CN210534282U - 一种抽油机机泵智能诊断仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机机泵智能诊断仪，设计抽油机诊断技术领域，所述盒体内部装有控制系统，所述盒体前端设有设置有功能按钮、移位按钮、设置按钮、复位按钮，所述盒体前端还设置有设置指示灯和故障指示灯，所述控制系统包括总控制器，所述总控制器分别与电流检测单元、显示单元、故障检测单元、参数设置单元、远程遥控单元电连接，所述电流检测单元与显示单元电连接，所述故障检测单元与显示单元电连接，所述总控制器与晃电自恢复模块电连接，所述晃电自恢复模块包括电压检测单元、计时单元和电机开启单元，所述电压检测单元、计时单元和电机开启单元依次电连接，所述总控制器还与断杆保护单元和空载反电动势测量单元电连接。

Description

一种抽油机机泵智能诊断仪

技术领域

本实用新型涉及抽油机诊断技术领域，尤其涉及一种抽油机机泵智能诊断仪。

背景技术

目前大多数油田抽油机配置的保护控制装置功能简单，仅具有缺相、过流等基本保护，无法满足对抽油机电动机进行全方位的保护和监控。本实用新型集数采模块、CPU运算模块、控制模块于一体，通过功率芯片对电动机运行各种电量参数的实时采集，完成运算控制。本实用新型利用先进的微控器技术，通过功率芯片对电动机运行电量实时采集、运算、处理，在完成缺相、过载、三相电流不平衡等基本保护功能外，又根据油田实际工作情况，创新的加入了抗晃电、电流过载反时限、突遇曲柄断脱、平衡块脱落、井下杆断、遇阻(沙卡)保护、远程监控等功能。HDB-10S机泵智能诊断仪强大又全面的功能保证了抽油机最大程度上安全稳定的运行，同时远程监控有助于油田工作人员及时诊断工况，发现问题，及时排除，避免不必要的损失。

实用新型内容

本实用新型提出了一种抽油机机泵智能诊断仪。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种抽油机机泵智能诊断仪，包括盒体，所述盒体内部装有控制系统，所述盒体前端设有设置有功能按钮、移位按钮、设置按钮、复位按钮，所述盒体前端还设置有设置指示灯和故障指示灯，所述控制系统包括总控制器，所述总控制器分别与电流检测单元、显示单元、故障检测单元、参数设置单元、远程遥控单元电连接，所述电流检测单元与显示单元电连接，所述故障检测单元与显示单元电连接，所述总控制器与晃电自恢复模块电连接，所述晃电自恢复模块包括电压检测单元、计时单元和电机开启单元，所述电压检测单元、计时单元和电机开启单元依次电连接，所述总控制器还与断杆保护单元和空载反电动势测量单元电连接。

进一步的，所述故障检测单元包括数据采集单元、计算单元、诊断分析单元，所述数据采集单元、计算单元、诊断分析单元依次电连接，所述诊断分析单元与故障指示灯电连接。

进一步的，所述显示单元包括显示屏、设置指示灯和故障指示灯，所述设置指示灯与参数设置单元相连接，所述故障指示灯与诊断分析单元电连接，所述显示屏与电流检测单元电连接。

进一步的，所述断电保护单元包括载荷传感器、副控制器一、自动断电保护器，所述载荷传感器通过连接线与副控制器一相连接，所述副控制器一与自动断电保护器电连接，所述所述自动断电保护器与总控制器电连接。

进一步的，所述空载反电动势测量单元包括副控制器二，所述副控制器二分别于电源接口、电动机接口、断电控制单元、供电电压采集单元、供电电流采集单元和转速采集单元相电连接。

进一步的，所述副控制器二还与电动机定子绕组侧开路电压采集单元电连接。

进一步的，所述转速采集单元包括霍尔元件和小磁钢，所述霍尔元件安装在电机的后端盖上，所述小磁钢安装在风扇上。

进一步的，所述总控制器与数据传输模块电连接，所述数据传输模块通过无线网络进行数据传输。

进一步的，所述总控制器与存储单元电连接。

进一步的，所述盒体下端每个角上各固定一支腿。

进一步的，所述晃电自恢复模块的电机开启单元与永磁电机电连接。

进一步的，所述数据采集单元包括电压互感器和电流互感器，所述计算单元采用电能计量芯片CS5463。

有益之处：本实用新型利用先进的微控器技术，通过功率芯片对电动机运行电量实时采集、运算、处理，在完成缺相、过载、三相电流不平衡等基本保护功能外，又根据油田实际工作情况，创新的加入了抗晃电、电流过载反时限、断杆保护、远程监控等功能。HDB-10S机泵智能诊断仪强大又全面的功能保证了油田工作人员及时诊断工况，及时了解抽油机的工作状态，发现问题，及时排除，尽快使抽油机恢复生产，避免了不必要的损失。本实用新型就是油田抽油机的“护身符”，等于给油田抽油机购买了“平安保险”。产品造价低廉、实用实效，是基于油田技术人员的迫切需求而开发的，一旦进入规模经营，必将产生可预期的经济效益和社会效益

本实用新型通过在抽油机工作现场、在抽油机整机上直接进行永磁电动机空载反电动势的测量，并可将采集数据分析、远传，评判，从而提高对永磁电动机空载反电动势测量的效率。抽油机突遇运转设备损坏(如曲柄断脱、平衡块脱落)、井下杆断、遇阻(沙卡)，通过故障检测单元中的数据采集单元采集抽油机运行的各项数据，并通过计算单元的计算和诊断分析单元的分析，如果诊断分析单元分析到设备发生损坏，总控制器就直接控制停机，另外还有断杆保护单元中的载荷传感器安装在抽油机的光杆上，当井下发生卡泵、油杆偏磨等现象，导致井口载荷、阻力过大时，载荷传感器将感知的瞬间载荷通过连接线到副控制器一，副控制器一根据瞬间载荷判断其是超出设定范围。如果瞬间载荷超过设定最大值，启动自动断电保护器，让抽油机电机瞬间断电，停止抽油机运行；并通过显示单元中的故障指示灯亮起，起到提示的作用。同时还通过显示屏显示故障代码，故障修复后，手动复位。人机交互界面友好，全数字显示相关参数，读数清晰直；通过电流检测单元检测运行时运行电流，并通过显示单元的显示屏显示出来，方便巡视抽油机，检测抽油机升降做功平衡；晃电自恢复，通过晃电自恢复模块中的电压检测单元检测电网电压，当电网电压超低或为0时，此时开启计时单元，当电压超低或为0的时间小于2S，只要电网恢复正常，电机开启单元就会控制电机，电机将自行恢复原运转状态。通过远程遥控单元控制总控制器手动启停抽油机，30米内遥控启停抽油机，方便巡井操作；保护功能完善，可对电机运行过程中出现的断相、过载、堵转、欠压、过压等故障类型做出有效的保护控制。通过参数设置单元设置功能丰富，用户可根据现场实际情况灵活设置相关参数。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型中的控制系统的示意图；

图3为本实用新型数据采集单元中的两线法三相功率测量接线图；

图4为本实用新型中晃电自恢复模块的电路图；

图5为本实用新型中的远程监控系统示意图。

图中：1盒体，2支腿，3显示屏，4功能按钮，5移位按钮，6设置按钮，7复位按钮，8设置指示灯，9故障指示灯，10连接线，11载荷传感器，12总控制器，13电流检测单元，14显示单元，15故障检测单元，16参数设置单元，17远程遥控单元，18数据传输模块，19存储单元，20晃电自恢复模块，21断杆保护单元，22数据采集单元，23计算单元，24诊断分析单元，25电压检测单元，26计时单元，27电机开启单元，28载荷传感器，29副控制器，30自动断电保护器，31空载反电动势测量单元，32副控制器二，33电源接口，34电动机接口，35供电电压采集单元，36供电电流采集单元，37转速采集单元，38断电控制单元，39电动机定子绕组侧开路电压采集单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1-2，一种抽油机机泵智能诊断仪，包括盒体1，所述盒体1内部装有控制系统，所述盒体1前端设有设置有功能按钮4、移位按钮5、设置按钮6、复位按钮7，所述盒体1前端还设置有设置指示灯8和故障指示灯9，所述控制系统包括总控制器12，所述总控制器12分别与电流检测单元13、显示单元14、故障检测单元15、参数设置单元16、远程遥控单元17电连接，所述电流检测单元13与显示单元14电连接，所述故障检测单元15与显示单元14电连接，所述总控制器12与晃电自恢复模块20电连接，所述晃电自恢复模块20包括电压检测单元25、计时单元26和电机开启单元27，所述电压检测单元25、计时单元26和电机开启单元27依次电连接，所述总控制器12还与断杆保护单元21和空载反电动势测量单元31电连接。所述故障检测单元15包括数据采集单元22、计算单元23、诊断分析单元24，所述数据采集单元22、计算单元23、诊断分析单元24依次电连接，所述诊断分析单元24与故障指示灯9电连接。所述显示单元14包括显示屏3、设置指示灯8和故障指示灯9，所述设置指示灯8与参数设置单元16相连接，所述故障指示灯9与诊断分析单元24电连接，所述显示屏3与电流检测单元13电连接。所述断电保护单元包括载荷传感器2811、副控制器一29、自动断电保护器30，所述载荷传感器2811通过连接线10与副控制器一29相连接，所述副控制器一29与自动断电保护器30电连接，所述所述自动断电保护器30与总控制器12电连接。所述空载反电动势测量单元31包括副控制器二32，所述副控制器二32分别于电源接口30、电动机接口34、断电控制单元、供电电压采集单元35、供电电流采集单元36和转速采集单元37相电连接。所述副控制器二32还与电动机定子绕组侧开路电压采集单元39电连接。所述转速采集单元37包括霍尔元件和小磁钢，所述霍尔元件安装在电机的后端盖上，所述小磁钢安装在风扇上。所述总控制器12与数据传输模块18电连接，所述数据传输模块18通过无线网络进行数据传输。所述总控制器12与存储单元19电连接。所述盒体1下端每个角上各固定一支腿2。所述晃电自恢复模块20的电机开启单元27与永磁电机电连接。

使用时，在抽油机工作现场、在抽油机整机上直接进行永磁电动机空载反电动势的测量，并可将采集数据分析、远传，评判，从而提高对永磁电动机空载反电动势测量的效率。抽油机突遇运转设备损坏(如曲柄断脱、平衡块脱落)、井下杆断、遇阻(沙卡)，通过故障检测单元15中的数据采集单元22采集抽油机运行的各项数据，并通过计算单元23的计算和诊断分析单元24的分析，如果诊断分析单元24分析到设备发生损坏，总控制器12就直接控制停机，另外还有断杆保护单元21中的载荷传感器2811安装在抽油机的光杆上，当井下发生卡泵、油杆偏磨等现象，导致井口载荷、阻力过大时，载荷传感器2811将感知的瞬间载荷通过连接线10到副控制器一29，副控制器一29根据瞬间载荷判断其是超出设定范围。如果瞬间载荷超过设定最大值，启动自动断电保护器30，让抽油机电机瞬间断电，停止抽油机运行；并通过显示单元14中的故障指示灯9亮起，起到提示的作用。同时还通过显示屏3显示故障代码，故障修复后，手动复位。人机交互界面友好，全数字显示相关参数，读数清晰直；通过电流检测单元13检测运行时运行电流，并通过显示单元14的显示屏3显示出来，方便巡视抽油机，检测抽油机升降做功平衡；晃电自恢复，通过晃电自恢复模块20中的电压检测单元25检测电网电压，当电网电压超低或为0时，此时开启计时单元26，当电压超低或为0的时间小于2S，只要电网恢复正常，电机开启单元27就会控制电机，电机将自行恢复原运转状态。通过远程遥控单元17控制总控制器12手动启停抽油机，30米内遥控启停抽油机，方便巡井操作；保护功能完善，可对电机运行过程中出现的断相、过载、堵转、欠压、过压等故障类型做出有效的保护控制。通过参数设置单元16设置功能丰富，用户可根据现场实际情况灵活设置相关参数。

所述数据采集单元包括电压互感器和电流互感器，能够准确快速的采集电动机运行时的各种电量参数是机泵诊断仪实时无误做出保护动作的前提。所述计算单元采用美国Cirrus Logic公司的的电能计量芯片CS5463，通过对电压互感器和电流互感器检测到的电流和电压等信号进行分析转换和计算，得到电动机运行时电压有效值、电流有效值、有功功率等电量参数。CS5463是一款精度为0.1％的单相电能计量芯片，可以测量多种电量参数。计算单元采用了三片CS5463，由微控器控制控制并行工作，既满足了三相电量的实时采集，又克服了专用三相计能芯片速度慢的缺陷(2～3HZ)。数据采集单元的采样速率为20HZ，当电动机发生故障，50ms时间内就可以做出保护动作。

三相功率测量方式根据有无中性线可分为三表法和两表法，两表法用于三相三线制线系统(无中性线)。油田提供的电源大多为三相三线制(无中性线)，故HDB-10S机泵诊断采用两表法接线方式。两表法接线中单个功率表采集的数据没有实际物理意义，两个功率表的代数和才可以用来表示三相总功率。

总控制器采用美国mircochip公司的PIC单片机作为主控器，其强抗干扰特性和良好的运行特性保证了诊断仪稳定而又准确地采集电动机运行时电压有效值、电流有效值、有功功率等电量参数。电压有效值用来监控电机运行电压，小于额定电压85％，或者大于额定电压的110％，报警但不停机，显示故障号。电流有效值用来监控电机是否处于缺相、三相电流不平衡、过载短路等故障状态。三相电流任何一相小于三相电流平均值的50％，则视为缺相，2S内停机；三相电流最大值和最小值之差再除以三相电流平均值，大于30％，则视为三相电流不平衡，5S内停机；运行中，三相电流超过额定电流的2倍，则视为短路，0.1S内停机。以上故障均报警并显示故障号。

本实用新型具有晃电自恢复功能，电路如图4所示。100UF极性电容通过继电器闸刀选择接向电源还是接向地，系统未上电时，继电器2、3引脚接通，系统上电后，继电器1、2引脚接通。如果非晃电引起来的停电(计时单元的停电时间比较长)，电容上的存储的电荷通过电阻对地放电，电压检测单元检测的电压为0，控制器再次上电后，电压检测单元检测极性电容上的电压为0，接触器不动作；如果是晃电引起的停电，由于时间很短(几秒钟以内)，电容上存储的电荷并没有完全释放，电压检测单元检测的电压不为0，电机开启单元再次上电后，电压检测单元检测极性电容上的电压不为0，则通过电机开启单元自动闭合接触器，启动电机。

本实用新型的数据传输模块利用GPRS网络通信技术与抽油机监控系统相连接，实现了抽油机各种运行参数的远程传输，实现了实时数据采集、实时报警和实时负荷监控等功能。通过远程监控抽油机运行状态，发生故障和异常状态时，迅速报警，及时恢复正常生产，减少停机时间，为油田的生产任务的完成提供了可靠的保证。

抽油机监控系统由数据采集模块、GRRS模块和控制中心等构成，如图5所示。数据采集模块由微控器控制CS5463采集电动机三相电参数，然后通过微控器串口控制GPRS模块发送数据给控制PC，GPRS模块采用SIEMENS的GSM/GPRS模块SIM900。

所述空载反电动势测试单元的工作原理，包括：

步骤A，通过外界供电电源为待测永磁电动机供电；

步骤B，通过转速采集单元37中的霍尔元件和小磁钢，实时采集所述待测永磁电动机的转速n、以及通过电动机定子绕组侧开路电压采集单元39测量该待测永磁电动机定子绕组侧开路的电压；

步骤C，通过供电电压采集单元35和供电电流采集单元36实时采集所述外界供电电源的供电电压与供电电流；

步骤D，依据上述采集的供电电压与供电电流，实时计算该待测永磁电动机的有功功率；

步骤E，基于上述计算出的有功功率，判定的行程状态；

步骤F，在判定处于下行程状态时，将当前计算出的有功功率PK分别与预先设定的功率阈值进行大小比较，且当判定当前计算出的有功功率PK与上述预先设定的功率阈值相等时，执行步骤G；

步骤G、停止为所述的待测永磁电动机供电，之后执行步骤H；

步骤H、将当前采集的所述待测永磁电动机的转速n与该待测永磁电动机的额定转速N进行比较，且当所述的n＝N时，执行步骤I；

步骤I、记录当前采集的定子绕组侧开路的电压，该电压即为所要测量的所述抽油机整机上的待测永磁电动机的空载反电动势。

由于抽油机的机型不同，有的一个周期双峰曲线，目前来看难度很大，看来要分类对待，测有功功率曲线，用光电开关来寻找抽油机负载周期最大的动能点。

此外，上述的预先设定的功率阈值的计算公式为

Pk＝k1×k2×Pe，

其中，Pe为所述待测永磁电动机的额定功率；k1为所述整机的势能系数且0.3≤k1≤0.6，k2为所述待测永磁电动机的空载功率系数，且：

当P≤6时，k2＝3.5％；

当8≤P≤10时，k2＝4％；

当12≤P时，k2＝4.5％；

其中所述的P为所述待测永磁电动机的极数。

此外，在上述步骤E中，所述的基于上述计算出的有功功率，判定的行程状态的方法为：记录实时采集所述外界供电电源的供电电压与供电电流的时间，建立基于所述计算出的该待测永磁电动机的有功功率与上述记录的时间的功率时间曲线；实时计算所建立的功率时间曲线的曲线斜率k，并将当前计算出的曲线斜率k与数值0进行大小比较；若比较结果为k>0，则判定当前处于上行程状态，否则判定当前处于下行程状态。其中的有功功率(记为PX)是瞬时值，在一个负载周期内，如果各PX沿采集时间轴上逐渐变大，在上述建立的有功功率与时间的曲线具有上升趋势，此时该有功功率与时间曲线的曲线斜率k>0，因此可判定当前处于上行程状态，否则可判定抽油机当前处于下行程状态。

此外，对于的行程状态的判定方法，本领域技术人员还可依据实际情况选取其他任意可行的方法进行实施，如直接通过比较相邻有功功率的数值大小的方式进行判定。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，包括盒体，所述盒体内部装有控制系统，所述盒体前端设有设置有功能按钮、移位按钮、设置按钮、复位按钮，所述盒体前端还设置有设置指示灯和故障指示灯，所述控制系统包括总控制器，所述总控制器分别与电流检测单元、显示单元、故障检测单元、参数设置单元、远程遥控单元电连接，所述电流检测单元与显示单元电连接，所述故障检测单元与显示单元电连接，所述总控制器与晃电自恢复模块电连接，所述晃电自恢复模块包括电压检测单元、计时单元和电机开启单元，所述电压检测单元、计时单元和电机开启单元依次电连接，所述总控制器还与断杆保护单元和空载反电动势测量单元电连接。

2.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述故障检测单元包括数据采集单元、计算单元、诊断分析单元，所述数据采集单元、计算单元、诊断分析单元依次电连接，所述诊断分析单元与故障指示灯电连接。

3.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述显示单元包括显示屏、设置指示灯和故障指示灯，所述设置指示灯与参数设置单元相连接，所述故障指示灯与诊断分析单元电连接，所述显示屏与电流检测单元电连接。

4.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述断杆保护单元包括载荷传感器、副控制器一、自动断电保护器，所述载荷传感器通过连接线与副控制器一相连接，所述副控制器一与自动断电保护器电连接，所述自动断电保护器与总控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述空载反电动势测量单元包括副控制器二，所述副控制器二分别于电源接口、电动机接口、断电控制单元、供电电压采集单元、供电电流采集单元和转速采集单元相电连接。

6.根据权利要求5所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述副控制器二还与电动机定子绕组侧开路电压采集单元电连接。

7.根据权利要求5所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述转速采集单元包括霍尔元件和小磁钢，所述霍尔元件安装在电机的后端盖上，所述小磁钢安装在风扇上。

8.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述总控制器与数据传输模块电连接，所述数据传输模块通过无线网络进行数据传输。

9.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述总控制器与存储单元电连接。

10.根据权利要求1所述的一种抽油机机泵智能诊断仪，其特征在于，所述盒体下端每个角上各固定一支腿。

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