RU2767669C1

RU2767669C1 - Sucker rod pump hydraulic drive control system

Info

Publication number: RU2767669C1
Application number: RU2021123951A
Authority: RU
Inventors: Тимофей Владимирович Коньков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нефте-Гидроприводы Конькова"
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2022-03-18

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, namely to control systems of hydraulic drives of rod pumps for control over redundancy of electrohydraulic equipment. Sucker rod pump hydraulic drive control system comprises a programmable logic controller, connected through discrete outputs to at least two intermediate relays connected to at least two electromagnets, discrete inputs of programmable logic controller are connected to outputs of at least two sensors of level of working fluid (for example, oil) in hydraulic tank (hydraulic tank), analogue inputs of the programmable logic controller are connected to analogue outputs of at least two temperature sensors and at least two pressure sensors. Signals on failure of said sensors are transmitted to the programmable logic controller through discrete and analogue inputs, based on these signals, switching to the corresponding standby sensor takes place. Corresponding discrete and analogue outputs of programmable logic controller are connected to corresponding inputs of two frequency converters of each of two asynchronous electric motors, connected, in turn, with corresponding hydraulic motors of pressure lines of the pumping station. Based on operator settings or upon detection of malfunction of electrohydraulic equipment of one of pressure lines, programmable logic controller controls frequency of asynchronous electric motors through discrete and analogue outputs and controls their switching on or off to ensure operation of downhole equipment with a given number of double strokes of the hydraulic cylinder rod.

EFFECT: providing automatic increase in the range of adjustment of parameters of operation of the sucker rod pump and ensuring the safety of operation of the hydraulic drive of the sucker rod pump due to the automatic drive.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления и контроля гидравлических приводов штанговых насосов.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to control and monitoring systems for hydraulic drives of sucker-rod pumps.

Существует система управления, которая содержит силовой блок в составе насоса и двигателя (патент RU 2676898, опубл. 11.01.2019). Система управления также содержит управляющий контроллер. Для плавного регулирования скорости электродвигателя масляного насоса первый выход блока коммутационной и силовой аппаратуры соединен посредством частотного преобразователя с обмотками двигателя. Выходы блока сетевого питания подсоединены к входам датчиков положения штока гидроцилиндра, к входу блока коммутации, к входу управляющего контроллера. Выходы блока коммутации соединены с электрогидравлической аппаратурой.There is a control system that contains a power unit as part of a pump and an engine (patent RU 2676898, published on January 11, 2019). The control system also contains a control controller. For smooth speed control of the oil pump electric motor, the first output of the switching and power equipment unit is connected by means of a frequency converter to the motor windings. The outputs of the power supply unit are connected to the inputs of the position sensors of the hydraulic cylinder rod, to the input of the switching unit, to the input of the control controller. The outputs of the switching unit are connected to electro-hydraulic equipment.

Недостатком системы является узкий диапазон управления характеристиками гидравлической аппаратуры и отсутствием дублирования основных элементов системы, что не позволяет обеспечить оптимальную технологичность и надежность работы привода глубинного штангового насоса.The disadvantage of the system is the narrow range of control over the characteristics of the hydraulic equipment and the lack of duplication of the main elements of the system, which does not allow for optimal manufacturability and reliability of the drive of the deep rod pump.

Задачей изобретения является расширение потребительских свойств системы с целью повышения эффективности работы глубинного оборудования, и повышением надежности работы привода штангового насоса.The objective of the invention is to expand the consumer properties of the system in order to increase the efficiency of downhole equipment, and increase the reliability of the rod pump drive.

Техническим результатом является обеспечение автоматического увеличения диапазона регулирования параметров работы штангового глубинного насоса и обеспечение безопасности работы гидравлического привода штангового скважинного насоса за счет автоматического управления резервированием электрогидравлической аппаратуры.The technical result is to ensure automatic increase in the range of regulation of the operation parameters of the sucker rod pump and ensure the safety of the hydraulic drive of the sucker rod pump due to automatic control of the electro-hydraulic equipment redundancy.

Технический результат достигается тем, что система управления гидравлическим приводом штангового насоса содержит программируемый логический контроллер, подключенный через дискретные выходы по меньшей мере к двум промежуточным реле, соединенным с по меньшей мере двумя электромагнитами, дискретные входы программируемого логического контроллера соединены с выходами по меньшей мере двух датчиков уровня рабочей жидкости (например, масла) в гидравлическом баке (гидробаке), аналоговые входы программируемого логического контроллера соединены с аналоговыми выходами по меньшей мере двух датчиков температуры и по меньшей мере двух датчиков давления. В программируемый логический контроллер через дискретные и аналоговые входы поступают сигналы о неисправности упомянутых датчиков, на основании этих сигналов происходит переключение на соответствующий резервный датчик. Соответствующие дискретные и аналоговые выходы программируемого логического контроллера соединены с соответствующими входами двух преобразователей частоты каждого из двух асинхронных электродвигателей, соединенных, в свою очередь, с соответствующими гидромоторами напорных линий насосной станции. На основании настроек оператора или при обнаружении неисправности электрогидравлической аппаратуры одной из напорных линий, программируемый логический контроллер через дискретные и аналоговые выходы регулирует частоту асинхронных электродвигателей и управляет их включением или отключением для обеспечения работы глубинного оборудования с заданным количеством двойных ходов штока гидроцилиндра. The technical result is achieved by the fact that the control system for the hydraulic drive of the rod pump contains a programmable logic controller connected via discrete outputs to at least two intermediate relays connected to at least two electromagnets, the discrete inputs of the programmable logic controller are connected to the outputs of at least two sensors the level of the working fluid (for example, oil) in the hydraulic tank (hydraulic tank), the analog inputs of the programmable logic controller are connected to the analog outputs of at least two temperature sensors and at least two pressure sensors. The programmable logic controller receives signals about the malfunction of the mentioned sensors through discrete and analog inputs, based on these signals, it switches to the corresponding backup sensor. The corresponding discrete and analog outputs of the programmable logic controller are connected to the corresponding inputs of two frequency converters of each of the two asynchronous electric motors, connected, in turn, to the corresponding hydraulic motors of the pressure lines of the pumping station. Based on the operator’s settings or when a malfunction of the electro-hydraulic equipment of one of the pressure lines is detected, the programmable logic controller regulates the frequency of asynchronous electric motors through discrete and analog outputs and controls their activation or deactivation to ensure the operation of downhole equipment with a given number of double strokes of the hydraulic cylinder rod.

На фигуре представлена функциональная схема системы управления гидравлическим приводом штангового насоса.The figure shows a functional diagram of the rod pump hydraulic drive control system.

Система управления гидравлическим приводом штангового насоса содержит программируемый логический контроллер 1 (далее ПЛК), аналоговой и дискретный выходы (Вых) которого подключены к соответствующим входам (Вх) частотных преобразователей 2 и 12, выходная силовая шина которых подключена к соответствующим электродвигателям 3 и 13 гидромоторов гидравлического привода штангового насоса, а входная силовая шина к рубильнику 4 питающей сети. Первый дискретный вход ПЛК подсоединен к выключателю 5, второй и третий дискретные входы ПЛК подключены к первому и второму выходу частотного преобразователя 2, а шестой и седьмой дискретные входы ПЛК подключены к первому и второму выходу частотного преобразователя 12. Второй и четвертый дискретные выходы ПЛК подключены к промежуточным реле 9 и 10, соединенным с электромагнитами 19 и 20 соответственно, управляющими распределителями напорных линий (на рисунке не показаны). Первый и второй аналоговые входы ПЛК подключены к датчикам давления 6 и 16, которые установлены в первой и второй напорных линиях соответственно. Третий и четвертый аналоговые входы ПЛК подключены к датчикам температуры 7 и 17, которые установлены в гидробаке и предназначены для контроля температуры рабочей жидкости. Восьмой и девятый дискретные входы ПЛК подключены к первому 8 и второму 18 датчикам уровня рабочей жидкости в гидробаке. Четвертый и пятый дискретные входы ПЛК соединены с двумя датчиками положения штанговращателя 11.The rod pump hydraulic drive control system contains a programmable logic controller 1 (hereinafter referred to as PLC), the analog and discrete outputs (Out) of which are connected to the corresponding inputs (In) of frequency converters 2 and 12, the output power bus of which is connected to the corresponding electric motors 3 and 13 of the hydraulic motors of the hydraulic rod pump drive, and the input power bus to the switch 4 of the supply network. The first digital input of the PLC is connected to switch 5, the second and third digital inputs of the PLC are connected to the first and second outputs of the inverter 2, and the sixth and seventh digital inputs of the PLC are connected to the first and second outputs of the inverter 12. The second and fourth digital outputs of the PLC are connected to intermediate relay 9 and 10 connected to electromagnets 19 and 20, respectively, control distributors of pressure lines (not shown in the figure). The first and second analog inputs of the PLC are connected to pressure sensors 6 and 16, which are installed in the first and second pressure lines, respectively. The third and fourth analog inputs of the PLC are connected to temperature sensors 7 and 17, which are installed in the hydraulic tank and are designed to control the temperature of the working fluid. The eighth and ninth discrete inputs of the PLC are connected to the first 8 and second 18 sensors of the working fluid level in the hydraulic tank. The fourth and fifth discrete inputs of the PLC are connected to two position sensors of the rod rotator 11.

ПЛК 1 начинает работу (при нормальных условиях эксплуатации) при подаче на его первый дискретный вход дискретного сигнала от источника постоянного напряжения (на схеме не показан) выключателем «Пуск/Стоп» 5. Напряжение силовой питающей сети, а также напряжение к источникам питания датчиков и ПЛК (на схеме не показаны), подается через рубильник 4 питающей сети. Датчики положения штанговращателя 11 расположены на опоре гидроцилиндра и предназначены для определения соответствующего положения штанговращателя относительно опоры. Устанавливается по меньшей мере два датчика положения: для верхнего и нижнего положения штанговращателя. Срабатывание датчиков штанговращателя 11 подтверждает факт смены направления его движения вниз или вверх соответственно. PLC 1 starts operation (under normal operating conditions) when a discrete signal is applied to its first discrete input from a DC voltage source (not shown in the diagram) by the Start/Stop switch PLC (not shown in the diagram), is fed through the mains switch 4. The position sensors of the rod rotator 11 are located on the support of the hydraulic cylinder and are designed to determine the appropriate position of the rod rotator relative to the support. At least two position sensors are installed: for the upper and lower position of the rod rotator. The operation of the sensors of the rod rotator 11 confirms the fact of changing the direction of its movement down or up, respectively.

Электромагниты 19 и 20 настроены на установку гидрораспределителей для работы по объединению двух напорных линий в одну. ПЛК контролирует состояние датчиков давления 6, температуры 7 и уровня рабочей жидкости 8 в гидробаке, при обнаружении неисправности любого из перечисленных датчиков ПЛК переходит на работу с соответствующими резервными датчиками 16, 17, 18.Electromagnets 19 and 20 are configured to install hydraulic distributors to work on combining two pressure lines into one. The PLC monitors the state of the pressure sensors 6, temperature 7 and the level of the working fluid 8 in the hydraulic tank, if any of the listed sensors fail, the PLC switches to work with the corresponding backup sensors 16, 17, 18.

При начале работы ПЛК 1 работает через частотный преобразователь 2, силовая шина которого подключена через автомат токовой защиты (на схеме не показан) к рубильнику 4 питающей сети. Первый и второй дискретные выходы частотного преобразователя 2 соединены со вторым и третьим дискретными входами ПЛК. Через эти выходы частотный преобразователь 2 передает на входы ПЛК сигналы об ошибках, выявленных при работе частотного преобразователя 2. ПЛК 1 через первый аналоговый выход, который соединен с первым аналоговым входом частотного преобразователя 2, путем изменения задаваемой частоты асинхронного электродвигателя 3 пытается выйти на заданные скоростные параметры движения гидроцилиндра. При отсутствии достижения требуемых скоростных параметров движения гидроцилиндра ПЛК 1 через третий дискретный выход и второй аналоговый выход, которые подключены соответственно к первому дискретному входу и первому аналоговому входу частотного преобразователя 12, силовая шина которого подключена через автомат токовой защиты (на схеме не показан) к рубильнику 4 питающей сети, путем изменения задаваемой частоты асинхронного электродвигателя 13 увеличивает скоростные параметры движения гидроцилиндра. В это время работают оба частотных преобразователя. Первый и второй дискретные выходы частотного преобразователя 12 соединены с шестым и седьмым дискретными входами ПЛК. Через эти выходы частотный преобразователь 12 передает на входы ПЛК сигналы об ошибках, выявленных при работе частотного преобразователя 12. При обнаружении ошибок частотных преобразователей 2 или 12 ПЛК отключает от работы неисправный частотный преобразователь и продолжает работу на одном частотном преобразователе, сохраняя работоспособность всего комплекса оборудования на меньших скоростях движения гидроцилиндра.At the start of operation, PLC 1 operates through a frequency converter 2, the power bus of which is connected through a current protection circuit breaker (not shown in the diagram) to a circuit breaker 4 of the mains. The first and second discrete outputs of the frequency converter 2 are connected to the second and third discrete inputs of the PLC. Through these outputs, the frequency converter 2 transmits to the PLC inputs signals about errors detected during the operation of the frequency converter 2. PLC 1, through the first analog output, which is connected to the first analog input of the frequency converter 2, by changing the set frequency of the asynchronous motor 3 tries to reach the specified speed parameters of the hydraulic cylinder. If the required speed parameters of the movement of the hydraulic cylinder PLC 1 are not achieved through the third discrete output and the second analog output, which are connected respectively to the first discrete input and the first analog input of the frequency converter 12, the power bus of which is connected through a current protection circuit breaker (not shown in the diagram) to the knife switch 4 of the supply network, by changing the set frequency of the asynchronous motor 13 increases the speed parameters of the movement of the hydraulic cylinder. At this time, both frequency converters are working. The first and second discrete outputs of the frequency converter 12 are connected to the sixth and seventh discrete inputs of the PLC. Through these outputs, the frequency converter 12 transmits to the inputs of the PLC signals about errors detected during the operation of the frequency converter 12. If errors are detected in frequency converters 2 or 12, the PLC disables the faulty frequency converter and continues to work on one frequency converter, maintaining the operability of the entire equipment complex on lower speeds of the hydraulic cylinder.

Таким образом, система управления изменяет скорость вращения асинхронных электродвигателей, которые управляют движением штока гидроцилиндра привода глубинного штангового насоса, что ведет к увеличению объемов подъема пластовой жидкости, увеличению диапазона регулирования параметров работы штангового глубинного насоса и увеличению надежности работы системы в целом. Thus, the control system changes the speed of rotation of asynchronous electric motors that control the movement of the rod of the hydraulic cylinder of the drive of the deep rod pump, which leads to an increase in the volume of formation fluid rise, an increase in the range of regulation of the parameters of the sucker rod pump and an increase in the reliability of the system as a whole.

Claims

Rod pump hydraulic drive control system, comprising a programmable logic controller connected via discrete outputs to at least two intermediate relays connected to at least two electromagnets, discrete inputs of the programmable logic controller are connected to the outputs of at least two working fluid level sensors in the hydraulic tank, the analog inputs are connected to the analog outputs of at least two temperature sensors and at least two pressure sensors, the programmable logic controller is configured to receive signals about the failure of the said sensors through the discrete and analog inputs, based on the mentioned signals, switching to the corresponding backup sensor , the corresponding discrete and analog outputs of the programmable logic controller are connected to the corresponding inputs of two frequency converters of each of the two asynchronous motors connected in First of all, with the corresponding hydraulic motors of the pressure lines of the pumping station, based on the operator's settings or when a malfunction of the electro-hydraulic equipment of one of the pressure lines is detected, the programmable logic controller is made with the ability to regulate the frequency of asynchronous electric motors through discrete and analog outputs and control their switching on or off to increase reliability drive operation and ensuring the operation of downhole equipment with a given number of double strokes of the hydraulic cylinder rod.