CN116838300B - 油梁式抽油机的频率闭环控制方法、系统、装置、介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油梁式抽油机的频率闭环控制方法、系统、装置、介质。该方法包括：接收输入减速箱传动效率、电机极对数、曲柄半径、减速箱变速比、曲柄平衡配重、和抽油机光杆的最大位移的指令；获取电机定子电阻、转子回路电阻、定子电抗和转子回路电抗；检测电机转差率、定子频率和定子电压；实时获取抽油机光杆位置；根据第一预设公式计算抽油机光杆载荷；根据光杆位置和光杆载荷，实时获取实际功图；获取理论功图；根据实际功图和理论功图，计算实际充满系数；根据实际充满系数的变化调节变频器频率。本发明根据抽油机的实际充满系数的变化调节变频器频率以调节电机转速，最终达到控制抽油机以高充满系数运行的目的。

Description

油梁式抽油机的频率闭环控制方法、系统、装置、介质

技术领域

本发明涉及石油排采的技术领域，具体而言，涉及一种适用于油梁式抽油机的频率闭环控制方法及系统。

背景技术

在节能环保的环境和现有的游梁式抽油机采油技术领域中，电能的消耗问题逐渐成为人们所关注的问题。节能环保是一个很核心的问题，在确保油田出油量的情况下，节省抽油泵的用电成本是电机驱动抽油机控制技术的重中之重。因此，在抽油泵工作过程中，当地下油量减少或者存在气体时，油泵中原油的充满度降低，进而泵效下降，此时驱动变频器使电机转速下降从而降低抽油杆的冲次，在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的。

在抽油机控制系统中，常常会出现这种情况，那就是当地下油量减少或存有气体时，此时抽油泵的充满度降低。但是，抽油杆的冲次不会因充满度的改变而改变，此时，保抽油泵的原冲次对采油量的保持和提高已毫无意义，若不采取一定的措施，即若变频器驱动电机在无人干预的情况下不动作，就会出现“大马拉小车”的现象，并且油田是几十台甚至几百台抽油机全天候工作，造成对油田电能的浪费严重，且用户的用电成本提升。在现有的技术方案中，工作人员在遇到这种情况时，一般采用通过观察地面功图，并人为调节变频器驱动电机的频率进而改变抽油杆的冲次，最终实现降低电能损耗的技术效果的解决方案。

人为调节变频器虽然在一定程度上解决了这一问题，但上述解决方案依然存在着安全、调节不及时等诸多问题，不仅在电能损耗降低效果方面不是很好，而且自动化程度低，导致工人的劳动强度大，进而大大增加了人工成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种油梁式抽油机的频率闭环控制方法。

本发明的第二目的在于提出一种油梁式抽油机的频率闭环控制系统。

本发明的第三目的在于提出一种计算机装置。

本发明的第四目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的技术方案，提供了一种油梁式抽油机的频率闭环控制方法，所述油梁式抽油机包括抽油机光杆，传动机构，电机；所述传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与所述电机的输入轴连接，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴上固定有所述曲柄，所述曲柄与所述抽油机光杆相连接，所述控制方法包括：接收输入减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>的指令；获取所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>；在所述变频器驱动所述电机运行后，检测所述电机的转差率s、定子频率/>和定子电压/>；实时获取所述抽油机光杆的位置/>；根据所述减速箱的传动效率/>、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，所述电机的转差率s、定子频率/>和定子电压/>，所述抽油机光杆的位置/>，以及第一预设公式，计算所述抽油机光杆的载荷P；

所述第一预设公式为：

根据所述抽油机光杆的位置和所述抽油机光杆的载荷P，实时绘制并获取地面的实际功图；绘制并获取地面的理论功图；根据所述实际功图和所述理论功图，计算所述油梁式抽油机的实际充满系数；根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行。

优选地，实时获取所述抽油机光杆的位置的步骤，具体包括：通过角度传感器实时采集所述曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角/>；通过第二预设公式实时获取所述抽油机光杆的位置/>；

所述第二预设公式为：

。

优选地，根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以调节所述电机的转速的步骤，具体包括：实时检测所述变频器的当前运行频率；判断所述实际充满系数是否在预设范围内；当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述当前运行频率继续运行，并将所述当前运行频率设置为所述变频器的第一额定运行频率；当所述实际充满系数不在预设范围内时，根据所述当前运行频率、所述实际充满系数以及第三预设公式计算所述变频器的第二额定运行频率；根据所述实际充满系数、所述第二额定运行频率以及第四预设公式计算所述变频器的目标运行频率；控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当所述当前运行频率降低至所述目标运行频率时，判断所述实际充满系数是否在预设范围内；当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述目标运行频率继续运行；当所述实际充满系数不在第一预设范围内时，控制所述变频器按照第二频率的步长降低所述当前运行频率，循环判断所述实际充满系数是否在预设范围内的步骤，直到所述实际充满系数在预设范围内；

所述第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

优选地，所述预设范围为大于等于90%且小于100%；控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率的步骤，具体包括：确定所述实际充满系数所在的具体范围；当确定所述实际充满系数小于50%时，控制所述变频器按照50%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制所述变频器按照40%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制所述变频器按照30%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制所述变频器按照20%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；以及所述第二频率为1Hz。

本发明的第二方面的技术方案，还提供了一种油梁式抽油机的频率闭环控制系统，所述油梁式抽油机包括抽油机光杆，传动机构，电机；所述传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与所述电机的输入轴连接，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴上固定有所述曲柄，所述曲柄与所述抽油机光杆相连接，所述控制系统包括：接收单元，用于接收输入减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>的指令；第一获取单元，用于获取所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗；第一检测单元，用于在所述变频器驱动所述电机运行后，检测所述电机的转差率s、定子频率/>和定子电压/>；第二获取单元，用于实时获取所述抽油机光杆的位置/>；第一计算单元，用于根据所述减速箱的传动效率/>、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，所述电机的转差率s、定子频率/>和定子电压/>，所述抽油机光杆的位置/>，以及第一预设公式，计算所述抽油机光杆的载荷P；

所述第一预设公式为：

第三获取单元，用于根据所述抽油机光杆的位置和所述抽油机光杆的载荷P，实时绘制并获取地面的实际功图；第四获取单元，用于绘制并获取地面的理论功图；第二计算单元，用于根据所述实际功图和所述理论功图，计算所述油梁式抽油机的实际充满系数；调节单元，用于根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行。

优选地，所述第二获取单元，具体包括：角度传感器单元，用于通过角度传感器实时采集所述曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角；抽油机光杆位置获取单元，用于通过第二预设公式实时获取所述抽油机光杆的位置/>；

所述第二预设公式为：

。

优选地，所述调节单元，具体包括：第二检测单元，用于实时检测所述变频器的当前运行频率；判断单元，用于判断所述实际充满系数是否在预设范围内；第一控制单元，用于当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述当前运行频率继续运行，并将所述当前运行频率设置为所述变频器的第一额定运行频率；第三计算单元，用于当所述实际充满系数不在预设范围内时，根据所述当前运行频率、所述实际充满系数以及第三预设公式计算所述变频器的第二额定运行频率；所述第三计算单元，还用于根据所述实际充满系数、所述第二额定运行频率以及第四预设公式计算所述变频器的目标运行频率；第二控制单元，用于控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；所述判断单元，还用于当所述当前运行频率降低至所述目标运行频率时，判断所述实际充满系数是否在预设范围内；第三控制单元，用于当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述目标运行频率继续运行；第四控制单元，用于当所述实际充满系数不在第一预设范围内时，控制所述变频器按照第二频率的步长降低所述当前运行频率，以及所述判断单元，还用于循环判断所述实际充满系数是否在预设范围内的步骤，直到所述实际充满系数在预设范围内；

所述第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

优选地，所述预设范围为大于等于90%且小于100%；所述第二控制单元，具体用于：确定所述实际充满系数所在的具体范围；当确定所述实际充满系数小于50%时，控制所述变频器按照50%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制所述变频器按照40%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制所述变频器按照30%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制所述变频器按照20%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；以及所述第二频率为1Hz。

本发明的第三方面的技术方案，还提供了一种计算机装置，该计算机装置包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一技术方案中的油梁式抽油机的频率闭环控制方法。

本发明的第四方面的技术方案，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案中的油梁式抽油机的频率闭环控制方法。

本发明的有益效果：

本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，通过实时绘制并获取地面的实际功图，进而根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算油梁式抽油机的实际充满系数，最后根据油梁式抽油机的实际充满系数的变化调节变频器的频率，以调节电机的转速，进而可以控制抽油机光杆的上、下冲程工作进行采油，最终达到控制油梁式抽油机以高充满系数运行的目的。

具体地，本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，将油梁式抽油机的实际充满系数作为参考值来控制变频器的频率，从而控制抽油机光杆的冲次，可以实现实时获取地面的实际功图和地面的理论功图，该地面的实际功图和地面的理论功图的获取方法与传统的获取方法相比，实时的效果更加明显，大大地减少地面的实际功图和地面的理论功图的获取时间。进一步地，在游梁式抽油机的抽油泵因地下油量减少或存在气体时，油泵中原油的充满度降低，进而泵效下降，该控制方法能够在此时驱动变频器使电机转速下降从而降低抽油杆的冲次，在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费，相比于传统的油梁式抽油机的频率开环控制方法，达到了节能环保的效果，同时避免了人为调节变频器驱动电机的频率进而改变抽油杆的冲次，大大地节省了人工成本，使得采油成本大幅度降低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制方法的示意流程图；

图2示出了本发明的一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制方法的示意结构框图；

图3示出了本发明的一个实施例的因地下存有气体或油压不足影响的地面的实际功图与地面的理论功图；

图4示出了本发明的又一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制方法的示意结构框图；

图5示出了本发明的一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制系统的示意框图；

图6示出了本发明的一个实施例的计算机装置的示意框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图2示出了本发明的一个实施例的用于油梁式抽油机的频率闭环控制方法的示意结构框图。如图2所示，变频器内置CPU，通过第一预设公式，可以得出抽油机光杆的载荷P与油梁式抽油机的抽油机光杆的位置的函数关系。

第一预设公式为：

进一步地，对于某一特定的游梁式抽油机下面这些参数都是固定的：减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，这些固定参数可以由工作人员手动输入到变频器中。电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，这些参数也是固定的，这些参数可以由变频器自动辨识获取，也可以由工作人员手动输入到变频器中。抽油机光杆的位置/>，可以通过抽油泵冲次与时间的关系估算出来，如果对抽油杆位置要求精确，也可以在曲柄处加装角度传感器向变频器传出曲柄角度信息，也可以在抽油泵的上死点和下死点加装两个位置传感器来精确计算抽油机光杆的位置/>。

进一步地，根据实时获取到的抽油机光杆的位置和计算出来的抽油机光杆的载荷P，实时绘制并获取地面的实际功图。将抽油机光杆的载荷P作为纵坐标，将与抽油机光杆的载荷相对应的抽油机光杆的位置/>作为横坐标构成坐标图形，这个坐标图像为地面的实际功图。对于某一特定的游梁式抽油机，地面的理论功图是可以直接获取到的。

图3示出了本发明的一个实施例的因地下存有气体或油压不足影响的地面的实际功图与地面的理论功图。如图3所示，虚线为绘制并获取到的地面的理论功图，实线为实时绘制并获取到的地面的实际功图，通过对地面的实际功图和地面的理论功图进行分析，可以计算得到油梁式抽油机的实际充满系数。具体地，为抽油机光杆在下死点的载荷，/>为抽油机光杆在上死点的载荷。/>，进一步地，油梁式抽油机的实际充满系数。

最后，根据油梁式抽油机的实际充满系数的变化调节变频器的频率，以调节电机的转速。具体地，传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与电机的输入轴连接，电机的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴上固定有曲柄，曲柄与油梁式抽油机上的抽油机光杆相连接，因此通过调节电机的转速，可以控制抽油机光杆的上、下冲程工作进行采油，最终实现控制油梁式抽油机以高充满系数运行。

下面阐述第一预设公式的推导过程。

抽油机光杆的载荷P可以通过公式（1）求得：

（1）

式中，P为抽油机光杆的载荷，为减速箱曲柄轴扭矩,/>为曲柄半径，/>为曲柄的平衡配重，/>为曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角，/>为悬点速度，/>为曲柄的角速度。

抽油机光杆的位置、速度/>可以分别通过第二预设公式和公式（3）求得：

第二预设公式为：

（3）

式中，为抽油机光杆的最大位移。

减速箱曲柄轴扭矩可以通过公式（4）求得：

（4）

式中，为电机输出功率，/>为减速箱的变速比，/>为减速箱的传动效率。

抽油机光杆的载荷P也可以通过公式（5）求得：

（5）

电机输出功率可以通过公式（6）求得：

（6）

式中，为电机的极对数，/>为电机的定子电阻，/>为电机的转子回路电阻，/>为电机的定子电抗，/>为电机的转子回路电抗，s为电机的转差率，/>为电机的定子频率，/>为电机的定子电压。

综合公式（1）、第二预设公式、公式（3）、公式（4）、公式（5）和公式（6），可以得到第一预设公式：

图1示出了本发明的一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制方法的示意流程图。油梁式抽油机包括抽油机光杆，传动机构，电机；传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与电机的输入轴连接，电机的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴上固定有曲柄，曲柄与抽油机光杆相连接，如图1所示，该控制方法包括：

步骤102，接收输入减速箱的传动效率、电机的极对数、曲柄的半径、减速箱的变速比、曲柄的平衡配重、和抽油机光杆的最大位移的指令；

步骤104，获取电机的定子电阻、转子回路电阻、定子电抗和转子回路电抗；

步骤106，在变频器驱动电机运行后，检测电机的转差率、定子频率和定子电压；

步骤108，实时获取抽油机光杆的位置；

步骤110，根据减速箱的传动效率、电机的极对数、曲柄的半径、减速箱的变速比、曲柄的平衡配重、和抽油机光杆的最大位移，电机的定子电阻、转子回路电阻、定子电抗和转子回路电抗，电机的转差率、定子频率和定子电压，抽油机光杆的位置，以及第一预设公式，计算抽油机光杆的载荷；

步骤112，根据抽油机光杆的位置和抽油机光杆的载荷，实时绘制并获取地面的实际功图；

步骤114，绘制并获取地面的理论功图；

步骤116，根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算油梁式抽油机的实际充满系数；

步骤118，根据实际充满系数的变化调节变频器的频率，以控制油梁式抽油机以高充满系数运行。

其中，第一预设公式为：

式中，P为抽油机光杆的载荷，为减速箱的传动效率，/>为电机的极对数，/>为曲柄的半径，/>为减速箱的变速比，/>为曲柄的平衡配重，/>为抽油机光杆的最大位移，为电机的定子电阻，/>为电机的转子回路电阻，/>为电机的定子电抗，/>为电机的转子回路电抗，s为电机的转差率、/>为电机的定子频率，/>为电机的定子电压，/>为抽油机光杆的位置。

本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，通过实时绘制并获取地面的实际功图，进而根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算油梁式抽油机的实际充满系数，最后根据油梁式抽油机的实际充满系数的变化调节变频器的频率，以调节电机的转速，进而可以控制抽油机光杆的上、下冲程工作进行采油，最终达到控制油梁式抽油机以高充满系数运行的目的。

具体地，本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，将油梁式抽油机的实际充满系数作为参考值来控制变频器的频率，从而控制抽油机光杆的冲次，可以实现实时获取地面的实际功图和地面的理论功图，该地面的实际功图和地面的理论功图的获取方法与传统的获取方法相比，实时的效果更加明显，大大地减少地面的实际功图和地面的理论功图的获取时间。进一步地，在游梁式抽油机的抽油泵因地下油量减少或存在气体时，油泵中原油的充满度降低，进而泵效下降，该控制方法能够在此时驱动变频器使电机转速下降从而降低抽油杆的冲次，在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费，相比于传统的油梁式抽油机的频率开环控制方法，达到了节能环保的效果，同时避免了人为调节变频器驱动电机的频率进而改变抽油杆的冲次，大大地节省了人工成本，使得采油成本大幅度降低。

在本发明的一个实施例中，实时获取所述抽油机光杆的位置的步骤，具体包括：通过角度传感器实时采集所述曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角/>；通过第二预设公式实时获取所述抽油机光杆的位置/>；

所述第二预设公式为：

。

在本实施例中，通过角度传感器实时采集曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角，进而通过第二预设公式就可以达到实时获取抽油机光杆的位置/>的目的，该控制方法获取到的抽油机光杆的位置/>数据十分精确，进而使得该控制方法获得更好的控制效果。

在本发明的一个实施例中，根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行的步骤，具体包括：实时检测所述变频器的当前运行频率；判断所述实际充满系数是否在预设范围内；当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述当前运行频率继续运行，并将所述当前运行频率设置为所述变频器的第一额定运行频率；当所述实际充满系数不在预设范围内时，根据所述当前运行频率、所述实际充满系数以及第三预设公式计算所述变频器的第二额定运行频率；根据所述实际充满系数、所述第二额定运行频率以及第四预设公式计算所述变频器的目标运行频率；控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当所述当前运行频率降低至所述目标运行频率时，判断所述实际充满系数是否在预设范围内；当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述目标运行频率继续运行；当所述实际充满系数不在第一预设范围内时，控制所述变频器按照第二频率的步长降低所述当前运行频率，循环判断所述实际充满系数是否在预设范围内的步骤，直到所述实际充满系数在预设范围内；

所述第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

在本实施例中，该控制方法达到让抽油泵以较高的充满系数运行的目的，进而达到在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费。

在本发明的一个实施例中，所述预设范围为大于等于90%且小于100%；控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率的步骤，具体包括：确定所述实际充满系数所在的具体范围；当确定所述实际充满系数小于50%时，控制所述变频器按照50%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制所述变频器按照40%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制所述变频器按照30%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制所述变频器按照20%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；以及所述第二频率为1Hz。

图4示出了本发明的又一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制方法的示意流程图。如图4所示，具体实施例中，展开来说，变频器中内置CPU，对于某一特定的游梁式抽油机下面这些参数都是固定的：减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，这些固定参数可以由工作人员手动输入到变频器中。电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，这些参数也是固定的，这些参数可以由变频器自动辨识获取，也可以由工作人员手动输入到变频器中。通过角度传感器实时采集曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角/>，进而通过第二预设公式实时获取抽油机光杆的位置/>。进而通过第一预设公式以及上面获取到的参数计算抽油机光杆的载荷P，根据抽油机光杆的位置/>和抽油机光杆的载荷P，可以实时绘制并获取地面的实际功图。而对于某一特定的游梁式抽油机，地面的理论功图是可以直接获取到的。

进一步地，根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算并确定油梁式抽油机的实际充满系数所在的具体范围。当实际充满系数在大于等于90%且小于100%的预设范围内时，控制变频器按照当前运行频率继续运行，并将当前运行频率设置为变频器的第一额定运行频率，即控制游梁式抽油机以高充满系数运行；当确定实际充满系数小于50%时，控制变频器按照50%*的步长降低当前运行频率至目标运行频率；当确定实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制变频器按照40%*/>的步长降低当前运行频率至目标运行频率；当确定实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制变频器按照30%*/>的步长降低当前运行频率至目标运行频率；当确定实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制变频器按照20%*/>的步长降低当前运行频率至所述目标运行频率；当确定实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*/>的步长降低所述当前运行频率至目标运行频率；

进一步地，当前运行频率降低至目标运行频率时，计算实际充满系数，进而判断实际充满系数是否在大于等于90%且小于100%的预设范围内，当实际充满系数不在大于等于90%且小于100%的预设范围内时，控制变频器按照1Hz的步长降低当前运行频率，循环判断实际充满系数是否在大于等于90%且小于100%的预设范围内的步骤，直到实际充满系数在大于等于90%且小于100%的预设范围内。在实际充满系数在大于等于90%且小于100%的预设范围内时，控制变频器按照当前运行频率运行，控制游梁式抽油机以高充满系数运行。

其中，第一预设公式为：

第二预设公式为：

。

第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

图5示出了本发明的一个实施例的油梁式抽油机的频率闭环控制系统的示意框图。油梁式抽油机包括抽油机光杆，传动机构，电机；所述传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与电机的输入轴连接，电机的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴上固定有曲柄，曲柄与抽油机光杆相连接，如图5所示，油梁式抽油机的频率闭环控制系统500包括：

接收单元502，用于接收输入减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>的指令；

第一获取单元504，用于获取所述电机的定子电阻、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>；

第一检测单元506，用于在所述变频器驱动所述电机运行后，检测所述电机的转差率s、定子频率和定子电压/>；

第二获取单元508，用于实时获取所述抽油机光杆的位置；

第一计算单元510，用于根据所述减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，所述电机的转差率s、定子频率/>和定子电压/>；实时获取所述抽油机光杆的位置/>，以及第一预设公式，计算所述抽油机光杆的载荷P；

所述第一预设公式为：

第三获取单元512，用于根据所述抽油机光杆的位置和所述抽油机光杆的载荷P，实时绘制并获取地面的实际功图；

第四获取单元514，用于绘制并获取地面的理论功图；

第二计算单元516，用于根据所述实际功图和所述理论功图，计算所述油梁式抽油机的实际充满系数；

调节单元518，用于根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行。

本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制系统500，通过实时绘制并获取地面的实际功图，进而根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算油梁式抽油机的实际充满系数，最后根据油梁式抽油机的实际充满系数的变化调节变频器的频率，以调节电机的转速，进而可以控制抽油机光杆的上、下冲程工作进行采油，最终达到控制油梁式抽油机以高充满系数运行的目的。

具体地，本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制系统500，将油梁式抽油机的实际充满系数作为参考值来控制变频器的频率，从而控制抽油机光杆的冲次，可以实现实时获取地面的实际功图和地面的理论功图，该地面的实际功图和地面的理论功图的获取方法与传统的获取方法相比，实时的效果更加明显，大大地减少地面的实际功图和地面的理论功图的获取时间。进一步地，在游梁式抽油机的抽油泵因地下油量减少或存在气体时，油泵中原油的充满度降低，进而泵效下降，该控制方法能够在此时驱动变频器使电机转速下降从而降低抽油杆的冲次，在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费，相比于传统的油梁式抽油机的频率开环控制方法，达到了节能环保的效果，同时避免了人为调节变频器驱动电机的频率进而改变抽油杆的冲次，大大地节省了人工成本，使得采油成本大幅度降低。

在本发明的一个实施例中，第二获取单元508，具体包括：角度传感器单元5080，用于通过角度传感器实时采集所述曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角；抽油机光杆位置获取单元5081，用于通过第二预设公式实时获取所述抽油机光杆的位置/>；

所述第二预设公式为：

。

在本实施例中，通过角度传感器实时采集曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角，进而通过第二预设公式就可以达到实时获取抽油机光杆的位置/>的目的，该控制方法获取到的抽油机光杆的位置/>数据十分精确，进而使得该控制方法获得更好的控制效果。

在本发明的一个实施例中，调节单元518，具体包括：第二检测单元5180，用于实时检测所述变频器的当前运行频率；判断单元5181，用于判断所述实际充满系数是否在预设范围内；第一控制单元5182，用于当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述当前运行频率继续运行，并将所述当前运行频率设置为所述变频器的第一额定运行频率；第三计算单元5183，用于当所述实际充满系数不在预设范围内时，根据所述当前运行频率、所述实际充满系数以及第三预设公式计算所述变频器的第二额定运行频率；第三计算单元5183，还用于根据所述实际充满系数、所述第二额定运行频率以及第四预设公式计算所述变频器的目标运行频率；第二控制单元5184，用于控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；判断单元5181，还用于当所述当前运行频率降低至所述目标运行频率时，判断所述实际充满系数是否在预设范围内；第三控制单元5185，用于当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述目标运行频率继续运行；第四控制单元5186，用于当所述实际充满系数不在预设范围内时，控制所述变频器按照第二频率的步长降低所述当前运行频率，以及判断单元5181，还用于循环判断所述实际充满系数是否在预设范围内的步骤，直到所述实际充满系数在预设范围内；

所述第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

在本实施例中，该控制方法达到让抽油泵以较高的充满系数运行的目的，进而达到在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费。

在本发明的一个实施例中，所述预设范围为大于等于90%且小于100%；第二控制单元5184，具体用于：确定所述实际充满系数所在的具体范围；当确定所述实际充满系数小于50%时，控制所述变频器按照50%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制所述变频器按照40%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制所述变频器按照30%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制所述变频器按照20%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；当确定所述实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*/>的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；以及所述第二频率为1Hz。

如图6所示，一种计算机装置600包括：存储器602和处理器604，存储器602上存储有可在处理器604上运行的计算机程序，处理器604执行计算机程序时实现如上述任一实施例中的油梁式抽油机的频率闭环控制方法。

本发明提供的计算机装置600，处理器604执行计算机程序时，通过实时绘制并获取地面的实际功图，进而根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算油梁式抽油机的实际充满系数，最后根据油梁式抽油机的实际充满系数的变化调节变频器的频率，以调节电机的转速，进而可以控制抽油机光杆的上、下冲程工作进行采油，最终达到控制油梁式抽油机以高充满系数运行的目的。

具体地，本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，将油梁式抽油机的实际充满系数作为参考值来控制变频器的频率，从而控制抽油机光杆的冲次，可以实现实时获取地面的实际功图和地面的理论功图，该地面的实际功图和地面的理论功图的获取方法与传统的获取方法相比，实时的效果更加明显，大大地减少地面的实际功图和地面的理论功图的获取时间。进一步地，在游梁式抽油机的抽油泵因地下油量减少或存在气体时，油泵中原油的充满度降低，进而泵效下降，该控制方法能够在此时驱动变频器使电机转速下降从而降低抽油杆的冲次，在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费，相比于传统的油梁式抽油机的频率开环控制方法，达到了节能环保的效果，同时避免了人为调节变频器驱动电机的频率进而改变抽油杆的冲次，大大地节省了人工成本，使得采油成本大幅度降低。

本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例中的油梁式抽油机的频率闭环控制方法。

本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时，通过实时绘制并获取地面的实际功图，进而根据地面的实际功图和地面的理论功图，计算油梁式抽油机的实际充满系数，最后根据油梁式抽油机的实际充满系数的变化调节变频器的频率，以调节电机的转速，进而可以控制抽油机光杆的上、下冲程工作进行采油，最终达到控制油梁式抽油机以高充满系数运行的目的。

具体地，本发明提供的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，将油梁式抽油机的实际充满系数作为参考值来控制变频器的频率，从而控制抽油机光杆的冲次，可以实现实时获取地面的实际功图和地面的理论功图，该地面的实际功图和地面的理论功图的获取方法与传统的获取方法相比，实时的效果更加明显，大大地减少地面的实际功图和地面的理论功图的获取时间。进一步地，在游梁式抽油机的抽油泵因地下油量减少或存在气体时，油泵中原油的充满度降低，进而泵效下降，该控制方法能够在此时驱动变频器使电机转速下降从而降低抽油杆的冲次，在保证抽油泵采油量不变的前提下达到节能环保的目的，使得电能消耗匹配泵效，减少能源浪费，相比于传统的油梁式抽油机的频率开环控制方法，达到了节能环保的效果，同时避免了人为调节变频器驱动电机的频率进而改变抽油杆的冲次，大大地节省了人工成本，使得采油成本大幅度降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油梁式抽油机的频率闭环控制方法，所述油梁式抽油机包括抽油机光杆，传动机构，电机；所述传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与所述电机的输入轴连接，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴上固定有所述曲柄，所述曲柄与所述抽油机光杆相连接，其特征在于，所述控制方法包括：

接收输入减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>的指令；

获取所述电机的定子电阻、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>；

在所述变频器驱动所述电机运行后，检测所述电机的转差率、定子频率/>和定子电压/>；

实时获取所述抽油机光杆的位置；

根据所述减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，所述电机的转差率/>、定子频率/>和定子电压，所述抽油机光杆的位置/>，以及第一预设公式，计算所述抽油机光杆的载荷/>；

所述第一预设公式为：

根据所述抽油机光杆的位置和所述抽油机光杆的载荷/>，实时绘制并获取地面的实际功图；

绘制并获取地面的理论功图；

根据所述实际功图和所述理论功图，计算所述油梁式抽油机的实际充满系数；

根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行；

根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行的步骤，具体包括：

实时检测所述变频器的当前运行频率；

判断所述实际充满系数是否在预设范围内；

当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述当前运行频率继续运行，并将所述当前运行频率设置为所述变频器的第一额定运行频率；

当所述实际充满系数不在预设范围内时，根据所述当前运行频率、所述实际充满系数以及第三预设公式计算所述变频器的第二额定运行频率；

根据所述实际充满系数、所述第二额定运行频率以及第四预设公式计算所述变频器的目标运行频率；

控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当所述当前运行频率降低至所述目标运行频率时，判断所述实际充满系数是否在预设范围内；

当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述目标运行频率继续运行；

当所述实际充满系数不在第一预设范围内时，控制所述变频器按照第二频率的步长降低所述当前运行频率，循环判断所述实际充满系数是否在预设范围内的步骤，直到所述实际充满系数在预设范围内；

所述第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

2.根据权利要求1所述的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，其特征在于，实时获取所述抽油机光杆的位置的步骤，具体包括：

通过角度传感器实时采集所述曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角；

通过第二预设公式实时获取所述抽油机光杆的位置；

所述第二预设公式为：

。

3.根据权利要求1所述的油梁式抽油机的频率闭环控制方法，其特征在于，所述预设范围为大于等于90%且小于100%；

控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率的步骤，具体包括：

确定所述实际充满系数所在的具体范围；

当确定所述实际充满系数小于50%时，控制所述变频器按照50%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制所述变频器按照40%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制所述变频器按照30%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制所述变频器按照20%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；以及

所述第二频率为1Hz。

4.一种油梁式抽油机的频率闭环控制系统，所述油梁式抽油机包括抽油机光杆，传动机构，电机；所述传动机构包括减速箱和曲柄，变频器的输出轴与所述电机的输入轴连接，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴上固定有所述曲柄，所述曲柄与所述抽油机光杆相连接，其特征在于，所述控制系统包括：

接收单元，用于接收输入减速箱的传动效率 、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>的指令；

第一获取单元，用于获取所述电机的定子电阻、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>；

第一检测单元，用于在所述变频器驱动所述电机运行后，检测所述电机的转差率、定子频率/>和定子电压/>；

第二获取单元，还用于实时获取所述抽油机光杆的位置；

第一计算单元，用于根据所述减速箱的传动效率、电机的极对数/>、曲柄的半径/>、减速箱的变速比/>、曲柄的平衡配重/>、和抽油机光杆的最大位移/>，所述电机的定子电阻/>、转子回路电阻/>、定子电抗/>和转子回路电抗/>，所述电机的转差率/>、定子频率/>和定子电压/>，所述抽油机光杆的位置/>，以及第一预设公式，计算所述抽油机光杆的载荷/>；

所述第一预设公式为：

第三获取单元，用于根据所述抽油机光杆的位置和所述抽油机光杆的载荷/>，实时绘制并获取地面的实际功图；

第四获取单元，用于绘制并获取地面的理论功图；

第二计算单元，用于根据所述实际功图和所述理论功图，计算所述油梁式抽油机的实际充满系数；

调节单元，用于根据所述实际充满系数的变化调节所述变频器的频率，以控制所述油梁式抽油机以高充满系数运行；

所述调节单元，具体包括：

第二检测单元，用于实时检测所述变频器的当前运行频率；

判断单元，用于判断所述实际充满系数是否在预设范围内；

第一控制单元，用于当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述当前运行频率继续运行，并将所述当前运行频率设置为所述变频器的第一额定运行频率；

第三计算单元，用于当所述实际充满系数不在预设范围内时，根据所述当前运行频率、所述实际充满系数以及第三预设公式计算所述变频器的第二额定运行频率；

所述第三计算单元，还用于根据所述实际充满系数、所述第二额定运行频率以及第四预设公式计算所述变频器的目标运行频率；

第二控制单元，用于控制所述变频器按照第一频率的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

所述判断单元，还用于当所述当前运行频率降低至所述目标运行频率时，判断所述实际充满系数是否在预设范围内；

第三控制单元，用于当所述实际充满系数在预设范围内时，控制所述变频器按照所述目标运行频率继续运行；

第四控制单元，用于当所述实际充满系数不在预设范围内时，控制所述变频器按照第二频率的步长降低所述当前运行频率，以及

所述判断单元，还用于循环判断所述实际充满系数是否在预设范围内的步骤，直到所述实际充满系数在预设范围内；

所述第三预设公式为：

其中，为所述变频器的当前运行频率，/>为所述油梁式抽油机的实际充满系数，/>为所述变频器的第二额定运行频率；

所述第四预设公式为：

其中，为所述变频器的目标运行频率。

5.根据权利要求4所述的油梁式抽油机的频率闭环控制系统，其特征在于，所述第二获取单元，具体包括：

角度传感器单元，用于通过角度传感器实时采集所述曲柄在顺时针转动时的曲柄轴线与垂直线的夹角；

抽油机光杆位置获取单元，用于通过第二预设公式实时获取所述抽油机光杆的位置；

所述第二预设公式为：

。

6.根据权利要求4所述的油梁式抽油机的频率闭环控制系统，其特征在于，所述预设范围为大于等于90%且小于100%；

所述第二控制单元，具体用于：

确定所述实际充满系数所在的具体范围；

当确定所述实际充满系数小于50%时，控制所述变频器按照50%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于60%且大于等于50%时，控制所述变频器按照40%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于70%且大于等于60%时，控制所述变频器按照30%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于80%且大于等于70%时，控制所述变频器按照20%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；

当确定所述实际充满系数小于90%且大于等于80%时，控制所述变频器按照10%*的步长降低所述当前运行频率至所述目标运行频率；以及

所述第二频率为1Hz。

7.一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任一项所述的油梁式抽油机的频率闭环控制方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的油梁式抽油机的频率闭环控制方法。