智能控制器的製作方法

2023-12-10 00:45:11

專利名稱：：智能控制器的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種應用在油田採油設備上的控制裝置，更具體的說，它涉及一種應用在抽油機上的智能控制器。技術背景目前，在我國各油田的抽油機總數已超過10萬臺，是各油田的主要耗能設備。裝機總容量在三百萬千瓦以上，作為油田生產中使用最多的耗能設備，抽油機拖動電機的負載率普遍較低，造成能源浪費。在實際開採作業過程中，抽油機受油井的井深、滲透率、油質、雜質、含沙量、含水量等諸多客觀因素的影響，須調整作業衝次、沖程，甚至更換電機、改變電機的功率；同時，由於油田所處地理位置、綿度的不同，以及所處地區的氣候等自然因素，也會對開採作業產生影響，要求抽油機根據實際工況進行相應的速度調整。目前，抽油機在實際開採作業過程中調整衝次困難、電機的功率因數低、啟動衝擊大、耗能過多、對電網影響大。因此，抽油機的電機控制系統還達不到從高效節能的角度對其提出的基本要求1.能夠大範圍的、穩定可靠的無級調速；2.具有比較顯著的節電效果；3.提高電機的效率，生產效率；4.降低無功功率；5.實現軟啟動，減少對電網的衝擊，延長電機的使用壽命。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術所存在的技術問題，提供一種能夠在大範圍內穩定可靠無級調速的，具有顯著節電效果的，能夠實現軟啟動的，減少對電網衝擊與延長電機使用壽命的智能控制器。為解決上述技術問題本實用新型釆用如下技術方案予以解決。智能控制器主要由變頻器、控制單元、調速裝置和制動裝置組成。所述的變頻器採用的型號為0MR0N3G3RV-ZV1—A4075至0MR0N3G3RV-ZV1—A4185或採用的型號為0MR0N3G3RV-ZV1—B4220至0MR0N3G3RV-ZV1—B4900,變頻器R/L1"接線端子、變頻器S/L2接線端子、變頻器T/L3接線端子分別與交流接觸器CJ2的1/L1主觸點、交流接觸器CJ2的3/L2主觸點、交流接觸器CJ2的5/L3主觸點電線連接，變頻器U/T1接線端子、變頻器V/T2接線端子、變頻器W/T3接線端子分別與交流接觸器CJ1的1/L1主觸點、交流接觸器CJ1的3/L2主觸點、交流接觸器CJ1的5/L3主觸點電線連接，與交流接觸器CJ1主觸點串接的變頻器和交流接觸器CJ2主觸點並聯連接。所述的控制單元主要由交流接觸器CJ1線圏、交流接觸器CJ2線圏組成，其一端接地，另一端與變頻器相應的接線端子電線連接。所述的調速裝置是由2.7K電位器與2K電位器組成，2.7K電位器不動端與2K電位器帶滑動觸頭端電線連接，2.7K電位器與2K電位器的其它接線端分別與變頻器相應的接線端子電線連接。所述的制動裝置是由制動單元與制動電阻組成，制動單元與制動電阻之間是電線連接，制動單元與變頻器相應的接線端子電線連接。技術方案中所述的控制單元中交流接觸器CJ1的13N0常閉觸點、交流接觸器CJ1的22NC常開觸點和按鈕開關2號接線端子共同接地。按鈕開關1號接線端子和交流接觸器CJ1的21NC常開觸點同與交流接觸器CJ2的13N0常閉觸點電線連接，交流接觸器CJ2的14N0常閉觸點與交流接觸器CJ1的Al線圏電線連接，交流接觸器CJ1的A2線圈與變頻器MB接線端子電線連接。交流接觸器CJ1的14N0常閉觸點與交流接觸器CJ2的Al線圈電線連接，交流接觸器CJ2的A2線圏與旋鈕開關2號接線端子電線連接，旋鈕開關1號接線端子與變頻器MA接線端子電線連接，形成線圏互鎖電路；所述的調速裝置中2K電位器不動端與變頻器+V接線端子電線連接，2.7K電位器滑動觸頭端與變頻器Al接線端子電線連接，2.7K電位器另一不動端與變頻器AC接線端子電線連接；所述的制動裝置中制動單元、制動電阻的連接關係是制動單元正極接線端子與變頻器3號正極接線端子電線連接,制動單元負極接線端子與變頻器負極接線端子電線連接，制動單元P接線端子與制動電阻接線端子電線連接，制動單元B接線端子與制動電阻另一接線端子電線連接；所述的智能控制器還包括一個旋鈕開關常開觸點，旋鈕開關3號接線端子與變頻器Sl多功能輸入端子電線連接，旋鈕開關4號接線端子與變頻器SC多功能輸入端子電線連接；所述的變頻器也可採用型號為安川F7,G7系列的或ABS510-S800系列的或交-交的變頻器；所述的變頻器、控制單元、調速裝置和制動裝置安裝在一個控制箱裡，該控制箱屬於戶外安裝型，防護等級為IP54。本實用新型的有益效果本實用新型的技術構思與主要技術特徵是1.採用了交-直-交的主電路智能控制器先將輸入的三相50Hz交流電變為直流，再逆變為頻率、電壓有效值可調的三相交流電供給拖動電機。2.採用了大範圍的速度控制智能控制器採用矢量轉矩控制，可準確、大範圍地控制電機的轉速，速度控制範圍為0-1500r.p.m，速度控制精度為0.3r/min。3.實施1.5倍額定轉矩的過載能力智能控制器在零至額定轉速範圍內具有恆轉矩輸出特性，因此，在很低的轉速下，電機也可輸出額定轉矩，並具有150%的過載能力。4.實現低速大轉矩的控制特性智能控制器在抽油機電動機啟動的過程中，可以使電動機輸出足夠的轉矩，從而在轉速從O上升到設定值過程中，使電流平穩，實現了真正的"軟啟動"。5.具有內部軟PLC功能，可對轉矩實時地進行檢測和控制。6.達到在抽油機運行中能夠方便地進行衝次的調整。對本實用新型的試驗結果是tableseeoriginaldocumentpage6本實用新型的有益效果是l.調速操作簡便由於智能控制器具有大範圍、連續調速的特點，只需調整一個旋鈕即可實現連續、穩定的調速功能，滿足抽油機調整衝次的要求。對於現場操:作人員而言，操作極為簡便。2.降低了作業強度使用智能控制器時，由於調速操作簡便，無需在作業過程中更改抽油機及配套設備的機械結構，大大降低了現場工人的作業強度。3.提高了生產效率使用智能控制器時，在作業過程中無需停機進行調整，節約了時間，提高了抽油機的出油量，即提高了抽油機的生產效率。4.節能效果顯著根據對智能控制器實際應用過程中的統計數據顯示，智能控制器具有顯著的節能效果。相對而言，對於油井滲透率低，衝次越低，節電效果越明顯當抽油機衝次頻率低於2.5次/分，節電率高達45。/。以上。針對負荷較輕的油井，可根據智能控制器具有的軟啟動功能，採用以較小功率的電機取代原有電機的解決方案，同樣可以取得較為顯著的節能效果。以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明圖1是智能控制器的電路原理圖；圖2是空氣開關各接線端子標記的示意圖；圖3是交流接觸器CJ2主觸點各主觸點標記的示意圖；圖4是交流接觸器CJ1主觸點各主觸點標記的示意圖；圖5是電動機380伏交流電三相線進線各相線標記的示意圖；圖6是變頻器各接線端子標記的示意圖；圖7是調速裝置各接線端子標記的示意圖；圖8是控制單元各接線端子標記的示意圖；圖9是旋鈕開關常開觸點各觸點標記的示意圖；圖IO是制動裝置各接線端子標記的示意圖；圖中l.空氣開關，2.交流接觸器CJ2主觸點，3.交流接觸器CJ1主觸點，4.電動機，5.2.7K電位器，6.2K電位器，7.變頻器，8.旋鈕開關常開觸點，9.制動單元，10.制動電阻，11.交流接觸器CJ1線圈，12.旋鈕開關常開觸點，13.交流接觸器CJ2線圈，14.交流接觸器CJ2輔助常閉觸點，15.交流接觸器CJ1輔助常閉觸點，16.交流接觸器CJ1輔助常開觸點，17.按鈕開關，18.空開1號接線端子，19.空開3號接線端子，20.空開5號接線端子，21.空開2號接線端子，22.空開4號接線端子，23.空開6號接線端子，24.交流接觸器CJ2的1/L1主觸點，25.交流接觸器CJ2的3/L2主觸點，26.交流接觸器CJ2的5/L3主觸點，27.交流接觸器CJ2的2/T1主觸點，28.交流接觸器CJ2的4/T2主觸點，29.交流接觸器CJ2的6/T3主觸點，30.交流^接觸器CJ1的1/L1主觸點，31.交流接觸器CJ1的3/L2主觸點，32.交流接觸器CJ1的5/L3主觸點，33.交流接觸器CJ1的2/T1主觸點，34.交流接觸器CJ1的4/T2主觸點，35.交流接觸器CJ1的6/T3主觸點，36.電動機Ll接線端子，37.電動機L2接線端子，38.電動機L3接線端子，39.變頻器R/L1接線端子，40.變頻器S/L2接線端子，41.變頻器T/L3接線端子，42.變頻器+V接線端子，43.變頻器A1接線端子，44.變頻器AC接線端子，45.變頻器Sl多功能輸入端子，46.變頻器SC多功能輸入端子，47.變頻器3號正極接線端子，48.變頻器負極接線端子，49.變頻器U/T1接線端子，50.變頻器V/T2接線端子，51.變頻器W/T3接線端子，52.變頻器MB接線端子，53.變頻器MA接線端子，54.變頻器MC接線端子，55.2K電位器不動端，56.2.7K電位器滑動觸頭端，57.2.7K電位器另一不動端，58.交流接觸器CJ1的A2線圈，59.交流接觸器CJ1的Al線圈，60.交流接觸器CJ2的14N0常閉觸點，61.交流接觸器CJ2的13N0常閉觸點，62.按鈕開關1號接線端子，63.按鈕開關2號接線端子，64.交流接觸器CJ1的21NC常開觸點，65.交流接觸器CJ1的22NC常開觸點，66.旋鈕開關1號接線端子，67.旋鈕開關2號接線端子，68.交流接觸器CJ2的A2線圈，69.交流接觸器CJ2的Al線圏，70.交流接觸器CJ1的14N0常閉觸點，71.交流接觸器CJ1的13N0常閉觸點，72.旋鈕開關3號接線端子，73.旋鈕開關4號接線端子，74.制動單元正極接線端子，75.制動單元負極接線端子，76.制動單元P接線端子，77.制動電阻接線端子，78.制動單元B接線端子，79.制動電阻另一接線端子，80.2.7K電位器不動端，81.2K電位器帶滑動觸頭端，82.調速裝置，83.制動裝置，84.控制單元。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述參閱圖1至圖10,現有油田磕頭機(抽油機)的控制箱大部分採用交流接觸器直接啟動，這種啟動方式對設備和電網的衝擊很大，而且在設備運行過程中不能根據實際工作狀況來方便地、無級地調整衝次。針對油田工作的需求，智能控制器結合抽油機的運行工況和油井的實際情況，將變頻技術與自動控制相結合，及時地、自動地調整電機的運行速度、加速度、扭矩等參數，實現了大範圍的穩定可靠的無級調速；取得了顯著的節電效果；同時提高電機的效率和生產效率；降低無功功率；能夠實現軟啟動，減少對電網的衝擊和延長了電機的使用壽命。使原有拖動電機在高效、節能狀態進行工作。而且，智能控制器可以筒便而安全的進行調速操作，大大降低了現場操作人員的工作強度，提高了生產效率。電動機Ll接線端子36、電動機L2接線端子37和電動機L3接線端子38分別與交流接觸器CJ2的2/T1主觸點27、交流接觸器CJ2的4/T2主觸點28和交流接觸器CJ2的6/T3主觸點29電線連接，交流接觸器CJ2的1/L1主觸點24、交流接觸器CJ2的3/L2主觸點25和交流接觸器CJ2的5/L3主觸點26分別與空開2號接線端子21、空開4號接線端子22和空開6號接線端子23電線連接，空開1號接線端子18、空開3號接線端子19和空開5號接線端子20(分別)與電源(電網的Ll、L2和L3)電線連接，形成現有油田抽油機的交流接觸器直接啟動電路。將本實用新型所提供的智能控制器並聯在這條直接啟動電路其中，即可解決現有技術所存在的問題，取得有益效果。智能控制器主要由變頻器7、控制單元84、調速裝置82和制動裝置83組成。所述的變頻器7採用的型號為OMRON3G3RV-ZV1—A4075，變頻器R/L1接線端子39、變頻器S/L2接線端子40和變頻器T/L3接線端子41分別與交流接觸器CJ2的1/L1主觸點24、交流接觸器CJ2的3/L2主觸點25、交流接觸器CJ2的5/L3主觸點26電線連接，變頻器U/T1接線端子49、變頻器V/T2接線端子50和變頻器W/T3接線端子51分別與交流接觸器CJ1的1/L1主觸點30、交流接觸器CJ1的3/L2主觸點31和交流接觸器CJ1的5/L3主觸點32電線連接，交流接觸器CJ1的2/T1主觸點33、交流接觸器CJ1的4/T2主觸點34、交流接觸器CJ1的6/T3主觸點35分別與交流接觸器CJ2的2/T1主觸點27、交流接觸器CJ2的4/T2主觸點28、交流接觸器CJ2的6/T3主觸點29電線連接，即變頻器7與交流接觸器CJ2主觸點2成並聯連接。變頻器MC接線端子54與交流電進線Ll連接。所述的控制單元84是由交流接觸器CJ1線圏11、旋鈕開關常開觸點12、交流接觸器CJ2線圈13、交流接觸器CJ2輔助常閉觸點14、交流接觸器CJ1輔助常閉觸點15、交流接觸器CJ1輔助常開觸點16和按鈕開關17組成。交流接觸器CJ1的13N0常閉觸點71、交流接觸器CJ1的22NC常開觸點65和按鈕開關2號接線端子63共同接地。按鈕開關1號接線端子62和交流接觸器CJ1的21NC常開觸點64同與交流接觸器CJ2的13N0常閉觸點61電線連接，交流接觸器CJ2的14N0常閉觸點60與交流接觸器CJ1的Al線圈59電線連接，交流接觸器CJ1的A2線圏58與變頻器MB接線端子52電線連接。控制單元84中的交流接觸器CJ1的14N0常閉觸點70與交流接觸器CJ2的Al線圏69電線連接，交流接觸器CJ2的A2線圈68與旋鈕開關2號接線端子67電線連接，旋鈕開關1號接線端子66與變頻器MA接線端子53電線連接，形成線圈互鎖電路。正常時，由變頻器7、交流接觸器CJ1線圈11、交流接觸器CJ2輔助常閉觸點14、交流接觸器CJ1輔助常開觸點16和按鈕開關17所組成的電路即運行電路起作用。這時交流接觸器CJ2主觸點2斷開，電動機4、交流接觸器CJ2主觸點2、空氣開關1與電源依次串接的電路不通，電源的電流通過空氣開關1(接通狀態)、變頻器7與交流接觸器CJ1主觸點3(接通狀態)輸送給電動機4使其轉動工作。工作過程中我們可以按需要調整衝次的次數，由於變頻器7是先把50HZ的交流電經過整流變換成直流電，再經濾波後將較平滑的直流電逆變成頻率可調的交流電，所以很容易地調整電機的運行速度、加速度、扭矩等參數，實現了大範圍的穩定可靠的無級調速，提高電機的效率和生產效率，降低無功功率。智能控制器出現故障時，由變頻器7、旋鈕開關常開觸點12、交流接觸器CJ2線圏13和交流接觸器CJ1輔助常閉觸點15所組成的電路即故障電路起作用。此時，電源、空氣開關1、變頻器7、交流接觸器CJ1主觸點3與電動機4依次串接的電路斷開。電動機4、交流接觸器CJ2主觸點2(接通狀態)、空氣開關1(接通狀態)與電源依次串接的電路接通，抽油機可以繼續工作，不會因智能控制器出現故障而使抽油機停產。所以線圏互鎖電路即控制單元84使抽油機具有在正常工作狀態下和故障狀態下兩種交替工作的運行方案，保證不會出現停產維修的情況。所述的調速裝置82是由2.7K電位器5與2K電位器6組成。2.7K電位器不動端80與2K電位器帶滑動觸頭端81電線連接，2K電位器不動端55與變頻器+V接線端子42電線連接，2.7K電位器滑動觸頭端56與變頻器Al接線端子(43)電線連接，2.7K電位器另一不動端57與變頻器AC接線端子44電線連接。此調速裝置82可在抽油機工作過程中，調節2.7K可變電位器達到調速的目的。所述的制動裝置83是由制動單元9與制動電阻10組成。制動單元正極接線端子74與變頻器3號正極接線端子47電線連接，制動單元負極接線端子75與變頻器負極接線端子48電線連接，制動單元P接線端子76與制動電阻接線端子77電線連接，制動單元B接線端子78與制動電阻另一接線端子79電線連接。制動裝置83的作用是通過制動單元9的打開和關閉將電動機4產生的再生能量(電流)經過制動電阻10轉化成熱能釋放掉。當抽油機(石盍頭機)的平衡度不高或換向過快時，電動機4有時會由電動狀態變為發電狀態，會產生再生能量，產生的再生能量如果超出直流母線電壓設定值時，會產生變頻器直流母線電壓過高，造成原器件損壞及過電壓報警故障，加入制動單元9和制動電阻10就是解決多餘再生能量的釋放，防止產生變頻器直流母線過電壓報警故障。當電動機4由電動狀態變為發電狀態時，動能(勢能)轉變為電能，返回變頻器直流母線，造成直流母線電壓很高，制動單元9檢測直流母線電壓高於某個設定值時，會將制動電阻10與直流母線間的開關接通，多餘的再生能量通過制動電阻10以熱能的方式釋放掉。為了加強智能控制器的使用功能，在智能控制器中還可增設一個旋鈕開關常開觸點8，旋鈕開關3號接線端子72與變頻器Sl多功能輸入端子45電線連接，旋鈕開關4號接線端子73與變頻器SC多功能輸入端子46電線連4妄。在具體實施方式所述的智能控制器技術方案中變頻器7採用的型號為0MR0N3G3RV-ZV1—A4075,當然，變頻器7還可在型號為0MR0N3G3RV-ZV1—A術5至0MR0N3G3RV-ZV1—A4185或在型號為0MR0N3G3RV-ZV1-B422Q至OMRON3G3RV-ZV1-B4900的範圍中選擇，效果皆為;f艮好。除此以外變頻器7也可採用型號為安川F7,G7系列的或ABS510-S800系列的或交-交的變頻器。為了保證智能控制器的功能在任何工況條件下的發揮，所述的變頻器7、控制單元84、調速裝置82和制動裝置83應安裝在一個控制箱裡，該控制箱屬於戶外安裝型，防護等級為IP54。權利要求1.一種智能控制器，其特徵在於，主要由變頻器(7)、控制單元(84)、調速裝置(82)和制動裝置(83)組成；所述的變頻器(7)採用的型號為OMRON3G3RV-ZV1-A4075至OMRON3G3RV-ZV1-A4185或採用的型號為OMRON3G3RV-ZV1-B4220至OMRON3G3RV-ZV1-B4900，變頻器R/L1接線端子(39)、變頻器S/L2接線端子(40)、變頻器T/L3接線端子(41)分別與交流接觸器CJ2的1/L1主觸點(24)、交流接觸器CJ2的3/L2主觸點(25)、交流接觸器CJ2的5/L3主觸點(26)電線連接，變頻器U/T1接線端子(49)、變頻器V/T2接線端子(50)、變頻器W/T3接線端子(51)分別與交流接觸器CJ1的1/L1主觸點(30)、交流接觸器CJ1的3/L2主觸點(31)、交流接觸器CJ1的5/L3主觸點(32)電線連接，與交流接觸器CJ1主觸點(3)串接的變頻器(7)和交流接觸器CJ2主觸點(2)並聯連接；所述的控制單元(84)主要由交流接觸器CJ1線圈(11)、交流接觸器CJ2線圈(13)組成，其一端接地，另一端與變頻器(7)相應的接線端子電線連接；所述的調速裝置(82)是由2.7K電位器(5)與2K電位器(6)組成，2.7K電位器不動端(80)與2K電位器帶滑動觸頭端(81)電線連接，2.7K電位器(5)與2K電位器(6)的其它接線端分別與變頻器(7)相應的接線端子電線連接；所述的制動裝置(83)是由制動單元(9)與制動電阻(10)組成，制動單元(9)與制動電阻(10)之間是電線連接，制動單元(9)與變頻器(7)相應的接線端子電線連接。2.按照權利要求1所述的智能控制器，其特徵在於，所述的控制單元(84)中交流接觸器CJ1的13N0常閉觸點(71)、交流接觸器CJ1的22NC常開觸點(65)和按鈕開關2號接線端子(63)共同接地；按鈕開關1號接線端子(62)和交流接觸器CJ1的21NC常開觸點(64)同與交流接觸器CJ2的13N0常閉觸點(61)電線連接，交流接觸器CJ2的14N0常閉觸點(60)與交流接觸器CJ1的Al線圏(59)電線連接，交流接觸器CJ1的A2線圈(58)與變頻器MB接線端子(52)電線連接；交流接觸器CJ1的14N0常閉觸點(70)與交流接觸器CJ2的Al線圈(69)電線連接，交流接觸器CJ2的A2線圈(68)與旋鈕開關2號接線端子(67)電線連接，旋鈕開關1號接線端子(66)與變頻器MA接線端子(53)電線連接，形成線圏互鎖電路。3.按照權利要求1所述的智能控制器，其特徵在於，所述的調速裝置(82)中2K電位器不動端(55)與變頻器+V接線端子(42)電線連接，2.7K電位器滑動觸頭端(56)與變頻器Al接線端子(43)電線連接，2.7K電位器另一不動端(57)與變頻器AC接線端子(44)電線連接。4.按照權利要求1所述的智能控制器，其特徵在於，所述的制動裝置(83)中制動單元(9)、制動電阻(10)的連接關係是制動單元正極接線端子(74)與變頻器3號正極接線端子(47)電線連接，制動單元負極接線端子(75)與變頻器負極接線端子(48)電線連接，制動單元P接線端子(76)與制動電阻接線端子(77)電線連接，制動單元B接線端子(78)與制動電阻另一接線端子(79)電線連接。5.按照權利要求1所述的智能控制器，其特徵在於，還包括一個旋鈕開關常開觸點(8),旋鈕開關3號接線端子(72)與變頻器Sl多功能輸入端子(45)電線連接，旋鈕開關4號接線端子(73)與變頻器SC多功能輸入端子(46)電線連接。6.按照權利要求1所述的智能控制器，其特徵在於，所述的變頻器(7)也可採用型號為安川F7,G7系列的或ABS510-S800系列的或交-交的變頻器。7.按照權利要求1所述的智能控制器，其特徵在於，所述的變頻器(7)、控制單元(84)、調速裝置(82)和制動裝置(83)安裝在一個控制箱裡，該控制箱屬於戶外安裝型，防護等級為IP54。專利摘要本實用新型公開了一種用在油田抽油機上的智能控制器。旨在克服抽油機調整衝次困難、耗能過多、啟動衝擊大和對電網影響大等問題。智能控制器由變頻器(7)、調速裝置(82)、制動裝置(83)和控制單元(84)組成。變頻器(7)與交流接觸器CJ2主觸點(2)並聯連接；控制單元(84)一端接地，另一端與變頻器(7)線連接；調速裝置(82)中2.7K電位器不動端(80)與2K電位器帶滑動觸頭端(81)線連接，其它接線端與變頻器(7)線連接；制動裝置(83)是由制動單元(9)與制動電阻(10)組成。制動單元(9)與制動電阻(10)線連接，制動單元(9)與變頻器(7)線連接。其滿足調整衝次、節約能量和軟啟動要求。文檔編號H02P1/30GK201118522SQ200720094528公開日2008年9月17日申請日期2007年11月1日優先權日2007年11月1日發明者張秀清,李天水,海羅,逯殿科申請人:吉林省恒基石油科技有限公司