CN204256489U - 一种大型采油船用抽油机智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种大型采油船用抽油机智能控制器，包括控制主板，与该控制主板通过并口进行数据传输的显示按键面板、用于调理系统输入输出信号的信号调理单元；控制主板包括RTU控制单元，RTU控制单元的第一输入端电源系统连接，其第二输入端与传感器检测单元连接；RTU控制单元的第一输出端与工频控制单元连接，其第二输出端与变频控制单元连接，其第三输出端与调平衡系统连接；工频控制单元和变频控制单元的输出端均与抽油机主电机连接，调平衡系统的输出端与调平衡小电机连接，本实用新型提供了变频/工频两种工作模式的切换功能，保证系统在变频维修时，采油船上的抽油机仍然能正常工作，减少了抽油机的空抽与停抽现象的发生。

Description

一种大型采油船用抽油机智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种大型采油船用抽油机智能控制器。

背景技术

目前，我国海上油井的种类比较复杂，且其分布区域相当广泛，这对我国采用采油船进行航海采油的工作提出了很高的技术要求。然而我国作为一个少油的大国，石油相当依赖进口，伴随着油田的过度开发，现有的海上油井大多变为贫油井，产油量逐次下降，这样，用于采油船上的抽油机的高效能运作就显得尤为重要。

而传统的海上用的抽油机因其结构简单、维护方便、投资少等优点在各大海上油井得到了广泛的使用。但随着海上油井开发的不断深入，海上油井产量下降，而用于采油船上的抽油机的抽油能力已经远远大于油井出油能力，很多情况下都是空抽，这样，使得油泵的充满率降低，泵工作效率降低，耗电量大，抽油杆疲劳破坏，抽油泵寿命缩短，增加了采油船的采油成本。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种大型采油船用抽油机智能控制器，它与抽油机电机变频器配套使用，其作用是对抽油机进行集中控制和自动化管理，可对抽油机的工作状态及数据进行数字采集、监控，并且可以通过通信网络将数据上传至上位管理系统进行集中控制与管理。RTU结合通过采集传感器信号并判断抽油机工作状况，自动控制配重平衡、抽油机冲次，以达到智能控制抽油机的目的，使抽油机始终处于最优工作状态，并通过语音报警通知工作人员抽油机工作状态，保证了生产的安全。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：一种大型采油船用抽油机智能控制器，包括控制主板，与该控制主板通过并口进行数据传输的显示按键面板，用于调理系统输入输出信号的信号调理单元；其中，所述控制主板包括RTU控制单元，该RTU控制单元的第一输入端电源系统连接，其第二输入端与用于采集载荷信号、电流信号和位移信号的传感器检测单元连接；所述RTU控制单元的第一输出端与工频控制单元连接，其第二输出端与变频控制单元连接，其第三输出端与调平衡系统连接；所述工频控制单元和变频控制单元的输出端均与抽油机主电机连接；所述调平衡系统的输出端与调平衡小电机连接。

进一步的，所述控制主板中还设置有建立在RTU控制单元与远程上位机之间的通信模块。

进一步的，所述控制主板中还包括通过I2C总线与RTU控制单元进行通信连接的EEPROM存储单元。

进一步的，所述控制主板中还包括用于提示系统启动或停止工作情况的语音报警模块。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了变频/工频切换功能，实现了两种工作模式，可以保证系统在变频维修时，抽油机仍然能正常工作，可以减少抽油机的空抽与停抽现象的发生，不影响油田的产油量，实现了经济效益最大化。

本实用新型通过对载荷传感器、位移传感器和电流变送器的监测，根据载荷传感器采集的数据计算出最大载荷和最小载荷；根据位移传感器采集的位移信号，计算出实际冲次和冲程；根据电流变送器采集的电流信号，计算出输出功率、输出电压、变频器运行状态、以及变频器故障状态等参数。

本实用新型通过对电流、电压信号的分析，对抽油机的电机实施相关的继电保护，并同时通过语音报警通知抽油机工作平台上的工作人员抽油机的启动、停止动作等相关信息，保证了整个生产的安全。

本实用新型还具有RS485串行通信接口与GPRS通信接口，RS485采用MODRUS通信协议与上位机进行通信，上位机可以远程控制RTU的启动、停止、设定频率、故障复位等功能，还可以修改抽油机的工作参数。

另外，本实用新型还具备自动/手动调节抽油机的冲次功能，自动/手动调节抽油机的平衡度功能。

附图说明

图1为本实用新型抽油机用智能控制器的原理框图。

图2为本实用新型抽油机用智能控制器的工作示意图。

图3为本实用新型的平衡度调节流程图。

图4为本实用新型4～20mA与0～3V之间的I/U变换电路图。

图5为本实用新型0～3V与4～20mA之间的U/I变换电路图。

具体实施方式

图1、图2所示，涉及一种大型采油船用抽油机智能控制器，包括控制主板2.与该控制主板2通过并口进行数据传输的显示按键面板1，用于调理系统输入输出信号的信号调理单元；其中，所述控制主板2包括RTU控制单元，该RTU控制单元的第一输入端电源系统连接，其第二输入端与用于采集载荷信号、电流信号和位移信号的传感器检测单元连接；所述RTU控制单元的第一输出端与工频控制单元连接。其第二输出端与变频控制单元连接，其第三输出端与调平衡系统连接；所述工频控制单元和变频控制单元的输出端与抽油机主电机3连接，通过控制变频器的启动、停止和改变变频器的输出功率，从而控制抽油机电机3的工作；所述调平衡系统的输出端与调平衡小电机4连接，用于自动控制调平衡小电机4的正转与反转，从而调节抽油机的平衡状态。

为了便于本实用新型的控制器与远程上位机进行远程通信，进一步的方案是，在控制主板2内还设置有建立在RTU控制单元与远程上位机之间的通信模块。

其中，传感器检测单元包括载荷传感器、位移传感器和电流变送器。通信模块包括RS485串口通信模块和GPRS串口通信模块。RTU控制单元采用PIG16位单片机，其型号为dsPIC33FJ256。

由于，RTU控制单元可分别通过工频控制单元和变频控制单元控制抽油机电机的工作，也使得该控制器具备了工频和变频无缝切换功能，但抽油机在变频状态下正常运行时，若变频器发生故障，此时系统会自动切换至工频状态继续工作，且变频控制故障消除后，系统自动切换至变频控制模式下运行，且工频功能与变频功能互锁。其中，变频控制单元可实现抽油机冲次无级可调，并实现电机的软启动及多项保护功能，在抽油机运行过程中，根据井场工图量油软件的数据接口得到的泵功图或泵充满度，应用最佳冲次技术设计的判定方法计算后，发送指令给变频器，调节电动机的输入频率，调整到最合理的抽油机冲次。通过调节冲次，使冲次充分满足井下的供液情况，避免空抽，大大提高了抽油泵的充满度，使电能得到充分利用；

本实用新型的智能控制器还包括通过I2C总线与RTU控制单元进行通信连接的EEPROM存储单元；以及还包括用于提示系统启动或停止工作情况的语音报警模块。

另外，本实用新型中的显示按键面板1上可设置有多个转换开关，以及用于显示冲次的冲次显示屏和用于显示平衡度的平衡度显示屏。该抽油机用智能监测控制系统可放置于一个柜体内，显示按键面板可置于柜体外，以实现强弱电分离，安全完成现场操作；

本实用新型中的调平衡系统具体还包括接触器54、电位器53、丝杆传动装置52和配重块51；丝杆传动装置52一端与电位器53连接，另一端与配重块51连接；接触器54通过调节电位器53的位置从而控制丝杆传动装置52的运动。这样就使得，本实用新型具备了手动或自动调节平衡度功能，可以自动检测并实时显示抽油机的平衡状态。参见图3中所示的平衡度调节流程图。

工作时，RTU控制单元可通过采集变频器的输出功率、输出电压、变频器运行状态、以及变频器故障状态等参数，以此来判断抽油机的平衡度，根据平衡状态自动控制调平衡小电机的正转与反转，调节抽油机的平衡状态，降低峰值电流，达到保护减速器和节能的目的，另外，还可以通过软件设定平衡度，如90％～100％为最佳平衡状态，当采集的传感器数据计算之后，自动启动调平衡小电机进行至最佳状态。

如图4和图5所示，本实用新型通过由输入信号调理系统和输出信号调理系统构成的信号调理单元分别完成了4～20mA与0～3V之间的I/U和U/I变换，其运放均采用MCP604。

图4涉及本实用新型的输入信号调理系统完成了4～20mA与0～3V之间的I/U变换。图中，D1与D2为保护二极管，R1与R2并联成采样电阻，经电阻R3送入运算放大器U1的正向端，电阻R4一端接U1反向端，另一端输出电压，整个电路组成了电压跟随器。

图5涉及本实用新型的输出信号调理系统完成了0～3V与4～20mA之间的U/I变换。图中，前级动放U2组成了电压跟随器，R8与R9并联接入运放U3的反向端、NPN三级管T1的集电极接+24V电源，T1基极与运放U3的输出端连接，R11和R12并联接入T1的发射级，输出电流信号重R12一端输出。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等。均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型采油船用抽油机智能控制器，其特征在于，包括控制主板，与该控制主板通过并口进行数据传输的显示按键面板，用于调理系统输入输出信号的信号调理单元；其中，所述控制主板包括RTU控制单元，该RTU控制单元的第一输入端电源系统连接，其第二输入端与用于采集载荷信号、电流信号和位移信号的传感器检测单元连接，所述RTU控制单元的第一输出端与工频控制单元连接，其第二输出端与变频控制单元连接，其第三输出端与调平衡系统连接，所述工频控制单元和变频控制单元的输出端均与抽油机主电机连接；所述调平衡系统的输出端与调平衡小电机连接。

2.如权利要求1所述的大型采油船用抽油机智能控制器，其特征在于，所述控制主板中还设置有建立在RTU控制单元与远程上位机之间的通信模块。

3.如权利要求1所述的大型采油船用抽油机智能控制器，其特征在于，所述控制主板中还包括通过I2C总线与RTU控制单元进行通信连接的EEPROM存储单元。

4.如权利要求1所述的大型采油船用抽油机智能控制器，其特征在于，所述控制主板包括中还包括用于提示系统启动或停止工作情况的语音报警模块。