CN201118522Y - 智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用在油田抽油机上的智能控制器。旨在克服抽油机调整冲次困难、耗能过多、启动冲击大和对电网影响大等问题。智能控制器由变频器(7)、调速装置(82)、制动装置(83)和控制单元(84)组成。变频器(7)与交流接触器CJ2主触点(2)并联连接；控制单元(84)一端接地，另一端与变频器(7)线连接；调速装置(82)中2.7K电位器不动端(80)与2K电位器带滑动触头端(81)线连接，其它接线端与变频器(7)线连接；制动装置(83)是由制动单元(9)与制动电阻(10)组成。制动单元(9)与制动电阻(10)线连接，制动单元(9)与变频器(7)线连接。其满足调整冲次、节约能量和软启动要求。

Description

智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种应用在油田采油设备上的控制装置，更具体的说，它涉及一种应用在抽油机上的智能控制器。

背景技术

目前，在我国各油田的抽油机总数已超过10万台，是各油田的主要耗能设备。装机总容量在三百万千瓦以上，作为油田生产中使用最多的耗能设备，抽油机拖动电机的负载率普遍较低，造成能源浪费。

在实际开采作业过程中，抽油机受油井的井深、渗透率、油质、杂质、含沙量、含水量等诸多客观因素的影响，须调整作业冲次、冲程，甚至更换电机、改变电机的功率；同时，由于油田所处地理位置、纬度的不同，以及所处地区的气候等自然因素，也会对开采作业产生影响，要求抽油机根据实际工况进行相应的速度调整。

目前，抽油机在实际开采作业过程中调整冲次困难、电机的功率因数低、启动冲击大、耗能过多、对电网影响大。因此，抽油机的电机控制系统还达不到从高效节能的角度对其提出的基本要求：

1.能够大范围的、稳定可靠的无级调速；

2.具有比较显著的节电效果；

3.提高电机的效率，生产效率；

4.降低无功功率；

5.实现软启动，减少对电网的冲击，延长电机的使用寿命。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术所存在的技术问题，提供一种能够在大范围内稳定可靠无级调速的，具有显著节电效果的，能够实现软启动的，减少对电网冲击与延长电机使用寿命的智能控制器。

为解决上述技术问题本实用新型采用如下技术方案予以解决。智能控制器主要由变频器、控制单元、调速装置和制动装置组成。

所述的变频器采用的型号为OMRON 3G3RV-ZV1-A4075至OMRON 3G3RV-ZV1-A4185或采用的型号为OMRON 3G3RV-ZV1-B4220至OMRON 3G3RV-ZV1-B4900，变频器R/L1接线端子、变频器S/L2接线端子、变频器T/L3接线端子分别与交流接触器CJ2的1/L1主触点、交流接触器CJ2的3/L2主触点、交流接触器CJ2的5/L3主触点电线连接，变频器U/T1接线端子、变频器V/T2接线端子、变频器W/T3接线端子分别与交流接触器CJ1的1/L1主触点、交流接触器CJ1的3/L2主触点、交流接触器CJ1的5/L3主触点电线连接，与交流接触器CJ1主触点串接的变频器和交流接触器CJ2主触点并联连接。

所述的控制单元主要由交流接触器CJ1线圈、交流接触器CJ2线圈组成，其一端接地，另一端与变频器相应的接线端子电线连接。

所述的调速装置是由2.7K电位器与2K电位器组成，2.7K电位器不动端与2K电位器带滑动触头端电线连接，2.7K电位器与2K电位器的其它接线端分别与变频器相应的接线端子电线连接。

所述的制动装置是由制动单元与制动电阻组成，制动单元与制动电阻之间是电线连接，制动单元与变频器相应的接线端子电线连接。

技术方案中所述的控制单元中交流接触器CJ1的13NO常闭触点、交流接触器CJ1的22NC常开触点和按钮开关2号接线端子共同接地。按钮开关1号接线端子和交流接触器CJ1的21NC常开触点同与交流接触器CJ2的13NO常闭触点电线连接，交流接触器CJ2的14NO常闭触点与交流接触器CJ1的A1线圈电线连接，交流接触器CJ1的A2线圈与变频器MB接线端子电线连接。交流接触器CJ1的14NO常闭触点与交流接触器CJ2的A1线圈电线连接，交流接触器CJ2的A2线圈与旋钮开关2号接线端子电线连接，旋钮开关1号接线端子与变频器MA接线端子电线连接，形成线圈互锁电路；所述的调速装置中2K电位器不动端与变频器+V接线端子电线连接，2.7K电位器滑动触头端与变频器A1接线端子电线连接，2.7K电位器另一不动端与变频器AC接线端子电线连接；所述的制动装置中制动单元、制动电阻的连接关系是：制动单元正极接线端子与变频器3号正极接线端子电线连接，制动单元负极接线端子与变频器负极接线端子电线连接，制动单元P接线端子与制动电阻接线端子电线连接，制动单元B接线端子与制动电阻另一接线端子电线连接；所述的智能控制器还包括一个旋钮开关常开触点，旋钮开关3号接线端子与变频器S1多功能输入端子电线连接，旋钮开关4号接线端子与变频器SC多功能输入端子电线连接；所述的变频器也可采用型号为安川F7，G7系列的或AB S510-S800系列的或交-交的变频器；所述的变频器、控制单元、调速装置和制动装置安装在一个控制箱里，该控制箱属于户外安装型，防护等级为IP54。

本实用新型的有益效果

本实用新型的技术构思与主要技术特征是：

1.采用了交-直-交的主电路

智能控制器先将输入的三相50Hz交流电变为直流，再逆变为频率、电压有效值可调的三相交流电供给拖动电机。

2.采用了大范围的速度控制

智能控制器采用矢量转矩控制，可准确、大范围地控制电机的转速，速度控制范围为0-1500r.p.m，速度控制精度为0.3r/min。

3.实施1.5倍额定转矩的过载能力

智能控制器在零至额定转速范围内具有恒转矩输出特性，因此，在很低的转速下，电机也可输出额定转矩，并具有150％的过载能力。

4.实现低速大转矩的控制特性

智能控制器在抽油机电动机启动的过程中，可以使电动机输出足够的转矩，从而在转速从0上升到设定值过程中，使电流平稳，实现了真正的“软启动”。

5.具有内部软PLC功能，可对转矩实时地进行检测和控制。

6.达到在抽油机运行中能够方便地进行冲次的调整。

对本实用新型的试验结果是：

本实用新型的有益效果是：

1.调速操作简便

由于智能控制器具有大范围、连续调速的特点，只需调整一个旋钮即可实现连续、稳定的调速功能，满足抽油机调整冲次的要求。对于现场操作人员而言，操作极为简便。

2.降低了作业强度

使用智能控制器时，由于调速操作简便，无需在作业过程中更改抽油机及配套设备的机械结构，大大降低了现场工人的作业强度。

3.提高了生产效率

使用智能控制器时，在作业过程中无需停机进行调整，节约了时间，提高了抽油机的出油量，即提高了抽油机的生产效率。

4.节能效果显著

根据对智能控制器实际应用过程中的统计数据显示，智能控制器具有显著的节能效果。相对而言，对于油井渗透率低，冲次越低，节电效果越明显：当抽油机冲次频率低于2.5次/分，节电率高达45％以上。

针对负荷较轻的油井，可根据智能控制器具有的软启动功能，采用以较小功率的电机取代原有电机的解决方案，同样可以取得较为显著的节能效果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明：

图1是智能控制器的电路原理图；

图2是空气开关各接线端子标记的示意图；

图3是交流接触器CJ2主触点各主触点标记的示意图；

图4是交流接触器CJ1主触点各主触点标记的示意图；

图5是电动机380伏交流电三相线进线各相线标记的示意图；

图6是变频器各接线端子标记的示意图；

图7是调速装置各接线端子标记的示意图；

图8是控制单元各接线端子标记的示意图；

图9是旋钮开关常开触点各触点标记的示意图；

图10是制动装置各接线端子标记的示意图；

图中：1.空气开关，2.交流接触器CJ2主触点，3.交流接触器CJ1主触点，4.电动机，5.2.7K电位器，6.2K电位器，7.变频器，8.旋钮开关常开触点，9.制动单元，10.制动电阻，11.交流接触器CJ1线圈，12.旋钮开关常开触点，13.交流接触器CJ2线圈，14.交流接触器CJ2辅助常闭触点，15.交流接触器CJ1辅助常闭触点，16.交流接触器CJ1辅助常开触点，17.按钮开关，18.空开1号接线端子，19.空开3号接线端子，20.空开5号接线端子，21.空开2号接线端子，22.空开4号接线端子，23.空开6号接线端子，24.交流接触器CJ2的1/L1主触点，25.交流接触器CJ2的3/L2主触点，26.交流接触器CJ2的5/L3主触点，27.交流接触器CJ2的2/T1主触点，28.交流接触器CJ2的4/T2主触点，29.交流接触器CJ2的6/T3主触点，30.交流接触器CJ1的1/L1主触点，31.交流接触器CJ1的3/L2主触点，32.交流接触器CJ1的5/L3主触点，33.交流接触器CJ1的2/T1主触点，34.交流接触器CJ1的4/T2主触点，35.交流接触器CJ1的6/T3主触点，36.电动机L1接线端子，37.电动机L2接线端子，38.电动机L3接线端子，39.变频器R/L1接线端子，40.变频器S/L2接线端子，41.变频器T/L3接线端子，42.变频器+V接线端子，43.变频器A1接线端子，44.变频器AC接线端子，45.变频器S1多功能输入端子，46.变频器SC多功能输入端子，47.变频器3号正极接线端子，48.变频器负极接线端子，49.变频器U/T1接线端子，50.变频器V/T2接线端子，51.变频器W/T3接线端子，52.变频器MB接线端子，53.变频器MA接线端子，54.变频器MC接线端子，55.2K电位器不动端，56.2.7K电位器滑动触头端，57.2.7K电位器另一不动端，58.交流接触器CJ1的A2线圈，59.交流接触器CJ1的A1线圈，60.交流接触器CJ2的14NO常闭触点，61.交流接触器CJ2的13NO常闭触点，62.按钮开关1号接线端子，63.按钮开关2号接线端子，64.交流接触器CJ1的21NC常开触点，65.交流接触器CJ1的22NC常开触点，66.旋钮开关1号接线端子，67.旋钮开关2号接线端子，68.交流接触器CJ2的A2线圈，69.交流接触器CJ2的A1线圈，70.交流接触器CJ1的14NO常闭触点，71.交流接触器CJ1的13NO常闭触点，72.旋钮开关3号接线端子，73.旋钮开关4号接线端子，74.制动单元正极接线端子，75.制动单元负极接线端子，76.制动单元P接线端子，77.制动电阻接线端子，78.制动单元B接线端子，79.制动电阻另一接线端子，80.2.7K电位器不动端，81.2K电位器带滑动触头端，82.调速装置，83.制动装置，84.控制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：

参阅图1至图10，现有油田磕头机(抽油机)的控制箱大部分采用交流接触器直接启动，这种启动方式对设备和电网的冲击很大，而且在设备运行过程中不能根据实际工作状况来方便地、无级地调整冲次。针对油田工作的需求，智能控制器结合抽油机的运行工况和油井的实际情况，将变频技术与自动控制相结合，及时地、自动地调整电机的运行速度、加速度、扭矩等参数，实现了大范围的稳定可靠的无级调速；取得了显著的节电效果；同时提高电机的效率和生产效率；降低无功功率；能够实现软启动，减少对电网的冲击和延长了电机的使用寿命。使原有拖动电机在高效、节能状态进行工作。而且，智能控制器可以简便而安全的进行调速操作，大大降低了现场操作人员的工作强度，提高了生产效率。

电动机L1接线端子36、电动机L2接线端子37和电动机L3接线端子38分别与交流接触器CJ2的2/T1主触点27、交流接触器CJ2的4/T2主触点28和交流接触器CJ2的6/T3主触点29电线连接，交流接触器CJ2的1/L1主触点24、交流接触器CJ2的3/L2主触点25和交流接触器CJ2的5/L3主触点26分别与空开2号接线端子21、空开4号接线端子22和空开6号接线端子23电线连接，空开1号接线端子18、空开3号接线端子19和空开5号接线端子20(分别)与电源(电网的L1、L2和L3)电线连接，形成现有油田抽油机的交流接触器直接启动电路。将本实用新型所提供的智能控制器并联在这条直接启动电路其中，即可解决现有技术所存在的问题，取得有益效果。

智能控制器主要由变频器7、控制单元84、调速装置82和制动装置83组成。

所述的变频器7采用的型号为OMRON 3G3RV-ZV1-A4075，变频器R/L1接线端子39、变频器S/L2接线端子40和变频器T/L3接线端子41分别与交流接触器CJ2的1/L1主触点24、交流接触器CJ2的3/L2主触点25、交流接触器CJ2的5/L3主触点26电线连接，变频器U/T1接线端子49、变频器V/T2接线端子50和变频器W/T3接线端子51分别与交流接触器CJ1的1/L1主触点30、交流接触器CJ1的3/L2主触点31和交流接触器CJ1的5/L3主触点32电线连接，交流接触器CJ1的2/T1主触点33、交流接触器CJ1的4/T2主触点34、交流接触器CJ1的6/T3主触点35分别与交流接触器CJ2的2/T1主触点27、交流接触器CJ2的4/T2主触点28、交流接触器CJ2的6/T3主触点29电线连接，即变频器7与交流接触器CJ2主触点2成并联连接。变频器MC接线端子54与交流电进线L1连接。

所述的控制单元84是由交流接触器CJ1线圈11、旋钮开关常开触点12、交流接触器CJ2线圈13、交流接触器CJ2辅助常闭触点14、交流接触器CJ1辅助常闭触点15、交流接触器CJ1辅助常开触点16和按钮开关17组成。交流接触器CJ1的13NO常闭触点71、交流接触器CJ1的22NC常开触点65和按钮开关2号接线端子63共同接地。按钮开关1号接线端子62和交流接触器CJ1的21NC常开触点64同与交流接触器CJ2的13NO常闭触点61电线连接，交流接触器CJ2的14NO常闭触点60与交流接触器CJ1的A1线圈59电线连接，交流接触器CJ1的A2线圈58与变频器MB接线端子52电线连接。控制单元84中的交流接触器CJ1的14NO常闭触点70与交流接触器CJ2的A1线圈69电线连接，交流接触器CJ2的A2线圈68与旋钮开关2号接线端子67电线连接，旋钮开关1号接线端子66与变频器MA接线端子53电线连接，形成线圈互锁电路。正常时，由变频器7、交流接触器CJ1线圈11、交流接触器CJ2辅助常闭触点14、交流接触器CJ1辅助常开触点16和按钮开关17所组成的电路即运行电路起作用。这时交流接触器CJ2主触点2断开，电动机4、交流接触器CJ2主触点2、空气开关1与电源依次串接的电路不通，电源的电流通过空气开关1(接通状态)、变频器7与交流接触器CJ1主触点3(接通状态)输送给电动机4使其转动工作。工作过程中我们可以按需要调整冲次的次数，由于变频器7是先把50HZ的交流电经过整流变换成直流电，再经滤波后将较平滑的直流电逆变成频率可调的交流电，所以很容易地调整电机的运行速度、加速度、扭矩等参数，实现了大范围的稳定可靠的无级调速，提高电机的效率和生产效率，降低无功功率。智能控制器出现故障时，由变频器7、旋钮开关常开触点12、交流接触器CJ2线圈13和交流接触器CJ1辅助常闭触点15所组成的电路即故障电路起作用。此时，电源、空气开关1、变频器7、交流接触器CJ1主触点3与电动机4依次串接的电路断开。电动机4、交流接触器CJ2主触点2(接通状态)、空气开关1(接通状态)与电源依次串接的电路接通，抽油机可以继续工作，不会因智能控制器出现故障而使抽油机停产。所以线圈互锁电路即控制单元84使抽油机具有在正常工作状态下和故障状态下两种交替工作的运行方案，保证不会出现停产维修的情况。

所述的调速装置82是由2.7K电位器5与2K电位器6组成。2.7K电位器不动端80与2K电位器带滑动触头端81电线连接，2K电位器不动端55与变频器+V接线端子42电线连接，2.7K电位器滑动触头端56与变频器A1接线端子(43)电线连接，2.7K电位器另一不动端57与变频器AC接线端子44电线连接。此调速装置82可在抽油机工作过程中，调节2.7K可变电位器达到调速的目的。

所述的制动装置83是由制动单元9与制动电阻10组成。制动单元正极接线端子74与变频器3号正极接线端子47电线连接，制动单元负极接线端子75与变频器负极接线端子48电线连接，制动单元P接线端子76与制动电阻接线端子77电线连接，制动单元B接线端子78与制动电阻另一接线端子79电线连接。制动装置83的作用是通过制动单元9的打开和关闭将电动机4产生的再生能量(电流)经过制动电阻10转化成热能释放掉。当抽油机(磕头机)的平衡度不高或换向过快时，电动机4有时会由电动状态变为发电状态，会产生再生能量，产生的再生能量如果超出直流母线电压设定值时，会产生变频器直流母线电压过高，造成原器件损坏及过电压报警故障，加入制动单元9和制动电阻10就是解决多余再生能量的释放，防止产生变频器直流母线过电压报警故障。当电动机4由电动状态变为发电状态时，动能(势能)转变为电能，返回变频器直流母线，造成直流母线电压很高，制动单元9检测直流母线电压高于某个设定值时，会将制动电阻10与直流母线间的开关接通，多余的再生能量通过制动电阻10以热能的方式释放掉。

为了加强智能控制器的使用功能，在智能控制器中还可增设一个旋钮开关常开触点8，旋钮开关3号接线端子72与变频器S1多功能输入端子45电线连接，旋钮开关4号接线端子73与变频器SC多功能输入端子46电线连接。

在具体实施方式所述的智能控制器技术方案中变频器7采用的型号为OMRON 3G3RV-ZV1-A4075，当然，变频器7还可在型号为OMRON 3G3RV-ZV1-A4075至OMRON 3G3RV-ZV1-A4185或在型号为OMRON 3G3RV-ZV1-B4220至OMRON 3G3RV-ZV1-B4900的范围中选择，效果皆为很好。除此以外变频器7也可采用型号为安川F7，G7系列的或AB S510-S800系列的或交-交的变频器。

为了保证智能控制器的功能在任何工况条件下的发挥，所述的变频器7、控制单元84、调速装置82和制动装置83应安装在一个控制箱里，该控制箱属于户外安装型，防护等级为IP54。

Claims (7)

1.一种智能控制器，其特征在于，主要由变频器(7)、控制单元(84)、调速装置(82)和制动装置(83)组成；

所述的变频器(7)采用的型号为OMRON 3G3RV-ZV1-A4075至OMRON 3G3RV-ZV1-A4185或采用的型号为OMRON 3G3RV-ZV1-B4220至OMRON 3G3RV-ZV1-B4900，变频器R/L1接线端子(39)、变频器S/L2接线端子(40)、变频器T/L3接线端子(41)分别与交流接触器CJ2的1/L1主触点(24)、交流接触器CJ2的3/L2主触点(25)、交流接触器CJ2的5/L3主触点(26)电线连接，变频器U/T1接线端子(49)、变频器V/T2接线端子(50)、变频器W/T3接线端子(51)分别与交流接触器CJ1的1/L1主触点(30)、交流接触器CJ1的3/L2主触点(31)、交流接触器CJ1的5/L3主触点(32)电线连接，与交流接触器CJ1主触点(3)串接的变频器(7)和交流接触器CJ2主触点(2)并联连接；

所述的控制单元(84)主要由交流接触器CJ1线圈(11)、交流接触器CJ2线圈(13)组成，其一端接地，另一端与变频器(7)相应的接线端子电线连接；

所述的调速装置(82)是由2.7K电位器(5)与2K电位器(6)组成，2.7K电位器不动端(80)与2K电位器带滑动触头端(81)电线连接，2.7K电位器(5)与2K电位器(6)的其它接线端分别与变频器(7)相应的接线端子电线连接；

所述的制动装置(83)是由制动单元(9)与制动电阻(10)组成，制动单元(9)与制动电阻(10)之间是电线连接，制动单元(9)与变频器(7)相应的接线端子电线连接。

2.按照权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的控制单元(84)中交流接触器CJ1的13NO常闭触点(71)、交流接触器CJ1的22NC常开触点(65)和按钮开关2号接线端子(63)共同接地；按钮开关1号接线端子(62)和交流接触器CJ1的21NC常开触点(64)同与交流接触器CJ2的13NO常闭触点(61)电线连接，交流接触器CJ2的14NO常闭触点(60)与交流接触器CJ1的A1线圈(59)电线连接，交流接触器CJ1的A2线圈(58)与变频器MB接线端子(52)电线连接；交流接触器CJ1的14NO常闭触点(70)与交流接触器CJ2的A1线圈(69)电线连接，交流接触器CJ2的A2线圈(68)与旋钮开关2号接线端子(67)电线连接，旋钮开关1号接线端子(66)与变频器MA接线端子(53)电线连接，形成线圈互锁电路。

3.按照权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的调速装置(82)中2K电位器不动端(55)与变频器+V接线端子(42)电线连接，2.7K电位器滑动触头端(56)与变频器A1接线端子(43)电线连接，2.7K电位器另一不动端(57)与变频器AC接线端子(44)电线连接。

4.按照权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的制动装置(83)中制动单元(9)、制动电阻(10)的连接关系是：制动单元正极接线端子(74)与变频器3号正极接线端子(47)电线连接，制动单元负极接线端子(75)与变频器负极接线端子(48)电线连接，制动单元P接线端子(76)与制动电阻接线端子(77)电线连接，制动单元B接线端子(78)与制动电阻另一接线端子(79)电线连接。

5.按照权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，还包括一个旋钮开关常开触点(8)，旋钮开关3号接线端子(72)与变频器S1多功能输入端子(45)电线连接，旋钮开关4号接线端子(73)与变频器SC多功能输入端子(46)电线连接。

6.按照权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的变频器(7)也可采用型号为安川F7，G7系列的或AB S510-S800系列的或交-交的变频器。

7.按照权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的变频器(7)、控制单元(84)、调速装置(82)和制动装置(83)安装在一个控制箱里，该控制箱属于户外安装型，防护等级为IP54。

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