CN106470007A - 一种抽油机电机变速运行控制方法及柔性控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抽油机技术领域,特别是一种抽油机电机变速运行控制方法,包括以下步骤,步骤S101:抽油机数据采集,通过生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数;步骤S102:柔性控制计算,将抽油机数据传输给RTU单元的采集单元,然后通过RTU单元的运算单元进行柔性控制计算;步骤S103:抽油机电机变速控制,生产单元的变频控制单元接收RTU单元的运算单元计算的柔性控制计算结构,将电机变频信息传输给电机单元,电机单元变频之后传输给抽油机,实现底层柔性控制。采用上述方法和结构后,本发明可以实现一键式的变频控制,在快速实现抽油机柔性控制的同时,提高了变频精度,减少了人力输出,大大地提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及抽油机技术领域,特别是一种抽油机电机变速运行控制方法及柔性控制器。
背景技术
在抽油机常规状态下曲柄匀速转动,悬点速度轨迹呈准正弦运动规律,使电机和减速箱运行过程中所承受的是一种周期性交变负载,电机和减速箱的扭矩峰值及交变幅度大,杆柱承受不均衡的振动载荷和惯性载荷,对抽油杆柱造成严重的冲击;泵柱塞运行速度分布不均匀,存在较大速度峰值,导致产液量和泵效低等问题。抽油机井变速驱动为解决这一问题提供思路。
一般情况下,电机的运转频率保持50Hz不变,但是对于抽油机运转来说,保持50Hz频率运行并不能达到最优运行,在单位产液耗电量上都可能存在一定的浪费,因此提出了电机变频控制。电机变频控制是通过变频控制部件控制电机的运转频率,通过调整电机的运转频率来实现单位产液耗电量的优化,从而达到节能降耗的效果。
中国发明专利CN 103501152 A公开了一种变频控制抽油机电机的方法,通过利用安装在抽油机电机转轴上的转矩检测器来检测抽油机电机的转矩大小,当检测到抽油机电机是处于发电状态时增加变频器的输出频率,从而抑制电机的发电,使回馈到变频器中制动单元的直流回路的能量大大减小,甚至没有回馈,即避免了因电压上升的过高毁坏变频器的可能性,又减小了能量的浪费。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种快速实现抽油机柔性控制且变频精度高的抽油机电机变速运行控制方法及柔性控制器。
为解决上述的技术问题,本发明包括一种抽油机电机变速运行控制方法,包括以下步骤,包括以下步骤,
步骤S101:抽油机数据采集,通过生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数;
步骤S102:柔性控制计算,将抽油机数据传输给RTU单元的采集单元,然后通过RTU单元的运算单元进行柔性控制计算;
步骤S103:抽油机电机变速控制,生产单元的变频控制单元接收RTU单元的运算单元计算的柔性控制计算结构,将电机变频信息传输给电机单元,电机单元变频之后传输给抽油机,实现底层柔性控制。
进一步的,所述步骤S101中生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数同时送入人机终端的展示单元和功图单元进行展示,实现柔性控制的上层展示。
进一步的,所述步骤S102中RTU单元将采集单元的数据传输给人机终端实现展示;同时人机终端的读写单元也将参数传输给RTU单元的运算单元,运算单元再将计算单元传输给人机终端实现展示,实现柔性控制中间层的运算控制。
本发明还包括一种抽油机电机变速运行柔性控制器,包括生产单元和RTU单元,所述生产单元包括油井单元、电机单元和变频单元,所述RTU单元包括采集单元和运算单元;所述油井单元、电机单元与的采集单元输入端相连接,所述采集单元输出端与运算单元输入端相连接,所述运算单元输出端与变频单元输入端相连接,所述变频单元输出端与电机单元输入端相连接,所述电机单元输出端与油井单元输入端相连接。
进一步的,还包括人机终端,所述人机终端包括展示单元和功图单元,所述展示单元和功图单元与油井单元的输出端相连接。
更进一步的,所述人机终端还包括只读单元和读写单元,所述采集单元输出端与只读单元输入端相连接,所述运算单元输出端分别与只读单元输入端、读写单元输入端相连接,所述读写单元输出端与运算单元输入端相连接。
采用上述方法和结构后,本发明可以实现一键式的变频控制,在快速实现抽油机柔性控制的同时,提高了变频精度,减少了人力输出,大大地提高了工作效率;在原来节能降耗的基础上,实现抽油机柔性控制简单快速控制的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明抽油机电机变速运行控制方法的流程图。
图2为本发明抽油机电机变速运行柔性控制器的结构框图。
图中:1为生产单元,2为RTU单元,3为人机终端
101为油井单元,102为电机单元,103为变频单元,201为采集单元,202为运算单元,301为只读单元,302为读写单元,303为展示单元,304为功图单元
具体实施方式
如图1所示,本发明的一种抽油机电机变速运行控制方法,包括以下步骤,
步骤S101:抽油机数据采集,通过生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数。
步骤S102:柔性控制计算,将抽油机数据传输给RTU单元的采集单元,然后通过RTU单元的运算单元进行柔性控制计算。RTU设备内部存在存储单元,这些存储单元是可以根据用户需要自定义变量。这些自定义的变量一般用于(2)中程序变量以及中间变量地设置,也可以用于外部读取变量的存储,比如抽油机井生产运行参数的存放。在RTU单元中设置内部变量,我们采用的是RTU单元外部配置软件进行工程配置,将算法编程过程中用到的变量、中间变量和结果变量进行分配存储单元,从而使得算法可以在RTU单元中运行。对于油井生产运行参数,是通过采集得到的参数,不一定参与抽油机柔性控制算法计算,但是这些变量需要在人机终端展示,并且传输到分析软件系统用于工况分析优化诊断等。所以这里也需要通过RTU外部配置软件进行工程配置,给这些变量分配存储单元。在RTU中设置内部变量和生产运行参数,本质上虽然都是通过外部配置软件进行工程配置给变量分配存储单元,但是由于这两类参数的区别,其设置方法也是有一定区别的。对于内部变量,属于用户点,对于生产运行参数,属于仪表点,需要分开设置,但是由于RTU存储空间是通过的,所以要避免分配地址的重复。
步骤S103:抽油机电机变速控制,生产单元的变频控制单元接收RTU单元的运算单元计算的柔性控制计算结构,将电机变频信息传输给电机单元,电机单元变频之后传输给抽油机,实现底层柔性控制。
进一步的,所述步骤S101中生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数同时送入人机终端的展示单元和功图单元进行展示,实现柔性控制的上层展示。人机终端与RTU联调控制是通过互联网接口、RS232/485串行接口等连接。本发明可以根据不同要求以及外界条件的不同,选择不同的连接方式,但是每次只能选择其中一种连接方式。
互联网接口连接设计:这是通过自组网的方式,将RTU单元和人机终端建立一个局域网,即相同的IP网段,然后通过在人机终端中设置好RTU的IP地址,该IP地址将作为RTU单元的连接标识码,只有在人机终端事先设置好的所要连接的RTU单元的IP地址与所连接的RTU单元的IP地址一致时,人机终端才能成功与RTU单元通讯。
RS232/485串行接口连接:这是通过RS232/485协议将人机终端和RTU单元进行连接,需要事先设置好RTU单元设备号,然后将RTU单元的串行接口分配一个用于与人机终端的连接和通讯。人机终端功能设置属于本发明的创新点之一,在人机终端与RTU单元连接成功通讯之后,通过人机终端设置实现监控功能,包括:油井生产运行参数展示、RTU柔性控制算法程序内部参数设置、中间计算过程变量显示、计算结果显示、油井生产运行参数历史报表展示、参数历史曲线展示、报警信息展示和抽油机井功图展示等。
油井生产运行参数:油井生产运行参数是通过外部传感器读取,然后通过通讯协议将数据传输给RTU单元,然后在RTU单元中分配内部存储空间,用于存放生产运行参数。通过在人机终端中设置只读变量读取RTU存放生产运行参数的地址,人机终端可以将数值展示在屏幕上,可以方便采油工直观地了解油井生产运行动态。
柔性控制算法程序内部参数设置:柔性控制算法是通过嵌入式程序编写的,然后编译之后下载到RTU单元的Linux系统。在程序编写过程中,需要用到一些自定义内部参数来参与程序计算,所以需要(3)中提到的分配内部存储空间存放这些变量。对于人为控制的变量,需要在人机终端中设置可读写变量,将需要设置的值通过人机终端输入然后传输到RTU对应内部存储空间,参与程序计算。这样的设计可以改变原来需要连接笔记本或者其他操作设备进行参数设置的弊端。方便开发人员对参数的设置。
柔性控制算法程序中间计算过程变量显示:柔性控制算法程序计算过程中,有部分中间计算结果是开发人员需要知晓的,并从中了解参数设置和计算算法是否合理和正确,所以需要在人机终端上设置只读变量读取存放在RTU中的算法计算中间变量,方便开发人员调试和掌握算法程序运行状态。油井生产运行参数历史报表展示:油井生产运行参数如果只是通过实时展示,很难满足抽油机进行过程中对整个生产过程动态的掌握,对于作出生产运行决策和是否需要进行柔性变频控制都有一定限制。所以本发明在人机终端上设置了油井生产运行参数历史报表显示功能,该功能可以方便采油工把握油井一段时间内的参数变化动态,判断油井运行情况;还可以方便控制器研发人员在需要调整柔性变频控制的时候作出参数调整决策。
油井生产运行参数历史曲线展示:本发明的油井生产运行参数历史曲线用于展示油井生产运行过程中参数的变化趋势,该功能结合了RTU与底层仪表通讯,内部存储空间存储数据,人机终端读取RTU单元内部存储地址并将数据存放在数据表中,再使用人机终端的历史曲线绘制功能绘制曲线。该功能可以将油井生产运行参数更加直观地展现出来,对于采油工,该功能可以方便了解生产运行变化趋势,对于研发人员,该功能可以辅助做出调整决策。
油井生产运行参数报警信息展示:本发明的报警信息展示用于显示参数的非正常范围信息。该功能可通过表格、弹窗、蜂鸣信息、邮件信息等方式展示。该功能结合了RTU单元内部存储、人机终端数据表和参数上下限设置及对比等功能。该功能具有多种信息展示方式,使用者可以选择其中一种或多种组合以方便及时发现参数异常情况,保证油井生产的安全运行。
抽油机井功图展示:本发明的功图展示用于显示抽油井实时的功图信息,还可以对比不同时刻的功图。该功能结合了RTU单元内部存储、人机终端多维数据曲线绘图和图形界面显示等功能。功图是抽油机井生产过程中非常重要的一个信息,是反映油井生产状态的综合信息。因此该功能可以为采油工以及油井分析优化提供很好的依据。
抽油机柔性控制器是将底层仪表(不包含在本发明中)、RTU单元、人机终端和电机变频控制器有组组合在一起的控制系统。仪表的功能主要是读取油井的生产参数和电机运行参数;RTU的功能是读取仪表数据并存储在内部存储,并设置内部全局变量和编写柔性控制算法程序,以及与人机终端通讯发送或接收人机终端传输过来的数值信息;人机终端的功能主要是读取或读写RTU内存变量空间的参数,将部分参数存储为数据表,展示参数报表、绘制参数历史曲线、展示参数报警信息和绘制油井功图;电机变频控制器是接收RTU发送过来的变频信息,调整电机的运转频率;整个系统最终实现抽油机井地柔性控制功能。
进一步的,所述步骤S102中RTU单元将采集单元的数据传输给人机终端实现展示;同时人机终端的读写单元也将参数传输给RTU单元的运算单元,运算单元再将计算单元传输给人机终端实现展示,实现柔性控制中间层的运算控制。
如图2所示,本发明还包括一种抽油机电机变速运行柔性控制器,包括生产单元1和RTU单元2,所述生产单元1包括油井单元101、电机单元102和变频单元103,所述RTU单元2包括采集单元201和运算单元202。所述油井单元101、电机单元102与的采集单元201输入端相连接,所述采集单元201输出端与运算单元202输入端相连接,所述运算单元202输出端与变频单元103输入端相连接,所述变频单元103输出端与电机单元102输入端相连接,所述电机单元102输出端与油井单元101输入端相连接。
进一步的,还包括人机终端3,所述人机终端3包括展示单元303和功图单元304,所述展示单元303和功图单元304与油井单元101的输出端相连接。
更进一步的,所述人机终端还包括只读单元301和读写单元302,所述采集单元201输出端与只读单元301输入端相连接,所述运算单元202输出端分别与只读单元301输入端、读写单元302输入端相连接,所述读写单元302输出端与运算单元202输入端相连接。
本发明的工作原理如下:生产单元中的油井单元、电机单元参数通过底层仪表采集传输给RTU单元的采集单元,变频单元接收RTU单元的运算单元的柔性控制计算结果,将电机变频信息传输给电机单元,电机单元变频之后传输给抽油机,实现底层柔性控制。RTU单元将采集单元中的数据传输给人机终端实现展示,同时运算单元从采集单元中获取必要的参数,人机终端的读写单元也将参数传输给RTU运算单元,运算单元再将计算结果传输给人机终端实现展示,从而实现柔性控制中间层的程序运算控制;生产单元中的油井单元和电机单元将参数传输给人机终端的展示单元和功图单元进行展示,实现柔性控制系统的上层展示功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域熟练技术人员应当理解,这些仅是举例说明,可以对本实施方式做出多种变更或修改,而不背离发明的原理和实质,本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (6)
1.一种抽油机电机变速运行控制方法,其特征在于,包括以下步骤,
步骤S101:抽油机数据采集,通过生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数;
步骤S102:柔性控制计算,将抽油机数据传输给RTU单元的采集单元,然后通过RTU单元的运算单元进行柔性控制计算;
步骤S103:抽油机电机变速控制,生产单元的变频控制单元接收RTU单元的运算单元计算的柔性控制计算结构,将电机变频信息传输给电机单元,电机单元变频之后传输给抽油机,实现底层柔性控制。
2.按照权利要求1所述的种抽油机电机变速运行控制方法,其特征在于:所述步骤S101中生产单元的油井单元和电机单元采集抽油机参数同时送入人机终端的展示单元和功图单元进行展示,实现柔性控制的上层展示。
3.按照权利要求1所述的种抽油机电机变速运行控制方法,其特征在于:所述步骤S102中RTU单元将采集单元的数据传输给人机终端实现展示;同时人机终端的读写单元也将参数传输给RTU单元的运算单元,运算单元再将计算单元传输给人机终端实现展示,实现柔性控制中间层的运算控制。
4.一种抽油机电机变速运行柔性控制器,其特征在于:包括生产单元和RTU单元,所述生产单元包括油井单元、电机单元和变频单元,所述RTU单元包括采集单元和运算单元;所述油井单元、电机单元与的采集单元输入端相连接,所述采集单元输出端与运算单元输入端相连接,所述运算单元输出端与变频单元输入端相连接,所述变频单元输出端与电机单元输入端相连接,所述电机单元输出端与油井单元输入端相连接。
5.按照权利要求4所述的一种抽油机电机变速运行柔性控制器,其特征在于:还包括人机终端,所述人机终端包括展示单元和功图单元,所述展示单元和功图单元与油井单元的输出端相连接。
6.按照权利要求5所述的一种抽油机电机变速运行柔性控制器,其特征在于:所述人机终端还包括只读单元和读写单元,所述采集单元输出端与只读单元输入端相连接,所述运算单元输出端分别与只读单元输入端、读写单元输入端相连接,所述读写单元输出端与运算单元输入端相连接。
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