CN103676767A - 智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，包括可编程控制器PLC、变频器、能量回馈单元、交流电动机、人机界面（HMI）、压力传感器、井口保护传感器、旋转编码器和远程数据传输单元DTU；压力传感器、井口保护传感器、人机界面（HMI）、旋转编码器、变频器、远程数据传输单元DTU分别和可编程控制器PLC连接；能量回馈单元和交流电动机分别与变频器连接。采用本发明的技术方案，能够组成抽油机的闭环控制系统。有效控制提捞次数并提高单次采油量；解决了直接驱动机械冲击大的问题；将抽子下行时所发出的电能回馈电网，达到节能目的；PLC可控制变频器减速停车，这就能避免抽子撞到井口，保证了设备的安全。

Description

智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统

技术领域

本发明涉及石油行业的采油设备，特别适合于低产井和煤层气的开采用到的间歇提捞式抽油机。

背景技术

在当今社会，石油已经成为非常宝贵的能源。油田的开采有明显的生产周期，经历了开始、生长、旺盛到衰落的过程。国内部分油田经过了几十年的开采，油液产量已大幅减少。如果还是使用传统的抽油机来采油，会造成空抽、耗能等问题。智能间歇提捞式抽油机的出现，改变了传统抽油机的采油方式，解决了传统抽油机采油方式的缺点。但是智能间歇提捞式抽油机还存在井口碰撞和工频直接起动带来的诸多问题。

发明内容

本发明要解决的问题是克服智能间歇提捞式抽油机的上述缺点，提供一种闭环控制系统来解决机械冲击大、能耗高、不安全等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，包括可编程控制器PLC、变频器、能量回馈单元、交流电动机、人机界面（HMI）、压力传感器、井口保护传感器、旋转编码器和远程数据传输单元DTU；压力传感器、井口保护传感器、人机界面（HMI）、旋转编码器、变频器、远程数据传输单元DTU分别和可编程控制器PLC连接；能量回馈单元和交流电动机分别与变频器连接。

上述方案中，能量回馈单元与变频器直流母线连接，同时与输入的三相交流电源相连接，将抽子下行时所发出的电能回馈电网，达到节能目的。

上述方案中，压力传感器与抽子连接，用于井下压力参数检测，并通过柔性钢丝绳将信号传送到可编程控制器PLC。

上述方案中，井口保护传感器的发射装置连接在钢丝绳上，置于抽子上方，随抽子移动，井口保护传感器的接收装置位于井口处的固定位置，在发射装置进入接收装置的感应区后，接收装置立刻输出报警信号到可编程控制器PLC。

上述方案中，旋转编码器安装于钢丝绳经过的定滑轮上，其输出和可编程控制器PLC连接，通过测量钢丝绳的长度测量抽子运行位置。

本发明的有益效果是：采用本发明的技术方案，能够组成抽油机的闭环控制系统。利用压力传感器检测井下压力参数，将此压力信号传送至可编程控制器PLC，当达到设定的压力值后，PLC控制变频器启动，开始上行抽油，如未到设定的压力值，抽子将在此位置等待液面压力的上升。这样可有效控制提捞次数并提高单次采油量。

使用变频器驱动交流电动机，这就保证了可以自由设定电机启动和停止的速度变化率，实现交流电动机的调速、软起和软停，解决了直接驱动机械冲击大的问题，同时变频器的应用可减小对电网的冲击。能量回馈单元与变频器直流母线连接，同时与输入的三相交流电源相连接，将抽子下行时所发出的电能回馈电网，达到节能目的。

井口保护传感器的发射装置套在钢丝绳上，在抽子上方，随抽子移动，井口保护传感器的接收装置位于井口处，当井口保护传感器的发射装置（代表抽子）进入井口保护传感器的接收装置的感应区后，接收装置立刻输出报警信号，给可编程控制器PLC。PLC可控制变频器减速停车，这就能避免抽子撞到井口，保证了设备的安全。

旋转编码器装于钢丝绳经过的定滑轮的轴上，钢丝绳与定滑轮之间有一定的包角，保证不会打滑，因此将旋转编码器的输出连接到可编程控制器PLC，在PLC里对收到的脉冲进行方向判断和累计计数，此计数的结果与经过定滑轮的钢丝绳的长度成正比，也就是测出了经过滑轮的钢丝绳的长度。进一步，由测出的钢丝绳长度就可得出抽子的当前位置。

人机界面（HMI）与PLC控制器连接，用于设定工作参数和显示整个抽油机系统运行数据。远程数据传输单元（DTU）和可编程控制器PLC连接，可通过无线信号传输实现系统的远程操控。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

具体实施方式

控制系统由可编程控制器（PLC）、变频器、能量回馈单元、交流电动机、人机界面（HMI）、压力传感器、井口保护传感器、旋转编码器和远程数据传输单元（DTU）组成，如图1所示。

压力传感器与抽子连接，用于井下压力参数检测，并通过柔性钢丝绳将检测的压力信号传送到可编程控制器PLC。

井口保护传感器的发射装置套在钢丝绳上，在抽子上方，随抽子移动，井口保护传感器的接收装置位于井口处，当井口保护传感器的发射装置（代表抽子）进入井口保护传感器的接收装置的感应区后，接收装置立刻输出报警信号，给可编程控制器PLC。

变频器用来驱动交流电动机，实现电机的调速、软起和软停，并减小对电网的冲击。

人机界面HMI，用于设定各项参数和显示抽油机系统的运行数据。传感器用于采集抽油机运行中的实时数据并传送给PLC。

旋转编码器用于测量抽子位置。

远程数据传输单元（DTU）由通讯设备、天线、备用电源组成。它可以利用无线数据传输系统，将产量、液面深度、运行参数、故障报警等数据信息发送到用户的手机或计算机终端上，同时用户也可以利用手机或计算机远程控制设备的运行。

本发明的工作过程：利用压力传感器检测井下压力参数，将压力信号传送至可编程控制器PLC，当达到设定的压力值后，PLC控制变频器启动，开始上行抽油，如未到设定的压力值，抽子将在此等待液面压力的上升。本发明可有效控制提捞次数并提高单次采油量，加之变频器带能量回馈单元，有显著的节能效果。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，其特征在于：包括可编程控制器PLC、变频器、能量回馈单元、交流电动机、人机界面（HMI）、压力传感器、井口保护传感器、旋转编码器和远程数据传输单元DTU；压力传感器、井口保护传感器、人机界面（HMI）、旋转编码器、变频器、远程数据传输单元DTU分别和可编程控制器PLC连接；能量回馈单元和交流电动机分别与变频器连接。

2.根据权利要求1所述的智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，其特征在于：能量回馈单元与变频器直流母线连接，同时与输入的三相交流电源相连接，将抽子下行时所发出的电能回馈电网，达到节能目的。

3.根据权利要求1所述的智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，其特征在于：压力传感器与抽子连接，用于井下压力参数检测，并通过柔性钢丝绳将信号传送到可编程控制器PLC。

4.根据权利要求3所述的智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，其特征在于：井口保护传感器的发射装置连接在钢丝绳上，置于抽子上方，随抽子移动，井口保护传感器的接收装置位于井口处的固定位置，在发射装置进入接收装置的感应区后，接收装置立刻输出报警信号到可编程控制器PLC。

5.根据权利要求3所述的智能间歇提捞式抽油机闭环控制系统，其特征在于：旋转编码器安装于钢丝绳经过的定滑轮上，其输出和可编程控制器PLC连接，通过测量钢丝绳的长度测量抽子运行位置。

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