CN113965137A - 一种游梁式抽油机多段变频控制方法及系统 - Google Patents

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本申请提供一种游梁式抽油机多段变频控制方法及系统，包括：利用角度传感器采集所述游梁式抽油机的悬点角度变化数据，根据所述悬点角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置，利用所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。以解决游梁式抽油机在抽油的实际工作中，上下冲程分别以固定频率运行，不能有效的改善抽油机的机械特性的问题。

Description

一种游梁式抽油机多段变频控制方法及系统
技术领域
本申请涉及抽油机控制技术领域，尤其涉及一种游梁式抽油机多段变频控制方法及系统。
背景技术
游梁式抽油机是机械采油应用最广泛的抽油设备，具有机构简单、制造容易、维护方便、数量多、采油成本较低等优点。在游梁式抽油机上应用变频控制调速技术能够改变抽油机的硬机械特性，使机、杆、泵达到较好的配合，是游梁式抽油机增产节能理想的方式。
目前存在的游梁式抽油机变频控制技术主要分为两类，一类是上下冲程电机以同一频率运行，另一类是上下冲程可分别调节频率。但在抽油机的实际工作中，上下冲程分别以固定频率运行，不能有效的改善抽油机的机械特性。
发明内容
本申请提供了一种游梁式抽油机多段变频控制方法，以解决游梁式抽油机在抽油的实际工作中，上下冲程分别以固定频率运行，不能有效的改善抽油机的机械特性的问题。
一种游梁式抽油机多段变频控制方法，包括：
利用角度传感器采集所述游梁式抽油机的悬点角度变化数据；
根据所述悬点角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置；
利用所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；
根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。
优选，所述的一种游梁式抽油机多段变频控制方法还包括：
判断游梁式抽油机的悬点的运行方向的步骤，具体为：
设定所述游梁式抽油机下死点至上死点冲程范围为0-100，下死区范围为0-2，上死区范围为98-100；
利用所述悬点位置判断所述悬点是否位于上死区或下死区，若是，则识别下降沿信号，否则，重复该步骤；
若所述悬点位于下死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入上行运动；若所述悬点位于上死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入下行运动。
进一步优选，所述的一种游梁式抽油机多段变频控制方法还包括：
利用人机界面设定与所述悬点位置对应的频率的步骤。
本发明还提供了一种游梁式抽油机多段变频控制系统，包括：角度传感器、处理模块、控制模块和变频器，其中，
所述角度传感器，用于采集所述游梁式抽油机的悬点的角度变化数据；
所述处理模块，用于根据所述角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置；
所述控制模块，用于根据所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；
所述变频器，用于根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。
优选，所述的游梁式抽油机多段变频控制系统还包括人机界面，所述人机界面用于设定与所述悬点位置对应的频率。
进一步优选，所述角度传感器安装在游梁中心部位，所述角度传感器的侧面与所述游梁转动轴线相垂直。
本申请提供的技术方案，基于PLC的变频控制及信号处理技术，将角度传感器反馈信号接入PLC，经计算，识别抽油机上下冲程中的悬点位移，根据位移给定变频器频率指令，实现抽油机多段变频控制，频率指令可以在人机界面设定。实现对抽油机上、下冲程转速的多段调节，可以改善抽油机的机械特性，改善悬点速度和加速曲线，改善负载的均匀性，使抽油机电机、减速箱的载荷变均匀，达到微调平衡的效果，从而降低抽油机的运行和维护成本，延长抽油机的使用寿命。还可以使抽油机工作在快提慢放、快提快放、慢提慢放等不同的工作状态，减少泵的漏失、提高泵效、提高设备效率，从而达到节电的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种游梁式抽油机多段变频控制方法流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本申请提供的技术方案中，提供了一种游梁式抽油机多段变频控制方法，请参见图1，包括：
S1：利用角度传感器采集所述游梁式抽油机的悬点角度变化数据；
S2：根据所述悬点角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置；
S3：利用所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；
S4：根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。
优选，该游梁式抽油机多段变频控制方法还包括：
判断游梁式抽油机的悬点的运行方向的步骤，具体为：
设定所述游梁式抽油机下死点至上死点冲程范围为0-100，下死区范围为0-2，上死区范围为98-100；
利用所述悬点位置判断所述悬点是否位于上死区或下死区，若是，则识别下降沿信号，否则，重复该步骤；
若所述悬点位于下死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入上行运动；若所述悬点位于上死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入下行运动。
进一步优选，该游梁式抽油机多段变频控制方法还包括：利用人机界面设定与所述悬点位置对应的频率的步骤。
本发明还提供了一种游梁式抽油机多段变频控制系统，包括：角度传感器、处理模块、控制模块和变频器，其中，
所述角度传感器，用于采集所述游梁式抽油机的悬点的角度变化数据；
所述处理模块，用于根据所述角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置；
所述控制模块，用于根据所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；
所述变频器，用于根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。
优选，该游梁式抽油机多段变频控制系统还包括人机界面，所述人机界面用于设定与所述悬点位置对应的频率。
进一步优选，所述角度传感器安装在游梁中心部位，所述角度传感器的侧面与所述游梁转动轴线相垂直。
在实际应用中，将角度传感器的反馈信号接入PLC模拟量信号通道，经PLC模数转换转换成数字量，再经PLC程序处理转换成所需的工程量。例如：选用的角度传感器量程为-45°～+45°，对应反馈电信号为4～20mA的电流信号；PLC若模拟量输入为电流信号4～20mA，则对应数字量为5530～27648。通过模拟量值比例换算，可以根据角度传感器的反馈电流，计算出游梁与水平面的夹角A1换算成弧度θ1，游梁与垂直方向的夹角A2＝90°-A1，换算成弧度θ。由x＝a(θ-θ0)计算出悬点位移，其中x为悬点相对下死点的位移(m)；a为抽油机游梁前臂长(m)；θ为游梁与垂直方向的夹角(弧度)，θ0为下死点时游梁与垂直方向的夹角(弧度)。
游梁式抽油机正常工作时，因为上死点和下死点与水平面的夹角是固定的，所以角度传感器的反馈电流上限值和下限值也是固定的，若规定抽油机处于下死点位移为0.0，处于上死点位移为100.0，可以根据角度传感器的当前反馈值，确定抽油机悬点当前位置Pos，其中，
Figure BDA0003322781250000041
由于抽油机工作时上下往复运行，所以抽油机上行时Pos值由0.0逐渐增加到100.0，抽油机下行时Pos值由100.0逐渐减小到0.0；若设定上死区为98.0～100.0，设定下死区范围为0.0～2.0，可使用PLC的实数比较指令、上升沿检测指令、下降沿检测指令判断抽油机的运行方向。
用PLC的实数比较指令，若Pos大于0.0且小于2.0，则判断出抽油机处于下死区，只有抽油机向上运行出下死区，即Pos大于2.0时，PLC下降沿检测指令才能检测到下死区的下降沿信号；若抽油机向下运行进入到下死区，则检测到的是下死区的上升沿信号，所以此判断具有唯一性。
用PLC的实数比较指令，若Pos大于98.0且小于100.0，则判断出抽油机处于上死区，只有抽油机向下运行出上死区，即Pos小于98.0时，PLC下降沿检测指令才能检测到上死区的下降沿信号；若抽油机向上运行进入到上死区，则检测到的是上死区的上升沿信号，所以此判断具有唯一性。
在获取抽油机当前位置及悬点运行方向后，可调整抽油机在不同运行区间的频率。例如，将抽油机行程设定为5个区间段，分别为0.0～20.0、20.0～40.0、40.0～60.0、60.0～80.0、80.0～100.0，利用PLC实数比较指令，当抽油机向上运行且当前位置0.0≤Pos<20.0时，经过运算通过PLC模拟量输出模块向变频器发出相应频率指令，上行其他频率给定以此类推；当抽油机向下运行且当前位置80.0<Pos≤100.0时，经过运算通过PLC模拟量输出模块向变频器发出相应频率指令，下行其他频率给定以此类推。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种游梁式抽油机多段变频控制方法，其特征在于，包括：
利用角度传感器采集所述游梁式抽油机的悬点角度变化数据；
根据所述悬点角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置；
利用所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；
根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。
2.根据权利要求1所述的一种游梁式抽油机多段变频控制方法，其特征在于，还包括：
判断游梁式抽油机的悬点的运行方向的步骤，具体为：
设定所述游梁式抽油机下死点至上死点冲程范围为0-100，下死区范围为0-2，上死区范围为98-100；
利用所述悬点位置判断所述悬点是否位于上死区或下死区，若是，则识别下降沿信号，否则，重复该步骤；
若所述悬点位于下死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入上行运动；若所述悬点位于上死区且检测到下降沿信号，则判定所述悬点进入下行运动。
3.根据权利要求1所述的一种游梁式抽油机多段变频控制方法，其特征在于，还包括：利用人机界面设定与所述悬点位置对应的频率的步骤。
4.一种游梁式抽油机多段变频控制系统，其特征在于，包括：角度传感器、处理模块、控制模块和变频器，其中，
所述角度传感器，用于采集所述游梁式抽油机的悬点的角度变化数据；
所述处理模块，用于根据所述角度变化数据确定所述游梁式抽油机的悬点位置；
所述控制模块，用于根据所述悬点位置信息及与所述悬点位置对应的频率生成变频指令；
所述变频器，用于根据所述变频指令控制抽油机电机运行，实现多段变频。
5.根据权利要求4所述的游梁式抽油机多段变频控制系统，其特征在于，还包括人机界面，所述人机界面用于设定与所述悬点位置对应的频率。
6.根据权利要求4所述的游梁式抽油机多段变频控制系统，其特征在于，所述角度传感器安装在游梁中心部位，所述角度传感器的侧面与所述游梁转动轴线相垂直。
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