，***自动切换至变频控制模式下运行，且工频功能与变频间功能互锁。 
调平衡***如图2所示，包括电位器、接触器、丝杠传动装置和配重块2，丝杠传动装置一端与电位器连接，另一端与配重块连接；所述接触器通过调节电位器的位置从而控制丝杠传动装置的运动。丝杠传动装置为丝杠4和丝杠螺母，当丝杠4向左运动时，力矩增大，当丝杠4向右运动时，力矩缩小，使其改变平衡力矩的作用半径，实现较高的精确平衡。本实用新型可以通过手动和自动两种方式来调节抽油机平衡。手动平衡调节通过机械调节方式或调平衡小电机1的正反转来调节抽油机的平衡度；自动平衡调节需加入与RTU控制单元连接的电流互感器，利用抽油机上下冲程的最大电流之比进行判定，以完成平衡度的检测、自动计算、调节、显示等功能。 
数字化抽油机智能控制***具备平衡度的手动、自动、锁定选择功能，且可以自动监测并实时显示抽油机的平衡状况。RTU控制单元通过采集变频器的输出功率、输出电压、变频器运行状态、变频器故障状态等参数，判断抽油机的平衡度，根据平衡状态自动控制调平衡小电机1的正转/反转，调整抽油机平衡，降低峰值电流，达到保护减速器和节能的目的。通过软件可设定平衡度，如90～100%为最佳平衡状态，当采集的传感器数据计算之后，自动启动平衡电 机进行至最佳。可以自动完成冲次及平衡度调节，避免抽空，大大提高抽油泵的充满度，使电能得到充分利用。 
利用无线远程通讯单元和上位机之间进行无线通讯，用上位机实时监测和遥控抽油机的工作状态，该无线远程通讯单元，可自行定义数据的传输协议，在接收到发送指令后发送相关数据。具有多种类型的通信接口，根据标准的通信协议，RTU控制单元可提供RS232、RS485或RJ45等对外接口。具有多种通讯方式，RTU控制单元的串行通信口经光电隔离器输入端接单片机的串行口，RTU控制单元的输出端的通讯方式为RS485，分别与上位机和变频器通信，本实施例中的RTU控制单元具备1个RS485通讯接口，具备无线数传功能，用来取代井厂内的通讯电缆的布线（有效传输距离>200m）；不使用无线模块时，无线数传口也可以使用有线进行连接组网。为油田的集散控制和数字化管理提供了网络平台，可进行远程控制，节约能源。 
本实用新型还可设置有过压、欠压、过流、过载、过热、输入缺相或不平衡、输出缺相或不平衡防雷保护、防闪断等等多种保护。保护动作发生时变频器能输出硬接点，与外部报警或切换回路连接。 

Claims (9)

1.数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述数字化抽油机智能控制***包括RTU控制单元，传感检测单元，变频控制单元，工频控制单元，调平衡***；所述传感检测单元的输出端与RTU控制单元连接；所述RTU控制单元分别通过变频控制单元、工频控制单元与抽油机主电机连接，所述RTU控制单元通过调平衡***与调平衡小电机连接。
2.根据权利要求1所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述变频控制单元为BEM 200。
3.根据权利要求1所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述RTU控制单元为SMART 100。
4.根据权利要求1所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述传感检测单元包括载荷传感器、位移传感器和电流变送器，分别与RTU控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述调平衡***包括电位器、接触器、丝杠传动装置和配重块，所述丝杠传动装置一端与电位器连接，另一端与配重块连接；所述接触器通过调节电位器的位置从而控制丝杠传动装置的运动。
6.根据权利要求5所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述调平衡***还包括电流互感器，所述电流互感器与RTU控制单元连接。
7.根据权利要求1-6任一所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述数字化抽油机智能控制***还包括无线远程通讯单元，所述RTU控制单元通过无线远程通讯单元与上位机连接。
8.根据权利要求7所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述数字化抽油机智能控制***还包括语音报警模块，所述RTU控制单元与语音报警模块连接。
9.根据权利要求8所述的数字化抽油机智能控制***，其特征在于：所述数字化抽油机智能控制***还包括操作面板，所述RTU控制单元与操作面板连接。
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