CN204402920U - 一种潜油电泵控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种潜油电泵控制装置，属于石油开采设备潜油电泵自动控制技术领域。它由电压传感器、电流传感器、模拟量输入模块、模拟量输出模块、CPU模块、存储卡、触摸屏及变频器等组成。本实用新型可以完全替代传统潜油电泵控制器与电流记录仪相结合的方式，实现潜油电泵运行所需的全部控制保护功能，并将运行电流数据实时记录在可编程控制器的存储卡中；装置构成灵活，抗干扰能力强，可靠性高；升级扩展方便，控制方案改变可在线修改程序而不改动硬件接线，预留有RS485通讯接口与模拟量输入通道，易于实现其他参数的监测和油井远程监控；以触摸屏作为人机界面，操作界面更加简单、丰富和美观，可扩展、可维护等性能显著增强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种潜油电泵控制装置，属于石油开采设备潜油电泵自动控制技术领域。
背景技术
随着油田开发进入高含水期，潜油电泵采油工艺以其优越的强采能力和排量大的特点得到广泛应用，已成为仅次于抽油机的第二大机械采油设备。潜油电泵机组工作在井下，运行时承受高压、大电流的重负荷。如果出现供电电流不平衡、相间短路等现象，将会造成三相电流不平衡等故障；如果出现运行负荷过高、卡泵、缺相等现象，将会造成过载故障；如果出现井下供液不足、气塞或泵轴断脱等现象，将会造成欠载故障。出现上述故障时，如果不对其进行可靠的停机保护，轻则烧坏电机，重则造成机组落井，产生高昂的作业费用。目前，潜油电泵一般采用传统的潜油电泵保护仪进行保护控制，实现对潜油电机运行中的出现的过载、欠载、三相不平衡等故障进行停机保护和欠载停机后延时自动启动等自动控制功能。现有的潜油电泵保护仪采用的是继电接触器控制电路，存在以下缺陷：(1)使用较多的接触器和继电器等有触点电子元器件，硬件接线复杂，故障率高，可靠性差；(2)一旦控制功能发生变化，就必须重新设计电路并重新布线，通用性、灵活性和扩展性较差；(3)工作电流是反映潜油电泵生产工作状况的最直接和最主要的信息载体，传统潜油电泵保护仪不具备电流记录功能，工作电流的记录需要另外配置笔式坐标纸电流记录仪且记录周期短。技术人员凭经验对电流卡片分析判断潜油电泵运行工况，效率低，准确性差。(4)人机界面信息量少，操作复杂。可编程控制器是专为在工业环境应用而设计的一类控制器，用于执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，在自动控制领域有着极为广泛的应用。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服传统潜油电泵保护仪所存在的硬件接线复杂，故障率高，扩展性较差，工作电流的记录需要配置电流记录仪，人机界面不友好等缺陷，进而提供一种潜油电泵控制装置。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型由电压传感器、电流传感器、触摸屏、变频器和可编程控制器组成，其中可编程控制器包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、CPU模块和存储卡，电压传感器、电流传感器分别与可编程控制器的模拟量输入模块连接，模拟量输入模块、模拟量输出模块、存储卡和触摸屏分别和CPU模块连接，变频器分别与模拟量输入模块和模拟量输出模块连接，并通过动力电缆与潜油电泵连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型以可编程控制器为控制核心，可以完全替代传统潜油电泵控制器与电流记录仪相结合的方式，实现潜油电泵运行所需的全部控制保护功能，并将运行电流数据实时记录在可编程控制器的存储卡中；装置构成灵活，抗干扰能力强，可靠性高；升级扩展方便，控制方案改变可在线修改程序而不改动硬件接线，预留有RS485通讯接口与模拟量输入通道，易于实现其他参数的监测和油井远程监控；以触摸屏作为人机界面，操作界面更加简单、丰富和美观，可扩展、可维护等性能显著增强。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的程序流程图。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
具体实施方式
如附图1所示，本实用新型由电压传感器1、电流传感器2、触摸屏7、变频器8和可编程控制器组成，其中可编程控制器包括模拟量输入模块3、模拟量输出模块4、CPU模块5和存储卡6，电压传感器1、电流传感器2分别与可编程控制器的模拟量输入模块3连接，模拟量输入模块3、模拟量输出模块4、存储卡5和触摸屏7分别和CPU模块5连接，变频器8分别与模拟量输入模块3、模拟量输出模块4以及潜油电泵连接。
所述电压传感器1由三相电压互感器与三相电压变送器连接而成，其中三相电压互感器输入端通过高压线与动力电缆连接，其输出端通过信号线与三相电压变送器的输入端连接，三相电压变送器的输出端通过信号线与模拟量输入模块3的输入通道连接。
所述电流传感器2由三相电流互感器与三相电流变送器连接而成，其中三相电流互感器输入端与动力电缆连接，其输出端通过信号线与三相电流变送器的输入端连接，三相电流变送器的输出端通过信号线与模拟量输入模块3的输入通道连接。
所述模拟量输入模块3选择西门子EM231模拟量输入模块，具有八路输入通道，可以完成八路模拟量信号到数字信号的转换，其中三路输入通道分别用信号线与三相电压变送 器的输出端连接，接收三路0-5V的直流电压信号并将其转换为数字信号，完成对三相电压的检测。三路输入通道分别用信号线与三相电流变送器的输出端连接，接收三路0-5V的直流电压信号并将其转换为数字信号，完成对三相运行电流的检测。一路输入通道用信号线与变频器8的输出端子连接，接收变频器8输出的0-10V的直流电压信号并将其转换为数字信号，完成对变频器8运行频率的检测。模拟量输入模块3通过数据线与CPU模块5连接，将转换后的三相运行电压、三相运行电流及运行频率等数字信号通过数据线传送给CPU模块5。
所述模拟量输出模块4选择西门子EM232模拟量输出模块，具有两路输出通道，可以完成两路数字信号到模拟量信号的转换，模拟量输出模块4通过数据线与CPU模块5连接，接收CPU模块5输出的设定频率的数字信号，将其转换为0-10V的直流电压信号；其中一路输出通道通过信号线与变频器8的输入端连接，将直流电压信号输入到变频器8的输入端，完成对变频器8运行频率的设定。
所述CPU模块5选择西门子S7-200 224XP型号CPU，其上集成有两个RS485通信接口、一个存储卡槽、十四个输入端与十个输出端。CPU模块5通过RS485通信接口与触摸屏7连接，进行数据的传输；通过存储卡槽安装存储卡6，将数据记录在存储卡中；通过数字量输入端子用信号线与开关连接，接收启动/停止、手动/自动、工频/变频等数字量信号；通过数字量输出端子用信号线与潜油电泵驱动电路连接，对其启停进行控制；通过数据线与模拟量输入模块3及模拟量输出模块4连接，进行数据的传输。
所述存储卡6选择容量为256KB的西门子存储卡，安装在CPU模块5上的卡槽内。
所述触摸屏7选择西门子MP277多功能面板，通过RS485通信接口与CPU模块5连接，进行数据的传输。触摸屏7人机界面可以根据需要进行人为组态，可以实时监控潜油电泵运行状态，显示潜油电泵运行参数及运行曲线图，设定参数，故障报警与查询等。
所述变频器8通过信号线分别与模拟量输入模块3及模拟量输出模块4连接，接收模拟量输出模块4设定频率的模拟信号，并将运行频率信号传送给CPU模块5。变频器8通过动力电缆与潜油电泵连接，将电源频率转换成设定的频率，并驱动潜油电泵按照设定的频率运行。
如附图1和附图2所示，首先通过触摸屏7设定潜油电机的运行频率、过载电流值、欠载电流值、三相电流不平衡度值、自动重启时间，CPU模块5通过RS485总线接收触摸屏7上设定的数据，利用数据传送指令将设定的运行频率通过数据线传送到模拟量输出模块4，模拟量输出模块4将数字信号转换为0-10V的直流电压信号，再通过信号线传送到 变频器8，从而完成对变频器8运行频率的设定。
系统启动后，电压传感器1的三相电压互感器将检测的0-3000V范围内的三相电压按比例转换为0-100V的交流电压信号，并通过信号线传送给三相电压变送器，三相电压变送器将接收到的0-100V的交流电压信号按比例转换为0-5V的直流电压信号，并通过信号线传送到模拟量输入模块3中。同时电流传感器2的三相电流互感器将检测的0-150A范围内的三相电流按比例转换为0-5A的交流电流信号，并通过信号线传送给三相电流变送器。三相电流变送器将接收到的0-5A的交流电流信号按比例转换为0-5V的直流电压信号，并通过信号线传送到模拟量输入模块3中。变频器8输出0-10V的直流电压信号，并通过信号线传送到模拟量输入模块3中。模拟量输入模块3将电压传感器1、电流传感器2和变频器8传输的直流电压信号转换为数字信号，CPU模块5通过数据线接收模拟量输入模块3传输的数字信号，并利用数据记录指令将数字信号实时记录在存储卡6中，同时利用数据传输指令将数字信号传送到触摸屏7中实时显示。
在系统运行过程中，CPU模块5通过数据比较指令对过载故障进行判别，若三相电流中的某相电流大于设定的过载电流值，则CPU模块5通过复位指令完成停机保护；若三相电流均小于设定的过载电流值，则CPU模块5通过数据比较指令进行三相电流不平衡度故障判别，CPU模块5通过数据计算指令计算三相电流不平衡度，若三相不平衡度大于设定的三相电流不平衡值，则CPU模块5通过复位指令完成停机保护；若三相不平衡度小于设定的三相电流不平衡值，则CPU模块5通过数据比较指令进行欠载故障判别，若三相电流中的某相电流小于设定的欠载电流值，则CPU模块5通过复位指令完成停机保护。CPU模块5利用计数器指令开始计时，达到自动重启时间后，通过置位指令启动系统，如此循环，从而实现潜油电机的自动控制。
Claims (9)
1.一种潜油电泵控制装置，由电压传感器(1)、电流传感器(2)、触摸屏(7)、变频器(8)和可编程控制器组成，其特征是：可编程控制器包括模拟量输入模块(3)、模拟量输出模块(4)、CPU模块(5)和存储卡(6)，电压传感器(1)、电流传感器(2)分别与可编程控制器的模拟量输入模块(3)连接，模拟量输入模块(3)、模拟量输出模块(4)、存储卡(6)和触摸屏(7)分别和CPU模块(5)连接，变频器(8)分别与模拟量输入模块(3)和模拟量输出模块(4)连接，并通过动力电缆与潜油电泵连接。
2.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述电压传感器(1)由三相电压互感器与三相电压变送器连接而成，其中三相电压互感器输入端用高压线与动力电缆连接，输出端用信号线与三相电压变送器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述电流传感器(2)由三相电流互感器与三相电流变送器连接而成，三相电流互感器为穿心式互感器，动力电缆的三相电缆分别穿过三相电流互感器的三个输入孔，三相电流互感器的输出端用信号线与三相电流变送器的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述模拟量输入模块(3)选择西门子EM231模拟量输入模块，具有八路输入通道，可以完成八路模拟量信号到数字信号的转换，其中三路输入通道分别用信号线与三相电压变送器的输出端连接，接收三路0-5V的直流电压信号并将其转换为数字信号，完成对三相电压的检测，三路输入通道分别用信号线与三相电流变送器的输出端连接，接收三路0-5V的直流电压信号并将其转换为数字信号，完成对三相运行电流的检测，一路输入通道用信号线与变频器(8)的输 出端子连接，接收变频器(8)输出的0-10V的直流电压信号并将其转换为数字信号，完成对变频器(8)运行频率的检测，模拟量输入模块(3)通过数据线与CPU模块(5)连接，将转换后的三相运行电压、三相运行电流及运行频率等数字信号通过数据线传送给CPU模块(5)。
5.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述模拟量输出模块(4)选择西门子EM232模拟量输出模块，具有两路输出通道，可以完成两路数字信号到模拟量信号的转换，模拟量输出模块(4)通过数据线与CPU模块(5)连接，接收CPU模块(5)输出的设定频率的数字信号，将其转换为0-10V的直流电压信号；其中一路输出通道通过信号线与变频器(8)的输入端连接，将直流电压信号输入到变频器(8)的输入端，完成对变频器(8)运行频率的设定。
6.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述CPU模块(5)选择西门子S7-200224XP型号CPU，其上集成有两个RS485通信接口、一个存储卡槽、十四个输入端与十个输出端，CPU模块(5)通过RS485通信接口与触摸屏(7)连接，进行数据的传输；通过存储卡槽安装存储卡(6)，将数据记录在存储卡中；通过数字量输入端子用信号线与开关连接，接收启动/停止、手动/自动、工频/变频等数字量信号；通过数字量输出端子用信号线与潜油电泵驱动电路连接，对其启停进行控制；通过数据线与模拟量输入模块(3)及模拟量输出模块(4)连接，进行数据的传输。
7.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述存储卡(6)选择容量为256KB的西门子存储卡，安装在CPU模块(5)上的卡槽内。
8.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述触摸 屏(7)选择西门子MP277多功能面板，通过RS485通信接口与CPU模块(5)连接，进行数据的传输，触摸屏(7)人机界面可以根据需要进行人为组态，可以实时监控潜油电泵运行状态，显示潜油电泵运行参数及运行曲线图，设定参数，故障报警与查询等。
9.根据权利要求1所述的一种潜油电泵控制装置，其特征是：所述变频器(8)通过信号线分别与模拟量输入模块(3)及模拟量输出模块(4)连接，接收模拟量输出模块(4)设定频率的模拟信号，并将运行频率信号传送给CPU模块(5)，变频器(8)通过动力电缆与潜油电泵连接，将电源频率转换成设定的频率，并驱动潜油电泵按照设定的频率运行。
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2014
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