CN111219170A - 一种皮带式抽油机的速度控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种皮带式抽油机的速度控制装置，属于抽油机设备领域。其技术方案为：一种皮带式抽油机速度控制装置，包括抽油机，其特征在于，还包括用于检测光杆位置的信号采集器一，用于检测电动机角位移的信号采集器二，用于采集电参数的信号采集器三，还包括用于信号接收和处理的控制单元。本发明的有益效果为：实时监测皮带式抽油机光杆的位置，在光杆接近死点时，提前采取处理以便减小换向时的机械冲击，延长抽油机机械系统寿命。
Description
技术领域
本发明涉及抽油机领域，尤其涉及一种皮带式抽油机的速度控制装置。
背景技术
皮带式抽油机是一种具有国际领先水平的长冲程、慢冲次、纯机械传动的抽油机，操作简单，维护方便，使用安全，其良好的采油工艺性能和可靠的机械性能使得该抽油机在是世界上应用最广泛的一种无游梁抽油机。但是皮带式抽油机在换向过程中，即光杆到达上死点和下死点位置时，由于负荷的加大造成输入轴窜轴，齿轮受损，对设备带来冲击，并影响电动机的运行效率，这不但会使电动机本身能耗有所增加，而且给电网造成了附加损耗，降低了电网容量和变压器设备的利用率。因此，需要实时监测皮带式抽油机光杆的位置，以便在光杆接近死点位置时提前采取处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以实时监测皮带式抽油机光杆的位置，在光杆接近死点时，提前采取处理以便减小换向时的机械冲击，延长抽油机机械系统寿命的皮带式抽油机的速度控制装置。
本发明是通过如下措施实现的：一种皮带式抽油机速度控制装置，包括抽油机，其特征在于，还包括用于检测光杆位置的信号采集器一，用于检测电动机角位移的信号采集器二，用于采集电参数的信号采集器三，还包括用于信号接收和处理的控制单元。
进一步，所述信号接受器一为接近开关一，所述接近开关一设置在抽油机上且与所述光杆下死点的位置相对应。所述信号接受器二包括接近开关二，所述接近开关二设置在散热风扇的防护罩上，扇叶上均设置有铁片，所述接近开关与所述散热风扇的转轴偏心设置且与所述铁片相对应，所述信号接收器三为电参数采集器，所述电参数采集器的输入端与变频器的输出端电连接，所述控制单元为可编程逻辑控制器PLC，所述可编程逻辑控制器PLC的输入模块电连接有所述接近开关一、所述接近开关二和所述电参数采集器的输出端，输出模块连接有所述变频器，所述散热风扇的扇叶至少均匀设置有三个。所述散热风扇为电动机的散热风扇，所述变频器用来控制电动机。
皮带式抽油机的工作原理为：电动机经过皮带传动作为减速箱的输入，减速箱的输出驱动链轮运动带动主动轮旋转，从动轮在链轮链条的带动下带动循环泵运动，循环泵上下分别连接着两个链条，两条链条分别通过天轮等滑轮结构与光杆和平衡块相连，主动轮系统的循环运动驱动光杆完成抽油和提升的往复运作。所述皮带式抽油机为现有技术，在此不再赘述。
其中，光杆在一个完整的冲程过程中上下移动的距离是不变的，同样电动机在这个过程中转动的圈数也是一定的，因此可以通过监测电动机转动的圈数和光杆在一个行程内的固定位移确定光杆在电动机转动多少圈时接近死点。
所述接近开关一可用来确定光杆到达下死点的位置，并发出信号。所述接近开关二和所述铁片可以用来确定电动机转动的圈数。电动机每转动一圈，所述铁片与所述接近开关二配合会发出脉冲信号。
分析光杆位移与电动机转速的关系:将完整的运动冲程冲程进行时间分段，一个完整的冲程分为上冲程和下冲程，如图1所示，--代表的是光杆速度曲线；…代表的是光杆加速度曲线，横轴为行程，纵轴为速度。A点代表光杆在一个冲程中的下死点位置，光杆开始向上做加速度减小的加速运动，运动到B点位置速度最大，B点之后光杆开始做匀速运动直到C点，C点开始换向，光杆做加速度增加的减速运动，D点代表光杆到达冲程的最高点，DE段开始做加速度减小的加速运动，EF段是匀速，FA段做加速度增加的减速运动到达下死点，分别分析各个时间段内悬点的速度，尤其是光杆在到达上下死点时悬点的速度，公式为：将完整的单个运动冲程进行时间分段，分别分析各个时间段内悬点的速度，尤其是所述光杆在到达上下死点时悬点的速度，分析推导得：
分析、测量和运算得到多个冲程悬点速度的变化公式：
其中Sw为悬点位移(m)，R为链轮的半径(m),H为主动轮与从动轮中心之间的垂向距离(m)，S为抽油机的冲程(m)，v0为H段悬点的速度(m/s)，N为抽油机的冲次(min-1)。
通过实际悬点速度的变化规律对控制单元进行设定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实时监测皮带式抽油机光杆的位置，在光杆接近死点时，提前采取处理以便减小换向时的机械冲击，延长抽油机机械系统寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中光杆在一个完整冲程中的速度变化图。
图2为本发明实施例中的原理图。
图3为本发明实施例中的接线图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一：一种皮带式抽油机速度控制装置，包括抽油机，还包括用于检测光杆位置的信号采集器一，用于检测电动机角位移的信号采集器二，用于采集电参数的信号采集器三，还包括用于信号接收和处理的控制单元。
信号接受器一为接近开关一，接近开关一设置在抽油机上且与光杆下死点的位置相对应；信号接受器二包括接近开关二，接近开关二设置在散热风扇的防护罩上，扇叶上均设置有铁片，接近开关与所述散热风扇的转轴偏心设置且与所述铁片相对应，信号接收器三为电参数采集器，电参数采集器输入端与变频器的输出端电连接，控制单元为可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC的输入模块电连接有接近开关一、接近开关二和电参数采集器的输出端，输出模块连接有所述变频器。
信号采集器二可采用编码器，编码器设置在散热风扇的防护罩上且与散热风扇同轴。
实施例二：参见图1、图2和图3，接近开关一和接近开关二均采用LJ18A3-8-Z/BX，电参数采集器采用T-1420，可编程逻辑控制器PLC采用T-910，T-910连接有控制按钮、继电器以及触摸屏，触摸屏型号为TPC7062TXPLC，触摸屏可以显示当前工作状态、输出频率。为装置提供电源的模块采用的是输入DC 400-800V、输出DC24V的开关电源。
通过信号采集器采集到的数据分析光杆位移与电动机转速的关系:将完整的运动冲程冲程进行时间分段，一个完整的冲程分为上冲程和下冲程，如图1所示，--代表的是光杆速度曲线；…代表的是光杆加速度曲线，横轴为行程，纵轴为速度。A点代表光杆在一个冲程中的下死点位置，光杆开始向上做加速度减小的加速运动，运动到B点位置速度最大，B点之后光杆开始做匀速运动直到C点，C点开始换向，光杆做加速度增加的减速运动，D点代表光杆到达冲程的最高点，DE段开始做加速度减小的加速运动，EF段是匀速，FA段做加速度增加的减速运动到达下死点，分别分析各个时间段内悬点的速度，尤其是光杆在到达上下死点时悬点的速度，公式为：将完整的单个运动冲程进行时间分段，分别分析各个时间段内悬点的速度，尤其是所述光杆在到达上下死点时悬点的速度，分析推导得：
分析、测量和运算得到多个冲程悬点速度的变化公式：
其中Sw为悬点位移(m)，R为链轮的半径(m),H为主动轮与从动轮中心之间的垂向距离(m)，S为抽油机的冲程(m)，v0为H段悬点的速度(m/s)，N为抽油机的冲次(min-1)。
选定上冲程过程中光杆将要到达上死点的距离，降低电动机的转速，通过对电参数的变化进行分析得到功率图，并观察转向时设备运作情况，反复选定不同距离进行测试，并对不同的功率图进行对比，记录设备的运作情况；选定下冲程过程中光杆将要到达下死点的距离，降低电动机的转速，通过对电参数的变化进行分析得到功率图，反复选定不同距离进行测试，并对不同的功率图进行对比。通过实际悬点速度的变化规律对控制单元进行设定，综合考虑一般选定在光杆在距离下死点或者上死点时的半个冲程5％的距离时对电动机进行减速，过了死点后，需要重新回到原来转速中。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种皮带式抽油机速度控制装置，包括抽油机，其特征在于，还包括用于检测光杆位置的信号采集器一，用于检测电动机角位移的信号采集器二，用于采集电参数的信号采集器三，还包括用于信号接收和处理的控制单元。
2.根据权利要求1所述的皮带式抽油机速度控制装置，其特征在于，所述信号接受器一为接近开关一，所述接近开关一设置在抽油机上且与所述光杆下死点的位置相对应；
所述信号接受器二包括接近开关二，所述接近开关二设置在散热风扇的防护罩上，扇叶上均设置有铁片，所述接近开关与所述散热风扇的转轴偏心设置且与所述铁片相对应，所述信号接收器三为电参数采集器，所述电参数采集器是输入端与变频器的输出端电连接，所述控制单元为可编程逻辑控制器PLC，所述可编程逻辑控制器PLC的输入模块电连接有所述接近开关一、所述接近开关二和所述电参数采集器的输出端，输出模块连接有所述变频器。
3.根据权利要求1所述的皮带式抽油机速度控制装置，其特征在于，所述信号采集器二可采用编码器，所述编码器设置在散热风扇的防护罩上且与散热风扇同轴。
4.根据权利要求1所述的皮带式抽油机速度控制装置，其特征在于，通过信号采集器采集到的数据将将完整的运动冲程进行时间分段，分别分析各个时间段内悬点的速度，尤其是所述光杆在到达上下死点时悬点的速度，通过分析推导得：
分析和推导得到悬点速度的变化公式：
其中Sw为悬点位移(m)，R为链轮的半径(m),H为主动轮与从动轮中心之间的垂向距离(m)，S为抽油机的冲程(m)，v0为H段悬点的速度(m/s)，N为抽油机的冲次(min-1)；通过悬点速度的实际变化规律对控制单元进行设定。
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