CN202385052U - 基于can总线修井机电控装置 - Google Patents

Abstract

一种基于CAN总线修井机电控装置。为了克服现有修井机能源转换效率低、油耗高，受井场变压器容量限制，所配备电机功率较小，影响了作业时效的不足，本实用新型包括主电路系统、控制电路系统，主电路系统包括桥式不控整流器、滤波电容、直流变换器、蓄电池组、充电机、电机系统；控制电路系统包括主电路控制器和电池能量管理器；蓄电池组正极通过单向可控限流器和直流变换器的输出直流母线正极并联；蓄电池组和充电机连接后通过直流母线与电机系统连接。其有益效果是本实用新型的有益效果是，动力效率高，减少碳排放；与井场电源共同或独立完成修井作业，提高作业时效。

Description

基于CAN总线修井机电控装置

技术领域

本实用新型涉及一种油田修井机电控装置，尤其是涉及一种基于CAN总线修井机电控装置。

背景技术

目前，常规修井机多数以柴油机作为原始动力，柴油机驱动存在以下缺点：1、能源转换效率低，油耗费成本高：在一个完整修井周期内，能量实际利用率仅为30％左右；2、调速范围小，除主传动箱外，还要配置价格昂贵的分动箱和变矩器。

随着环保和节能减排要求的不断提高，出现了以交流变频技术为基础的电动修井机，实现修井机原始动力“油改电”，由于受井场变压器容量限制，所配备电机功率较小，影响了作业时效。

实用新型内容

为了克服现有修井机能源转换效率低，油耗费成本高，受井场变压器容量限制，所配备电机功率较小，影响了作业时效的不足，本实用新型提供一种基于CAN(Controller Area Network控制器局域网络)总线修井机电控装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：基于CAN总线修井机电控装置包括主电路系统、控制电路系统，主电路系统包括桥式不控整流器、滤波电容、直流变换器、蓄电池组、充电机、电机系统；控制电路系统包括主电路控制器和电池能量管理器；蓄电池组正极通过单向可控限流器和直流变换器的输出直流母线正极并联；蓄电池组和充电机连接后通过直流母线与电机系统连接。桥式不控整流器输出侧连接滤波电容和直流变换器，经滤波电容滤波后的直流电压经直流变换器升压或减压调整，与蓄电池组的实际电压匹配；直流变换器为带隔离变压器的升降压变换器，实现变换器输入与输出之间的电气隔离。直流变换器和蓄电池组的负极直接并联到直流母线负极，正极之间连接单向可控限流器；单向可控限流器由主电路控制器控制，可根据实际负载调节单向可控限流器进行能量分配控制。主电路控制器采用ARM处理器，内嵌Linux操作系统；利用处理器集成的A/D转换器采集电流、电压等数据，利用处理器内的定时器实现PWM控制功能，改变开关的占空比调整直流变换器输出电压；主电路控制器与电池能量管理器、充电机和电机系统的控制单元内置CAN接口构成CAN总线分布式控制系统；通过CAN总线获得蓄电池组的工作状态，实时显示及报警提示，并控制电机系统完成修井机大钩提升、下放作业；利用修井机低载荷的间隙时间，充电器作为CAN总线上的一个节点受主电路控制器控制，为蓄电池组充电。

本实用新型的有益效果是，与柴油机动力系统相比，修井机的动力效率可提高60％，减少碳排放；与常规的变频调速电动修井机相比，可与井场电源共同或独立完成修井作业。

附图说明

图1是本实用新型基于CAN总线修井机电控装置的电路原理图。

图中：1.桥式不控整流器，2.滤波电容，3.直流变换器，4.单向可控限流器，5.蓄电池组，6.充电机，7.电机系统，8.主电路控制器，9.电池能量管理器，10.直流母线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

参见附图。本实用新型基于CAN总线修井机电控装置包括主电路系统、控制电路系统。

主电路系统包括桥式不控整流器1、滤波电容2、直流变换器3、蓄电池组5、充电机6、电机系统7(变频调速或开关磁阻电机系统)；蓄电池组5正极通过单向可控限流器4和直流变换器3的输出直流母线正极并联；蓄电池组5和充电机6连接后通过直流母线10与电机系统7连接。

桥式不控整流器1输出侧连接滤波电容2和直流变换器3，经滤波电容2滤波后的直流电压经直流变换器3升压或减压调整，与蓄电池组5的实际电压匹配；直流变换器3为带隔离变压器的升降压变换器，实现变换器输入与输出之间的电气隔离，提高直流变换器3运行的安全可靠性和电磁兼容性。

直流变换器3和蓄电池组5的负极直接并联到直流母线10负极，正极连接单向可控限流器4。单向可控制限流器4受主电路控制器8的控制，其作用是电机系统工作时防止井场电源给蓄电池组误充电，并根据实际负载需求，调节可控限流器，进行能量分配控制，实现蓄电池组与电网供电的功率合理分配，在满足负载需求的情况下，最大限度的节约蓄电池组能量，延长蓄电池组工作时间和充电周期。

控制电路系统包括主电路控制器8、电池能量管理器9，与充电机6、电机系统7控制单元CAN总线接口连接，构成CAN总线分布式控制系统。主电路控制器8采用ARM(Advanced RISC Machines)处理器，内嵌Linux操作系统；利用处理器集成的A/D转换器采集电流、电压等数据，利用处理器内的定时器实现PWM(Pulse Width Modulation脉宽调制)控制功能，改变开关的占空比调整直流变换器输出电压。主电路控制器8与电池能量管理器9、充电机6和电机系统7的控制单元内置CAN接口构成CAN总线分布式控制系统；通过CAN总线获得蓄电池组5的工作状态，实时显示及报警提示，并控制电机系统7完成修井机大钩提升、下放作业。根据修井作业的特点，利用修井机低载荷的间隙时间，充电机作为CAN总线上的一个节点受主电路控制器8控制，为蓄电池组5充电，提升蓄电池组储能，延长在线使用时间。

主电路电路控制器8通过CAN总线获得电池能量管理器9的电池组状态参数，实时显示及故障报警；通过电机系统7的控制单元内置CAN总线接口控制电机运行；并通过充电机6控制器内置CAN接口控制充电机6对蓄电池组5的在线充电。

本实用新型电路系统采用防水、防潮、防盐雾设计，工作温度范围-15℃～45℃，蓄电池组内含有自动加热装置，温度过低时自动启动加热，保证蓄电池组的性能。

将CAN总线的体系结构应用到电控装置的控制系统中，主控制器与电池能量管理系统、充电机、电机系统控制单元构建CAN总线系统，实现数据共享。在此基础上，根据设备的工作状态，实现井场电源和蓄电池组能量输出的合理分配，并在修井机轻载工作的时间段，控制充电机为蓄电池组充电，提升蓄电池组储能，延长在线使用时间。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (4)

1.一种基于CAN总线修井机电控装置，包括主电路系统、控制电路系统，其特征在于：

所述主电路系统包括桥式不控整流器(1)、滤波电容(2)、直流变换器(3)、蓄电池组(5)、充电机(6)、电机系统(7)；所述控制电路系统包括主电路控制器(8)和电池能量管理器(9)；蓄电池组(5)正极通过单向可控限流器(4)和直流变换器(3)的输出直流母线正极并联；蓄电池组(5)和充电机(6)连接后通过直流母线(10)与电机系统(7)连接。

2.如权利要求1所述的基于CAN总线修井机电控装置，其特征在于，所述桥式不控整流器(1)输出侧连接滤波电容(2)和直流变换器(3)，经滤波电容(2)滤波后的直流电压经直流变换器(3)升压或减压调整，与蓄电池组(5)的实际电压匹配；直流变换器(3)为带隔离变压器的升降压变换器，实现变换器输入与输出之间的电气隔离。

3.如权利要求2所述的基于CAN总线修井机电控装置，其特征在于，所述的直流变换器(3)和蓄电池组(5)的负极直接并联到直流母线(10)负极，正极连接单向可控限流器(4)；单向可控限流器(4)由主电路控制器(8)控制，可根据实际负载调节单向可控限流器(4)进行能量分配控制。

4.如权利要求1所述的基于CAN总线修井机电控装置，其特征在于，所述的主电路控制器(8)采用ARM处理器，内嵌Linux操作系统；利用处理器集成的A/D转换器采集电流、电压等数据，利用处理器内的定时器实现PWM控制功能，改变开关的占空比调整直流变换器输出电压；所述主电路控制器(8)与电池能量管理器(9)、充电机(6)和电机系统(7)的控制单元内置CAN接口构成CAN总线分布式控制系统；通过CAN总线获得蓄电池组(5)的工作状态，实时显示及报警提示，并控制电机系统(7)完成修井机大钩提升、下放作业；利用修井机低载荷的间隙时间，充电机作为CAN总线上的一个节点受主电路控制器(8)控制，为蓄电池组(5)充电。

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