CN103293990B - 一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器及控制方法，它包含以下步骤:（1）、信号采集；（2）、信号传输;（3）、信号处理与模式判断：集成无线通信功能的DSP数据采集模块在接收悬点载荷与位移的数字信号后，计算出一个冲次的示功图的面积，并且将该冲次的示功图的面积和该油井标准抽油时所采集的示功图面积进行对比，根据面积对比判断抽油机控制模式；（4）、执行模式命令。本发明的有益效果是：利用传感技术实时测量油井示功图数据，在线判别间抽，从而实现抽油机间抽自动化控制，同时减轻了采油工作人员的工作量，合理的间抽避免了空抽，减小了设备的维修率，同时自我动态调整间抽时间达到了节能不减产的目的。

Description

一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器及控制方法，属于电机控制技术领域。
背景技术
随着对石油的连续开采，我国部分油田己进入开采的中后期，油田的产量也在呈一个下降的趋势，油井的连续供液能力凸显不足，执行间抽采油不可避免。目前，国内油田主要利用节能自控设备达到常抽井的电控节能目的，缺乏实现间抽自动化控制为主要功能的设备。因此，研制智能间抽设备可以减轻采油工作人员的工作量，合理的间抽可以避免空抽，减小设备的维修率，同时自我动态调整间抽时间能达到节能不减产的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器及控制方法，能实现抽油机的自动化控制，减小设备的维修率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器，它包括油井工况检测一体化远程示功仪、集成无线通信功能的DSP数据采集模块、PLC控制器以及变频器，其中，油井工况检测一体化远程示功仪的信号输入端与用于驱动抽油机的永磁同步电机信号传感器相连，用于采集永磁同步电机悬点载荷与位移信号，油井工况检测一体化远程示功仪的信号输出端通过网络与集成无线通信功能的DSP数据采集模块相连，集成无线通信功能的DSP数据采集模块的输出端与PLC控制器的信号输入端相连，PLC控制器的信号输出端与变频器的信号输入端相连，变频器有检测信号输出端和控制信号输出端，其中，控制信号输出端与永磁同步电机相连，检测信号输出端与PLC控制器相连。
一种永磁同步电机直驱式抽油机控制方法，它包含以下步骤:
（1）、信号采集：油井工况检测一体化远程示功仪采集永磁同步电机上能够直接反映油井工况的悬点载荷与位移信号；
（2）、信号传输：利用无线传输技术将其信号传送到集成无线通信功能的DSP数据采集模块；
（3）、信号处理与模式判断：集成无线通信功能的DSP数据采集模块在接收悬点载荷与位移的数字信号后，计算出一个冲次的示功图的面积，并且将该冲次的示功图的面积和该油井标准抽油时所采集的示功图面积进行对比，根据面积对比判断抽油机控制模式，其中，当实际测得的示功图面积值大于标准面积的80%，执行抽油机正常控制模式；若实际测得的示功图面积值小于标准面积的60%，抽油机低速运行控制或停机模式；若在两者之间时，执行间抽控制模式；
（4）、执行模式命令：其中，判断为正常控制模式时，重复以上步骤；判断为低速运行控制或停机模式时，集成无线通信功能的DSP数据采集模块发送低速运行控制或停机指令给PLC控制器，PLC控制器将其信号传送至变频器，然后变频器变频使永磁同步电机低速运行或停机；判断为间抽模式时，集成无线通信功能的DSP数据采集模块发送间抽指令给PLC控制器，PLC控制器将其信号传送至变频器，然后变频器变频使永磁同步电机降速或停机，满足间抽的要求，从而实现控制抽油机的运行状态。
本发明的有益效果在于：利用传感技术实时测量油井示功图数据，在线判别间抽，从而实现抽油机间抽自动化控制，同时减轻了采油工作人员的工作量，合理的间抽避免了空抽，减小了设备的维修率，同时自我动态调整间抽时间达到了节能不减产的目的。
附图说明
图1为本发明的系统框架图；
图2为本发明的控制流程图；
图3是油井供液不足示意图；
图4是油井标准示功图。
其中，1-油井工况检测一体化远程示功仪，2-集成无线通信功能的DSP数据采集模块，3-PLC控制器，4-变频器，5-永磁同步电机。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1，一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器，它包括油井工况检测一体化远程示功仪1、集成无线通信功能的DSP数据采集模块2、PLC控制器3以及变频器4，其中，油井工况检测一体化远程示功仪1的信号输入端与用于驱动抽油机的永磁同步电机5信号传感器相连，用于采集永磁同步电机5悬点载荷与位移信号，油井工况检测一体化远程示功仪1的信号输出端通过网络与集成无线通信功能的DSP数据采集模块2相连，集成无线通信功能的DSP数据采集模块2的输出端与PLC控制器3的信号输入端相连，PLC控制器3的信号输出端与变频器4的信号输入端相连，变频器4有检测信号输出端和控制信号输出端，其中，控制信号输出端与永磁同步电机5相连，检测信号输出端与PLC控制器3相连。
如图2，一种永磁同步电机直驱式抽油机控制方法，它包含以下步骤:
（1）、信号采集：油井工况检测一体化远程示功仪1采集永磁同步电机5上能够直接反映油井工况的悬点载荷与位移信号；
（2）、信号传输：利用无线传输技术将其信号传送到集成无线通信功能的DSP数据采集模块2；
（3）、信号处理与模式判断：集成无线通信功能的DSP数据采集模块2在接收悬点载荷与位移的数字信号后，计算出一个冲次的示功图的面积，并且将该冲次的示功图的面积和该油井标准抽油时所采集的示功图面积进行对比，根据面积缺失的比例来判断油井中液面状况，从而判断抽油机控制模式，其中，当实际测得的示功图面积值大于标准面积的80%，执行抽油机正常控制模式；若实际测得的示功图面积值小于标准面积的60%，抽油机低速运行控制或停机模式；若在两者之间时，执行间抽控制模式；
在一个冲次内，油井工况检测一体化远程示功仪1可以采集200组二维数据（位移与载荷信号），形成示功图。利用公式（1）计算一个冲次的示功图面积
S = lim x → ∞ Σ i = 0 n - 1 ( P i u - P i l ) ( X i + 1 - X i ) - - - ( 1 )
式中分别为示功图上下冲程的横纵坐标，n为采样频率。
图3为实时在线计算的某一个冲次的示功图面积，与图4的油井标准示功图对比可知，在抽油机下冲程时，示功图出现右下部分面积缺失，说明由于油井液面下降导致抽油泵中油量不足，这时需要采取间抽的控制模式。
（4）、执行模式命令：其中，判断为正常控制模式时，重复以上步骤；判断为低速运行控制或停机模式时，集成无线通信功能的DSP数据采集模块2发送低速运行控制或停机指令给PLC控制器3，PLC控制器3将其信号传送至变频器4，然后变频器4变频使永磁同步电机5低速运行或停机；判断为间抽模式时，集成无线通信功能的DSP数据采集模块2发送间抽指令给PLC控制器3，PLC控制器3将其信号传送至变频器4，然后变频器4变频使永磁同步电机5降速或停机，满足间抽的要求，从而实现控制抽油机的运行状态。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机直驱式抽油机控制器，其特征在于：它包括油井工况检测一体化远程示功仪(1)、集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)、PLC控制器(3)以及变频器(4)，其中，油井工况检测一体化远程示功仪(1)的信号输入端与用于驱动抽油机的永磁同步电机(5)信号传感器相连，用于采集永磁同步电机(5)悬点载荷与位移信号，油井工况检测一体化远程示功仪(1)的信号输出端通过网络与集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)相连，集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)的输出端与PLC控制器(3)的信号输入端相连，PLC控制器(3)的信号输出端与变频器(4)的信号输入端相连，变频器(4)有检测信号输出端和控制信号输出端，其中，控制信号输出端与永磁同步电机(5)相连，检测信号输出端与PLC控制器(3)相连；
所述永磁同步电机直驱式抽油机控制器的使用方法，包含以下步骤:
(1)、信号采集：油井工况检测一体化远程示功仪(1)采集永磁同步电机(5)上能够直接反映油井工况的悬点载荷与位移信号；
(2)、信号传输：利用无线传输技术将其信号传送到集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)；
(3)、信号处理与模式判断：集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)在接收悬点载荷与位移的数字信号后，计算出一个冲次的示功图的面积，并且将该冲次的示功图的面积和该油井标准抽油时所采集的示功图面积进行对比，根据面积对比判断抽油机控制模式，其中，当实际测得的示功图面积值大于标准面积的80％，执行抽油机正常控制模式；若实际测得的示功图面积值小于标准面积的60％，抽油机低速运行控制或停机模式；若在两者之间时，执行间抽控制模式；
(4)、执行模式命令：其中，判断为正常控制模式时，重复以上步骤；判断为低速运行控制或停机模式时，集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)发送低速运行控制或停机指令给PLC控制器(3)，PLC控制器(3)将其信号传送至变频器(4)，然后变频器(4)变频使永磁同步电机(5)低速运行或停机；判断为间抽控制模式时，集成无线通信功能的DSP数据采集模块(2)发送间抽指令给PLC控制器(3)，PLC控制器(3)将其信号传送至变频器(4)，然后变频器(4)变频使永磁同步电机(5)降速或停机，满足间抽的要求，从而实现控制抽油机的运行状态。
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