CN217331224U - 一种抽油机数字化节能监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机数字化节能监测系统，其包括载荷冲程测量模块、电参数测量模块、数据传输终端、电源模块和远程监控中心，载荷冲程测量模块和电参数测量模块分别与数据传输终端连接，数据传输终端与远程监控中心通讯连接，电源模块与载荷冲程测量模块和电参数测量模块连接；载荷冲程测量模块用于测量抽油机运行时的光杆载荷和光杆位移；电参数测量模块用于测量抽油机运行时的电压、电流、有功功率和无功功率；远程监控中心用于对载荷冲程测量模块和电参数测量模块测量的数据进行存储、分析和展示。本实用新型实现了对抽油机工作状态的智能化的实时远程监测，从而能够及时发现抽油机故障，使得抽油机运维管理更方便。

Description

一种抽油机数字化节能监测系统

技术领域

本实用新型涉及抽油机监测技术领域，尤其涉及一种抽油机数字化节能监测系统。

背景技术

我国石油储量巨大，在人民生活的各个领域,均离不开石油产品及其附加产品。游梁式抽油机是油田目前主要使用的抽油机类型之一，主要由驴头-游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备四大部分组成。工作时，电动机的转动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。

油井作为采油的核心，油井的正常工作是采油工程正常运行的保证，而抽油机作为油井重要的采油生产设备，对其工作状态进行监测是保证采油工程正常运行的基础前提。目前，对于抽油机工作状态的监测，主要还是通过人工巡视的方式，巡视周期长，工人劳动强度大，且无法及时发现设备故障。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种抽油机数字化节能监测系统，解决了现有技术中通过人工巡视的方式来监测抽油机工作状态导致的巡视周期长、工人劳动强度大、且无法及时发现设备故障的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种抽油机数字化节能监测系统，包括载荷冲程测量模块、电参数测量模块、数据传输终端、电源模块和远程监控中心，所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块分别与所述数据传输终端连接，所述数据传输终端与所述远程监控中心通讯连接，所述电源模块与所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块连接，其中，

所述载荷冲程测量模块用于测量抽油机运行时的光杆载荷和光杆位移；

所述电参数测量模块用于测量抽油机运行时的电压、电流、有功功率和无功功率；

所述数据传输终端用于将所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块测量的数据通过无线传输方式发送至所述远程监控中心；

所述远程监控中心用于对所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块测量的数据进行存储、分析和展示；

所述电源模块用于为所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块供电。

优选地，所述载荷冲程测量模块包括载荷传感器、加速度传感器、第一信号调理模块、第一控制芯片、第一实时时钟模块和第一存储器，所述载荷传感器和加速度传感器的信号输出端分别与所述第一信号调理模块的信号输入端连接，所述第一信号调理模块的信号输出端与所述第一控制芯片的信号输出端连接，所述第一实时时钟模块和第一存储器分别与所述第一控制芯片连接，所述第一控制芯片与所述数据传输终端连接。

优选地，所述载荷传感器采用SM4型载荷传感器。

优选地，所述加速度传感器采用ADIS16003加速度传感器。

优选地，所述第一控制芯片采用STM32F103VB单片机。

优选地，所述电参数测量模块包括电流互感器、电压互感器、转速传感器、第二信号调理模块、第二控制芯片、第二实时时钟模块和第二存储器，所述电流互感器、电压互感器和转速传感器的信号输出端分别与所述第二信号调理模块的信号输入端连接，所述第二信号调理模块的信号输出端与所述第二控制芯片的信号输出端连接，所述第二实时时钟模块和第二存储器分别与所述第二控制芯片连接，所述第二控制芯片与所述数据传输终端连接。

优选地，所述转速传感器采用霍尔转速传感器。

优选地，所述第二控制芯片采用ATT7026A三相电能有效值计量芯片。

优选地，所述远程监控中心包括云服务器、PC终端和移动监控终端，所述云服务器与所述数据传输终端无线连接，所述PC终端与所述云服务器通过有线网络连接，所述移动监控终端与所述云服务器通过无线网络连接。

优选地，所述电源模块包括太阳能可充电电源和开关电源，所述太阳能可充电电源的输出端与所述载荷冲程测量模块的电源输入端连接，所述开关电源的输出端与所述电参数测量模块的电源输入端连接。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过载荷冲程测量模块和电参数测量模块实时监测抽油机运行时的光杆载荷、光杆位移、电压、电流、有功功率和无功功率等反映抽油机工作状态的重要数据，并将监测数据通过数据传输终端发送至远程监控中心，由远程监控中心对监测数据进行存储、分析和展示，从而方便用户进行查看。采样上述技术方案，实现了对抽油机工作状态的智能化的实时远程监测，监测数据较全面，从而能够及时发现抽油机故障，使得抽油机运维管理更方便，有效降低抽油机运营成本，提高生产效率高。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型公开的一种优选实施方式中抽油机数字化节能监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本实用新型提供一种抽油机数字化节能监测系统，其包括载荷冲程测量模块1、电参数测量模块2、数据传输终端3、电源模块4和远程监控中心5，载荷冲程测量模块1和电参数测量模块2分别与数据传输终端3连接，数据传输终端3与远程监控中心5通讯连接，电源模块4与载荷冲程测量模块1和电参数测量模块2连接。

本实用新型的抽油机数字化节能监测系统的工作原理如下：

抽油机数字化节能监测系统工作时，通过电源模块4为载荷冲程测量模块1和电参数测量模块2供电，通过载荷冲程测量模块1实时测量抽油机运行时的光杆载荷和光杆位移，并通过电参数测量模块2实时测量抽油机运行时的电压、电流、有功功率和无功功率等各项电参数，通过数据传输终端3将载荷冲程测量模块1和电参数测量模块2的监测数据发送至远程监控中心5，由远程监控中心5对监测数据进行存储、分析和展示，从而方便用户进行查看，实现了对抽油机工作状态的智能化的实时远程监测，监测数据较全面，从而能够及时发现抽油机故障，使得抽油机运维管理更方便，有效降低抽油机运营成本，提高生产效率高。

具体地，在本实施例中，载荷冲程测量模块1和电参数测量模块2均设置于抽油机本地，载荷冲程测量模块1安装于游梁式抽油机的悬点处，电参数测量模块2设置于抽油机的供电线路中。

数据传输终端3采用型号为F2114的无线数传终端，该无线数传终端通过GPRS网络无线通信网络与远程监控中心5通信连接。由于油田需要监测的抽油机数量较多，抽油机可能位于偏远地区，因此本实施例采用覆盖广泛的运营商GPRS网络，基本不存在盲区，可实现更大范围的在线监控，从而满足抽油机数字化节能监测系统对覆盖范围的要求。

在本实施例中，载荷冲程测量模块1包括载荷传感器11、加速度传感器12、第一信号调理模块13、第一控制芯片14、第一实时时钟模块15和第一存储器16，载荷传感器11和加速度传感器12的信号输出端分别与第一信号调理模块13的信号输入端连接，第一信号调理模块13的信号输出端与第一控制芯片14的信号输出端连接，第一实时时钟模块15和第一存储器16分别与第一控制芯片14连接，第一控制芯片14与数据传输终端3连接。载荷传感器11用于测量抽油机工作时的光杆载荷；加速度传感器12用于测量抽油机工作时光杆运动的加速度，通过第一控制芯片14进行数据转换处理后可以获得光杆运动的实时位移(冲程)；第一信号调理模块13对载荷传感器11和加速度传感器12测量得到的微弱的模拟信号进行放大后变换为适于第一控制芯片14和远程监控中心5进行数据采集、存储、计算分析和显示的数字信号；第一控制芯片14用于控制载荷传感器11和加速度传感器12进行数据采集，并对第一信号调理模块13进行信号放大和模数转换后的载荷和加速度数据进行预处理，获得同一时刻的光杆工作载荷和光杆工作位移；第一实时时钟模块15用于为第一控制芯片14提供时钟信号源；第一存储器16用于对第一控制芯片14预处理得到的光杆载荷和光杆位移数据进行本地存储，便于后续查询。

具体地，在本实施例中，载荷传感器11采用SM4型载荷传感器，该传感器具有体积小、重量轻、精度高和响应快的特点，其各项技术参数符合本监测系统的要求。加速度传感器12采用ADIS16003加速度传感器，该传感器是一款小型低成本高精度的二轴传感器，适于本监测系统。采用STM32F103VB单片机，该单片机是一款高性能、低成本和低功耗的16位单片机，时钟频率高，适于本监测系统。

在本实施例中，电参数测量模块2包括电流互感器21、电压互感器22、转速传感器23、第二信号调理模块24、第二控制芯片25、第二实时时钟模块26和第二存储器27，电流互感器21、电压互感器22和转速传感器23的信号输出端分别与第二信号调理模块24的信号输入端连接，第二信号调理模块24的信号输出端与第二控制芯片25的信号输出端连接，第二实时时钟模块26和第二存储器27分别与第二控制芯片25连接，第二控制芯片25与数据传输终端3连接。电流互感器21和电压互感器22分别用于测量抽油机工作时的三相电流值和三相电压值；转速传感器23用于测量抽油机工作时三相电机的转速；第二信号调理模块24对电流互感器21、电压互感器22和转速传感器23测量得到的微弱的模拟信号进行放大后变换为适于第二控制芯片25和远程监控中心5进行数据采集、存储、计算分析和显示的数字信号；第二控制芯片25用于控制电流互感器21、电压互感器22和转速传感器23进行数据采集，并对第二信号调理模块24进行信号放大和模数转换后的电流值、三相电压值和电机转速数据进行预处理，获得三相电机工作时的有功功率和无功功率等电参数；第二存储器27用于对第二控制芯片25预处理得到的有功功率和无功功率等数据进行本地存储，便于后续查询。

具体地，在本实施例中，转速传感器23采用霍尔转速传感器，该传感器是利用霍尔效应的原理支撑的可实现间接测量的转速传感器23，根据霍尔元件上的电压产生的脉冲数即可检测转速，响应快、精度高和现场安装方便等特点，适于本监测系统。第二控制芯片25采用ATT7026A三相电能有效值计量芯片，该芯片精度高，能够根据输入端输入的电流值和电压值自动计算有功功率、无功功率以及功率因素等参数，适于本监测系统。

在本实施例中，远程监控中心5包括云服务器51、PC终端52和移动监控终端53，云服务器51与数据传输终端3无线连接，PC终端52与云服务器51通过有线网络连接，移动监控终端53与云服务器51通过无线网络连接。云服务器51实现对现场采集的工作状态参数进行存储与分析，所述分析具体为对采集到的测量数据与预先设置的阈值进行比较，当采集到的测量数据超过预设的阈值时可以生成告警信息发送至PC终端52进行实时报警，该数据分析过程不涉及对计算机程序本身的改进；PC终端52作为监控中心本地的人机交互设备，其通过与云服务器51通信，实现数据的查询、显示、报警、控制指令的下发和系统初始参数的配置等功能，移动监控终端53通过Internet网络访问云服务器51，便捷地实现实时查看云服务器51接收的数据和对测量数据的分析处理结果。优选地，移动监控终端53可以是能够通过无线通信网络与云服务器51进行远程无线通信的智能手机或智能穿戴设备。

在本实施例中，电源模块4包括太阳能可充电电源41和开关电源42，太阳能可充电电源41的输出端与载荷冲程测量模块1的电源输入端连接，开关电源42的输出端与电参数测量模块2的电源输入端连接。通过太阳能可充电电源41为载荷冲程测量模块1供电，不仅更加节能环保，而且可以解决载荷冲程测量模块1安装位置的特殊性导致不便于直接从抽油机变压器取电的问题，太阳能可充电电源41属于现有技术，在此不再赘述；电参数测量模块2采用开关电源42供电，开关电源42的输入端可以与抽油机变压器的次级端连接，开关电源42将抽油机变压器次端的380V三相电压转换为电参数测量模块2所需电压的直流电。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，包括载荷冲程测量模块、电参数测量模块、数据传输终端、电源模块和远程监控中心，所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块分别与所述数据传输终端连接，所述数据传输终端与所述远程监控中心通讯连接，所述电源模块与所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块连接，其中，

所述载荷冲程测量模块用于测量抽油机运行时的光杆载荷和光杆位移；

所述电参数测量模块用于测量抽油机运行时的电压、电流、有功功率和无功功率；

所述数据传输终端用于将所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块测量的数据通过无线传输方式发送至所述远程监控中心；

所述远程监控中心用于对所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块测量的数据进行存储、分析和展示；

所述电源模块用于为所述载荷冲程测量模块和电参数测量模块供电。

2.根据权利要求1所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述载荷冲程测量模块包括载荷传感器、加速度传感器、第一信号调理模块、第一控制芯片、第一实时时钟模块和第一存储器，所述载荷传感器和加速度传感器的信号输出端分别与所述第一信号调理模块的信号输入端连接，所述第一信号调理模块的信号输出端与所述第一控制芯片的信号输出端连接，所述第一实时时钟模块和第一存储器分别与所述第一控制芯片连接，所述第一控制芯片与所述数据传输终端连接。

3.根据权利要求2所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述载荷传感器采用SM4型载荷传感器。

4.根据权利要求2所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述加速度传感器采用ADIS16003加速度传感器。

5.根据权利要求2所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述第一控制芯片采用STM32F103VB单片机。

6.根据权利要求1所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述电参数测量模块包括电流互感器、电压互感器、转速传感器、第二信号调理模块、第二控制芯片、第二实时时钟模块和第二存储器，所述电流互感器、电压互感器和转速传感器的信号输出端分别与所述第二信号调理模块的信号输入端连接，所述第二信号调理模块的信号输出端与所述第二控制芯片的信号输出端连接，所述第二实时时钟模块和第二存储器分别与所述第二控制芯片连接，所述第二控制芯片与所述数据传输终端连接。

7.根据权利要求6所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述转速传感器采用霍尔转速传感器。

8.根据权利要求6所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述第二控制芯片采用ATT7026A三相电能有效值计量芯片。

9.根据权利要求1-8任一项所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述远程监控中心包括云服务器、PC终端和移动监控终端，所述云服务器与所述数据传输终端无线连接，所述PC终端与所述云服务器通过有线网络连接，所述移动监控终端与所述云服务器通过无线网络连接。

10.根据权利要求9所述的抽油机数字化节能监测系统，其特征在于，所述电源模块包括太阳能可充电电源和开关电源，所述太阳能可充电电源的输出端与所述载荷冲程测量模块的电源输入端连接，所述开关电源的输出端与所述电参数测量模块的电源输入端连接。

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