RU147664U1

RU147664U1 - DEPTH PUMP INSTALLATION CONTROL SYSTEM

Info

Publication number: RU147664U1
Application number: RU2014123212/06U
Authority: RU
Inventors: Николай Кузьмич Андреев; Рамиль Танзилович Ахметгаряев
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-11-10

Abstract

Система управления штанговой глубинно-насосной установкой (ШГНУ), содержащая установленные в шкафу управления преобразователь частоты с контроллером, первый автоматический выключатель, соединенный с трехфазной сетью 380 В, второй автоматический выключатель, соединенный с однофазной сетью 220 В, магнитный пускатель, блок климат-контроля, а также датчик положения, установленный под балансиром ШГНУ и соединенный с преобразователем частоты, при этом блок климат-контроля соединен со вторым автоматическим выключателем и магнитным пускателем, который соединен с первым автоматическим выключателем и преобразователем частоты с контроллером, отличающаяся тем, что в нее введен блок радиоканала, а преобразователь частоты имеет контроллер, выполненный с возможностью адаптивного управления скоростью вращения двигателя и поддержания постоянного динамического уровня жидкости в скважине ШГНУ в зависимости от переменной скорости притока нефтегазовой жидкости через преобразователь частоты методом прямого управления моментом, при этом Еthernet-выход преобразователя частоты соединен с блоком радиоканала.A control system for a sucker-rod pump installation (SHGU), comprising a frequency converter with a controller installed in the control cabinet, a first circuit breaker connected to a three-phase 380 V network, a second circuit breaker connected to a 220-phase single-phase network, a magnetic starter, a climate control unit as well as a position sensor mounted under the balancer of the ShGNU and connected to the frequency converter, while the climate control unit is connected to a second circuit breaker and a magnetic starter, which is connected to the first circuit breaker and the frequency converter with a controller, characterized in that a radio channel unit is inserted into it, and the frequency converter has a controller configured to adaptively control the engine speed and maintain a constant dynamic fluid level in the well of ShGNU depending on the variable speed the flow of oil and gas fluid through the frequency converter by direct torque control, while the Ethernet output of the frequency converter is connected to radio channel block.

Description

Полезная модель относится к области нефтедобычи и может быть использована для управления работой и диагностирования состояния штанговой глубинно-насосной установки (ШГНУ).The utility model relates to the field of oil production and can be used to control the operation and diagnose the state of the sucker rod pump unit (SHGNU).

Прототипом является интеллектуальная станция управления VLT SALT (http://sngy.ru/catalog/stantsiya-salt/), состоящая из преобразователя частоты с векторным управлением, контроллера, датчика положения, блока климат-контроля, коммутационной аппаратуры и синусного фильтра. Регулирование производится на основе вычисления нагрузки на двигателе с помощью преобразователя частоты с векторным управлением без дополнительных датчиков тока и напряжения. Система позволяет поддерживать постоянный динамический уровень путем изменения скорости в соответствии с производительностью ШГНУ.The prototype is the VLT SALT intelligent control station (http://sngy.ru/catalog/stantsiya-salt/), consisting of a vector-controlled frequency converter, controller, position sensor, climate control unit, switching equipment and a sine filter. Regulation is based on the calculation of the load on the motor using a frequency converter with vector control without additional current and voltage sensors. The system allows you to maintain a constant dynamic level by changing the speed in accordance with the performance of the SHNU.

Основным недостатком известной станции является отсутствие удаленного контроля и регулирования электропривода ШГНУ, а также сложность системы управления из-за использования преобразователя частоты с векторным управлением со сложным алгоритмом и недостаточно быстрой реакцией на резко-переменную нагрузку, широтно-импульсной модуляцией в инверторе преобразователя частоты, что требует применения синусного фильтра.The main disadvantage of the known station is the lack of remote control and regulation of the SHGNU electric drive, as well as the complexity of the control system due to the use of a frequency converter with vector control with a complex algorithm and insufficiently fast response to an abruptly variable load, pulse-width modulation in the inverter of the frequency converter, which requires a sine filter.

Задачей полезной модели является обеспечение удаленного контроля и регулирования электропривода ШГНУ, а также упрощение системы управления.The objective of the utility model is to provide remote control and regulation of the electric drive of SHGNU, as well as simplifying the control system.

Технический результат достигается тем, что в систему управления штанговой глубинно-насосной установкой (ШГНУ), содержащей, установленные в шкафу управления, преобразователь частоты с контроллером, первый автоматический выключатель, соединенный с трехфазной сетью 380 В, второй автоматический выключатель, соединенный с однофазной сетью 220 В, магнитный пускатель, блок климат-контроля, а также датчик положения, установленный под балансиром ШГНУ и соединенный с преобразователем частоты, при этом блок климат-контроля соединен со вторым автоматическим выключателем и магнитным пускателем, который соединен с первым автоматическим выключателем и преобразователем частоты с контроллером, согласно предлагаемой полезной модели, введен блок радиоканала, а преобразователь частоты имеет контроллер, выполненный с возможностью адаптивного управления скоростью вращения двигателя и поддержания постоянного динамического уровня жидкости в скважине ШГНУ в зависимости от переменной скорости притока нефтегазовой жидкости через преобразователь частоты методом прямого управления моментом, при этом Ethernet выход преобразователя частоты соединен с блоком радиоканала.The technical result is achieved by the fact that in the control system of the sucker-rod pumping unit (SHGNU), comprising, installed in the control cabinet, a frequency converter with a controller, a first circuit breaker connected to a three-phase 380 V network, a second circuit breaker connected to a single-phase 220 network B, a magnetic starter, a climate control unit, as well as a position sensor mounted under the balancer of the ShGNU and connected to the frequency converter, while the climate control unit is connected to the second machine According to the proposed utility model, a radio channel unit is introduced, and the frequency converter has a controller configured to adaptively control the engine speed and maintain a constant dynamic fluid level in the well of ShGNU depending on the variable flow rate of oil and gas liquid through a frequency converter by direct control method m, wherein the Ethernet output of the frequency converter coupled to the radio channel block.

Таким образом, поставленная задача решается тем, что, по сравнению с прототипом, система управления ШГНУ снабжена блоком радиоканала (радиомодемом) для удаленного контроля и регулирования. Кроме этого, применен преобразователь частоты с прямым управлением моментом, в котором не используется широтно-импульсная модуляция. Поэтому нет необходимости использовать синусный фильтр, а реакция на изменение момента сопротивления двигателя происходит быстрее по сравнению с преобразователем частоты с векторным управлением.Thus, the task is solved in that, in comparison with the prototype, the control system of the SHGNU is equipped with a radio channel unit (radio modem) for remote monitoring and regulation. In addition, a frequency converter with direct torque control is used, in which pulse-width modulation is not used. Therefore, there is no need to use a sine filter, and the reaction to a change in the moment of resistance of the motor occurs faster compared to a frequency converter with vector control.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема предлагаемой системы управления ШГНУ.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a structural diagram of the proposed control system SHNU.

На чертеже цифрами обозначены:In the drawing, the numbers indicate:

1. Преобразователь частоты с встроенным контроллером.1. Frequency converter with integrated controller.

2. Блок радиоканала (радиомодем).2. The block of the radio channel (radio modem).

3. Датчик положения.3. The position sensor.

4. Первый автоматический выключатель.4. The first circuit breaker.

5. Магнитный пускатель.5. Magnetic starter.

6. Второй автоматический выключатель.6. Second circuit breaker.

7. Блок климат-контроля.7. Climate control unit.

8. Шкаф управления.8. The control cabinet.

Система управления штанговой глубинно-насосной установкой (ШГНУ) содержит, установленные в шкафу управления 8, преобразователь 1 частоты с контроллером, первый автоматический выключатель 4, соединенный с трехфазной сетью 380 В, второй автоматический выключатель 6, соединенный с однофазной сетью 220 В, магнитный пускатель 5, блок 7 климат-контроля, а также датчик 3 положения, установленный под балансиром ШГНУ и соединенный с преобразователем 1 частоты, при этом блок 7 климат-контроля соединен со вторым автоматическим выключателем 6 и магнитным пускателем 5, который соединен с первым автоматическим выключателем 4 и преобразователем 1 частоты с контроллером.The control system of the sucker rod pump installation (SHNU) contains, installed in the control cabinet 8, a frequency converter 1 with a controller, a first circuit breaker 4 connected to a three-phase 380 V network, a second circuit breaker 6 connected to a single-phase 220 V network, a magnetic starter 5, the climate control unit 7, as well as the position sensor 3, mounted under the balancer of the ShGNU and connected to the frequency converter 1, while the climate control unit 7 is connected to the second circuit breaker 6 and the magnetic switch Catel 5 which is connected to the first circuit breaker 4 and the transmitter 1 frequency to the controller.

Отличием предлагаемой системы управления ШГНУ является то, что в нее введен блок 2 радиоканала (радиомодем), а преобразователь 1 частоты имеет контроллер, выполненный с возможностью адаптивного управления скоростью вращения двигателя и поддержания постоянного динамического уровня жидкости в скважине ШГНУ в зависимости от переменной скорости притока нефтегазовой жидкости через преобразователь 1 частоты методом прямого управления моментом, при этом Ethernet выход преобразователя 1 частоты соединен с блоком 2 радиоканала.The difference between the proposed control system of the SHGNU is that a radio channel unit 2 (radio modem) is introduced into it, and the frequency converter 1 has a controller configured to adaptively control the engine speed and maintain a constant dynamic fluid level in the SHGU well depending on the variable flow rate of the oil and gas liquid through the frequency converter 1 by direct torque control, while the Ethernet output of the frequency converter 1 is connected to the radio channel unit 2.

Таким образом, система управления ШГНУ включает в себя шкаф 8 управления, в котором расположены преобразователь 1 частоты, питающийся от трехфазной сети переменного тока, со встроенным контроллером, Ethernet выход которого соединен с блоком 2 радиоканала (радиомодемом), силовой вход преобразователя 1 частоты соединен с выходом магнитного пускателя 4, вход которого соединен с выходом первого автоматического выключателя 4, соединенным с трехфазной сетью 380 В, катушка магнитного пускателя 4 соединена с релейным выходом блока 7 климат-контроля, силовой вход которого соединен со вторым автоматическим выключателем 6, соединенным с сетью 220 В, дискретный вход преобразователя 1 частоты соединен с электромагнитым датчиком 3 положения, который устанавливается под балансиром ШГНУ.Thus, the control system of the SHNU includes a control cabinet 8, in which a frequency converter 1 is located, powered by a three-phase AC network, with an integrated controller, the Ethernet output of which is connected to the radio channel unit 2 (radio modem), and the power input of the frequency converter 1 is connected to the output of the magnetic starter 4, the input of which is connected to the output of the first circuit breaker 4, connected to a three-phase 380 V network, the coil of the magnetic starter 4 is connected to the relay output of the climate control unit 7, whose howl input is connected to a second circuit breaker 6 connected to a 220 V network, a discrete input of the frequency converter 1 is connected to an electromagnetic position sensor 3, which is installed under the balancer SHGNU.

Система управления работает следующим образом.The control system operates as follows.

Выход преобразователя частоты 1 соединяют с асинхронным двигателем ШГНУ (на чертеже условно не показан). На вход первого автоматического выключателя 4 подают трехфазное напряжение 380 В, на вход однофазного автоматического выключателя 6 подают однофазное напряжение 220 В. Блок 5 климат-контроля измеряет температуру внутри шкафа 8 управления, сравнивает значение температуры с заданным значением и по результатам сравнения вырабатывает регулирующие сигналы на обогрев, вентиляцию и на катушку магнитного пускателя 4, которая замыкает или размыкает цепь силового питания 380 В.The output of the frequency converter 1 is connected to the SHGNU induction motor (conventionally not shown in the drawing). The input of the first circuit breaker 4 is supplied with a three-phase voltage of 380 V, the input of the single-phase circuit breaker 6 is supplied with a single-phase voltage of 220 V. The climate control unit 5 measures the temperature inside the control cabinet 8, compares the temperature with the set value and generates control signals based on the results of comparison heating, ventilation and to the coil of the magnetic starter 4, which closes or opens the 380 V power supply circuit

Далее производится ввод параметров двигателя и параметров ШГНУ в контроллер преобразователя 1 частоты. Контроллер преобразователя 1 частоты производит считывание данных двигателя (сопротивление статора, взаимные коэффициенты индуктивности и насыщения магнитной цепи двигателя, момент инерции двигателя) и настройку математической модели двигателя: замеряется ток с двух фаз двигателя, напряжение звена постоянного тока и определяется положение ключей инвертора.Next, enter the engine parameters and the parameters of the SHNU in the controller of the frequency converter 1. The controller of the frequency converter 1 reads the motor data (stator resistance, mutual inductance and saturation coefficients of the motor magnetic circuit, motor inertia moment) and sets the mathematical model of the motor: the current from two phases of the motor is measured, the voltage of the DC link and the position of the inverter keys is determined.

С помощью этих данных высчитываются значения фактического момента двигателя, потока статора и скорости вала двигателя. По этим данным контроллер преобразователя 1 частоты вычисляет энергию, израсходованную за полный цикл хода штока ШГНУ, сравнивает с расчетной энергией при полном заполнении насоса для текущей скорости качания ШГНУ и, в зависимости от полученных результатов Ю, принимает решение о регулирующем воздействии на преобразователь 1 частоты, поддерживая постоянный динамический уровень жидкости в скважине. Причем во избежание накопления ошибок по определению потребляемой энергии за цикл одного качания, по причине неточного определения начала и конца цикла, и потери управления, отсчет длительности цикла производится по сигналам с датчика положения 3. Блок 2 радиоканала (радиомодем) используется для передачи на диспетчерский пункт информации о текущем состоянии работы преобразователя 1 частоты и удаленного управления.Using this data, the actual motor torque, stator flux and motor shaft speed are calculated. According to these data, the controller of the frequency converter 1 calculates the energy consumed for the full cycle of the stroke of the SHGNU, compares it with the calculated energy when the pump is completely filled for the current swing speed of the SHGNU and, depending on the results obtained, makes a decision on the regulatory effect on the frequency converter 1, maintaining a constant dynamic fluid level in the well. Moreover, in order to avoid accumulation of errors in determining the energy consumed per cycle of one swing, due to inaccurate determination of the beginning and end of the cycle, and loss of control, the duration of the cycle is counted by signals from the position sensor 3. Block 2 of the radio channel (radio modem) is used for transmission to the control room information about the current state of operation of the frequency converter 1 and remote control.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит обеспечить удаленный контроль и регулирование электропривода ШГНУ, а также упростить систему управления.Thus, the use of the proposed utility model will allow for remote monitoring and regulation of the electric drive of ShGNU, as well as simplify the control system.

Claims

A control system for a sucker-rod pump installation (SHGU), comprising a frequency converter with a controller installed in the control cabinet, a first circuit breaker connected to a three-phase 380 V network, a second circuit breaker connected to a 220-phase single-phase network, a magnetic starter, a climate control unit as well as a position sensor installed under the balancer of the ShGNU and connected to the frequency converter, while the climate control unit is connected to a second circuit breaker and a magnetic starter, which is connected to the first circuit breaker and the frequency converter with a controller, characterized in that a radio channel unit is inserted into it, and the frequency converter has a controller configured to adaptively control the engine speed and maintain a constant dynamic fluid level in the well of ShGNU depending on the variable speed the flow of oil and gas through the frequency converter by direct torque control, while the Ethernet output of the frequency converter is connected to radio channel block.