CN206773455U - 一种用于塔架式抽油机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于塔架式抽油机的控制系统，包括中央控制单元、变频驱动单元、人机交互单元、操作面板控制单元、位置自动检测单元、位置反馈单元、传动控制单元、抽油机运动单元和冲程保护单元，所述中央控制单元分别与所述变频驱动单元、人机交互单元、操作面板控制单元和冲程保护单元连接，所述变频驱动单元分别与所述位置自动检测单元、位置反馈单元和传动控制单元连接，所述传动控制单元与所述抽油机运动单元连接，所述抽油机运动单元与所述冲程保护单元连接，所述位置反馈单元还与编码器连接，所述冲程保护单元还与接近开关连接，所述位置自动检测单元还与所述接近开关和编码器连接。本实用新型提供的用于塔架式抽油机的控制系统可进行冲程、冲次自动无级调整，抽油杆位置自动识别，控制精度高、运行稳定、可靠。

Description

一种用于塔架式抽油机的控制系统

技术领域

本实用新型涉及采油机械设备领域，特别涉及一种用于塔架式抽油机的控制系统。

背景技术

随着科学技术的快速发展，新兴产业的不断崛起，对环保、节能的逐渐重视，油田应用也进入了大力开发阶段，传统的抽油机不仅仅能耗大，而且维修难度系数大。目前抽油机的性能不断得到完善升级，由最初常规的游梁式演变成现在数字化的塔架式抽油机。塔架式数控抽油机属于“长冲程、低冲次”机电一体化的抽油机，是现代机械制造技术、控制技术、功率电子技术与机电一体化技术集成创新的完美结合。它采取控制系统驱动电机运行，通过组合减速传动使抽油机的动力源和终端负载作换向运动，拖动抽油杆上下反复运行，抽油杆和配重形成了天平式的平衡，相互不断地交换储存和释放势能的过程，实现了运行时的平衡，无功损耗接近于零，解决了常规抽油机机械效率低、难以实现长冲程和高耗能的难题。塔架式抽油机逐渐成为油田主要的采油设备之一。

现有的塔架式抽油机其控制系统存在很大弊端，无法进行自动无级调整和自动识别控制，操作不便。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型专利目的在于设计了一种用于塔架式抽油机的控制系统，可进行冲程、冲次自动无级调整，抽油杆位置自动识别，自动切换电机运行方向，以实现抽油杆上下反复运行，并满足长冲程、低冲次的采油需求。

为了解决上述技术问题，本实用新型具体的技术方案如下：

一种用于塔架式抽油机的控制系统，包括中央控制单元、变频驱动单元、人机交互单元、操作面板控制单元、位置自动检测单元、位置反馈单元、传动控制单元、抽油机运动单元和冲程保护单元，所述中央控制单元分别与所述变频驱动单元、人机交互单元、操作面板控制单元和冲程保护单元连接，所述变频驱动单元分别与所述位置自动检测单元、位置反馈单元和传动控制单元连接，所述传动控制单元与所述抽油机运动单元连接，所述抽油机运动单元与所述冲程保护单元连接，所述位置反馈单元还与编码器连接，所述冲程保护单元还与接近开关连接，所述位置自动检测单元还与所述接近开关和编码器连接。

具体的，本实用新型所述抽油机运动单元包括电机、抽油杆、塔架、转动轮。

具体的，本实用新型所述编码器安装在电机的侧旁，用于检测所述电机的转速。

具体的，本实用新型所述接近开关安装在塔架的两端，用于检测抽油杆的位置。

具体的，本实用新型所述中央控制单元采用美国TI公司的DSP芯片。

具体的，本实用新型所述位置反馈单元采集所述编码器的信号，并对电机作速度闭环控制。

具体的，本实用新型所述位置自动检测单元通过所述接近开关和编码器检测抽油机抽油杆的实时位置，并把位置信号送给变频驱动单元。

本实用新型提供的用于塔架式抽油机的控制系统与现有技术相比，可通过编码器和接近开关获得电机和抽油杆的实时位移数据，实现抽油杆的控制闭环和位置伺服，能够控制电机准确运行及传动到抽油杆运动到准确的位置；提供工业触摸屏人机交互方式，完成了智能控制系统硬件设计，可根据油井工况，随时对冲程和冲次等参数进行自动无级调整，保证低渗透油田对长冲程和低冲次的要求。该设计系统位置伺服偏差小,控制精度高、运行稳定、可靠，可根据井下的实际情况调节冲程、冲次及抽油杆上行、下行的运行速度，使系统更具有实用性和方便性，提升了工作效率，节省了人力，提高了经济效益。

附图说明

以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中：

图1是本实用新型用于塔架式抽油机的控制系统的结构图；

图2是本实用新型用于塔架式抽油机的控制系统的抽油杆运动示意图；

图3是本实用新型用于塔架式抽油机的控制系统的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提出了一种用于塔架式抽油机的控制系统，请参阅图1，包括中央控制单元101、变频驱动单元102、人机交互单元109、操作面板控制单元108、位置自动检测单元107、位置反馈单元106、传动控制单元103、抽油机运动单元105和冲程保护单元104。所述中央控制单元101分别与所述变频驱动单102元、人机交互单元109、操作面板控制单元108和冲程保护单元104连接，所述变频驱动单元102分别与所述位置自动检测单元107、位置反馈单元106和传动控制单元103连接，所述传动控制单元103与所述抽油机运动单元105连接，所述抽油机运动单元105与所述冲程保护单元104连接，所述位置反馈单元106还与编码器110连接，所述冲程保护单元104还与接近开关111连接，所述位置自动检测单元107还与所述接近开关111和编码器110连接。

具体的，所述中央控制器单元101负责与人机界面交互及接收外部端子操作控制单元并且位置计算和逻辑控制。在本施例中，中央控制单元101采用美国TI公司的DSP芯片，接收系统控制的冲程设定参数及显示系统监控如运行冲程位置，运行转速，运行电流、故障信息等参数，还接收操作面板控制单元108输入的控制命令和上行、下行运行速度大小，根据系统要求，进行逻辑计算控制，实时控制变频驱动单元102的运行。

具体的，所述人机交互单元109调节冲程、冲次及实时监控系统状态。具体的，所述操作面板控制单元108节上行、下行运行速度及接收系统控制信号输入到中央控制器单元101。

本实用新型实施例中的中央控制单元101与人机界面交互，直观、准确的反映抽油机的实时状态，显示抽油杆的位置，也通过外部传感器输入的传感器信号，准确的控制变频驱动的运行和抽油杆的上、下行命令切换，同时还对抽油机的故障做一个良好的保护。

具体的，所述抽油机运动单元105执行系统控制指令，按照预设的冲程运行。所述抽油机运动单元包括电机、抽油杆、塔架、转动轮。所述编码器安装在电机的侧旁，用于检测所述电机的转速。所述接近开关安装在塔架的两端，用于检测抽油杆的位置。

具体的，所述位置反馈单元106采集所述编码器的信号，并对电机作速度闭环控制。位置反馈单元采集106安装在电机侧旁编码器的信号，对电机作速度闭环控制，运行稳定，控制精度高；并且对抽油杆的实时位置进行检测，做运动伺服控制，位置控制精确，偏差小。

具体的，所述变频驱动单元102用于接收电机位置反馈信号到变频驱动单元做速度闭环，并且驱动电机运行，以及控制上行下行切换。变频驱动单元102执行中央控制单元101给定的指令及上下行速度。在执行速度的同时，实时检测位置反馈单元106反馈的编码器信号，形成闭环控制，提高了变频驱动的控制精度。位置反馈单元106同时也反映了抽油杆的实时位置，中央控制单元101根据抽油杆的实时位置点，综合外部传感器的返回信号，对抽油杆的运行做位置伺服控制，控制抽油杆上行、下行往返运动。

本实用新型中，对抽油杆上、下冲程往返运动进行检测，为了能够控制电机准确运行及传动到抽油杆运动到准确的位置，采集安装在塔架式抽油机上的接近开关及安装在电机侧旁的编码器110信号来进行精确的位置算法。

具体的，所述位置自动检测单元107用于通过接近开关111和编码器110检测抽油机抽油杆的实时位置，并把位置信号送给变频驱动单元102。

位置自动检测单元107由安装在抽油机运动单元105上的接近开关和编码器，自动检测抽油杆的位置及上行、下行的位置送到变频驱动单元102，中央控制单元101与变频驱动单元102相互配合通过上冲程、下冲程的位置点，驱动电机，并通过传动控制单元103输出到抽油机运动单元105的抽油杆，执行预设的上下冲程反复精确位置运动。

具体的，所述传动控制单元103负责机械传动，控制塔架式抽油机按照系统设定的运行模式动作。

具体的，所述冲程保护单元104用于保护塔架式抽油机运行安全，负责抽油杆行程限制。由安转在抽油机运动单元105的位置检测传感器信号输入到中央控制单元统一控制的。冲程保护单元104采集安装在塔架两端的行程开关和接近开关信号，输入到中央控制单元101，来保护抽油机的安全运行，防止出现作业危险。

请参阅图2，为本实用新型抽油机运动单元105的抽油杆运行示意图：

L为抽油杆运动冲程，L＝m+n；

m为上冲程；

n为下冲程；

V1为下行运行速度；

V2为上行运行速度。

接近开关安装在0点，抽油杆冲程等于上冲程+下冲程。

上冲程位置以V1速度往下运行一个冲程到下冲程位置后，驱动器切换电机运行方向，以速度V2运行一个冲程到上冲程位置，驱动器又切换电机运行方向，抽油杆往下运动，完成一个冲次。V1、V2通过操作面板控制单元108调节。改变m、n可调节抽油机的冲程，改变V1、V2可调节抽油机的冲次。冲程、冲次的灵活调节可满足油田不同工矿的采油需求。

请参阅图3，为本实用新型实施例控制系统的工作流程图，能够更好的说明本实用新型在塔架式抽油机控制系统的实施过程。有如下步骤：

步骤S301，通过人机交互单元109设定抽油机的上冲程和下冲程，通过操作面板控制单元108调节上行和下行的运行速度；

步骤S302，通过操作面板控制单元108输入点动运行指令，慢速运行，接收接近开关和编码器的返回信号，实现信号的自检，确认抽油杆的实际位置。

步骤S303，采集编码器返回的数据，判断抽油杆的返回位置跟实际位置是否符合，位置正确，执行步骤S104，反之，返回重新检测位置。

步骤S304，通过操作面板控制单元108输入自动运行指令，启动抽油机自动运行，自动运行过程中，通过位置的检测，自动切换冲程。

步骤S305，在自动运行过程中，实时接收编码器反馈的信号，若位置信号错误，报位置故障，检查系统，重新设定冲程等。

步骤S306，通过位置环调节，实时调节抽油杆的运行，位置闭环，达到预设的位置后切换运行方向。

步骤S307，判断抽油杆的位置是否到达指定位置，在运行过程中，平滑的控制到设定的位置后，切换抽油杆的方向。一个冲程运行结束，反向运行一个冲程，完成一个冲次的抽油动作。

本实用新型提供的用于塔架式抽油机的控制系统，结合塔架式抽油机的运行工况，引入变频闭环控制和运动伺服控制，简化了机械结构和调试的步骤，可根据井下的实际情况调节冲程、冲次及抽油杆上行、下行的运行速度，使系统更具有实用性和方便性，提升了工作效率，节省了人力，提高了经济效益。

以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，包括中央控制单元、变频驱动单元、人机交互单元、操作面板控制单元、位置自动检测单元、位置反馈单元、传动控制单元、抽油机运动单元和冲程保护单元，所述中央控制单元分别与所述变频驱动单元、人机交互单元、操作面板控制单元和冲程保护单元连接，所述变频驱动单元分别与所述位置自动检测单元、位置反馈单元和传动控制单元连接，所述传动控制单元与所述抽油机运动单元连接，所述抽油机运动单元与所述冲程保护单元连接，所述位置反馈单元还与编码器连接，所述冲程保护单元还与接近开关连接，所述位置自动检测单元还与所述接近开关和编码器连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，所述抽油机运动单元包括电机、抽油杆、塔架、转动轮。

3.根据权利要求2所述的一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，所述编码器安装在电机的侧旁，用于检测所述电机的转速。

4.根据权利要求2所述的一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，所述接近开关安装在塔架的两端，用于检测抽油杆的位置。

5.根据权利要求1所述的一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，所述中央控制单元采用美国TI公司的DSP芯片。

6.根据权利要求1所述的一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，所述位置反馈单元采集所述编码器的信号，并对电机作速度闭环控制。

7.根据权利要求1所述的一种用于塔架式抽油机的控制系统，其特征在于，所述位置自动检测单元通过所述接近开关和编码器检测抽油机抽油杆的实时位置，并把位置信号送给变频驱动单元。