採油設備的智能保護裝置的製作方法

2023-05-27 22:34:31 1

專利名稱：採油設備的智能保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能保護裝置；特別是涉及一種採油廠的採油設備的智能保護裝置。
背景技術：
採油設備智能保護裝置，結合現場電壓、電流互感器及多種採集儀表，以單片機為控制核心，在保證油井產量的前提下，能及時準確地動態調整井下工作電機的運行狀態、檢測其運行參數，為人們合理的使用採油設備提供重要的參考資料，通過智能保護裝置與預置的標準數據比對，以開關櫃、軟啟動控制櫃、變頻器控制櫃作為控制對象的執行部件，實現油井實時數據的傳輸和故障信息的報警。從而保障井下工作電機的正常穩定運行，最大限度地節約電能，降低機械磨損。目前，採油設備智能保護裝置大多數均從國外進口成套設備，價格昂貴，且一旦智能保護裝置故障，其維護周期長，費用高，給企業帶來維護負擔和巨大的經濟損失，市場迫切需求質優價廉、運行穩定、可靠的採油設備智能保護裝置。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種結構簡單，質優價廉、運行穩定、可靠的採油設備智能保護裝置。本實用新型所採用的技術方案是:一種採油設備的智能保護裝置，包括，觸控螢幕單元、主控板單元、地面扼流單元、執行部件單元、主控板井下輔助單元，所述主控板井下輔助單元通過三相潛油電纜與所述執行部件單元和所述地面扼流單元並聯連接，所述地面扼流單元的三相潛油電纜的星點通過主控板輔助單元與所述主控板單元電連接，所述觸控螢幕單元與所述主控板單元相互電連接，所述主控板單元與所述執行部件單元電連接。所述的主控板井下輔助單元，包括，工作電機和井下檢測單元，所述工作電機的三相潛油電纜的星點與所述井下檢測單元電連接。所述的主控板單元，包括，井上模擬量和數字量的採集與處理模塊:井上電參數模擬與數位訊號採集與輸入；設置與顯示模塊:通過所述觸控螢幕單元完成參數的配置、設置和顯示運行數據、狀態；解調電路模塊:從所述地面扼流單元模擬星點中提取所述井下檢測單元的PWM信號；井上CPU單元:根據採集的模擬量和數字量數據，識別當前採油設備的工作狀態與用戶設定標準控制數據比對，通過所述執行部件單元合理控制井下工作電機，記錄出現的所有設備的運行故障；保護電路模塊:保護所述執行部件單元正常工作；內部通訊模塊:用於智能保護裝置內部的各電路模塊之間的通訊，和智能保護裝置與外部設備之間的通訊；無線通訊模塊:用於遠程監測、設置、啟動、停止和調節所述工作電機的工作頻率；串行接口模塊:採用標準的串口通訊協議與外設數據交換；端子板模塊:電參數的數據採集，控制信號的輸入和輸出接線端子；井上模擬量和數字量的輸出驅動模塊:根據所述井上CPU單元的指令調整所述工作電機的頻率，並發出工作電機的運行/停止，報警信號；電源模塊:為上述各電路模塊提供電力，電源輸出的直流電壓為24V ;所述的井上模擬量和數字量的採集與處理模塊、設置與顯示模塊、保護電路模塊、內部通訊模塊、無線通訊模塊、端子板模塊和串行接口模塊分別與所述的井上CPU單元相互電連接，所述的井上模擬量和數字量的輸出驅動模塊通過所述內部通訊模塊與所述執行部件單元相互電連接。所述的井下檢測單元，包括，井下模擬量和數字量的採集與處理模塊:井下電參數模擬與數位訊號採集與輸入；存儲模塊:用於存儲井下電參數模擬與數位訊號數據；編碼電路模塊:將井下電參數的模擬與數位訊號編碼為PWM信號；所述井下模擬量和數字量的採集與處理模塊分別與所述的存儲模塊和編碼電路模塊電連接，所述編碼電路模塊的輸出，將PWM信號通過所述工作電機的三相潛油電纜的星點傳送給所述的主控板單元。所述井上CPU單元採用集成電路的型號是PCC-100。本實用新型的有益效果是，採用單片機為控制核心的技術方案，及時、準確地動態檢測被測工作電機的運行狀態，通過智能保護裝置與預置的標準數據比對，控制開關櫃、軟啟動控制櫃、變頻器控制櫃等執行部件，實現油井實時數據的傳輸和故障信息的報警，從而，在保證油井產量的前提下，最大限度地節約電能，降低井下設備的機械磨損，保障工作電機正常、穩定地運行。

圖1是本實用新型採油設備的智能保護裝置結構組成示意圖；圖2是本實用新型採油設備的智能保護裝置採油設備智能保護系統在開關控制櫃內接線原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明:如圖1所示，本實用新型採油設備的智能保護裝置，包括，觸控螢幕單元、主控板單元、地面扼流單元、執行部件單元、主控板井下輔助單元，所述主控板井下輔助單元通過三相潛油電纜與所述執行部件單元和所述地面扼流單元並聯連接，所述地面扼流單元的三相潛油電纜的星點通過主控板輔助單元與所述主控板單元電連接，所述觸控螢幕單元與所述主控板單元相互電連接，所述主控板單元與所述執行部件單元電連接。所述的主控板井下輔助單元，包括，工作電機和井下檢測單元，所述工作電機的三相潛油電纜的星點與所述井下檢測單元電連接。所述的主控板單元，包括，井上模擬量和數字量的採集與處理模塊:用於井上電參數模擬與數位訊號採集與輸入，如:電能模塊可實現井下工作電機電力參數的採集，包括三相電壓、電流、有功功率、無功功率，功率因數，今日耗電量、昨日耗電量等；儀表模擬信號輸入將井口原油溫度、壓力、井口套壓、出油管線壓力和溫度壓力等數據採集到採油設備的智能保護系統；對模擬數據進行量化處理為相應的可視化圖形，並按一定的時間間隔存儲。設置與顯示模塊:通過所述觸控螢幕單元完成參數的配置、設置和顯示運行數據、狀態；在現場使用觸控螢幕完成參數的配置、設置過流、過壓、缺相、短路、過載、斷電、密碼錯誤報警等，現場查看採油設備的運行數據、狀態的顯示，示功圖和電流圖的顯示等。[0019]井上CPU單元:根據採集的模擬量和數字量數據，識別當前採油設備的工作狀態與用戶設定標準控制數據比對，按照採油設備的工作原理和油井的變化規律，控制和預測採油設備的動作，採油設備的控制主要包括:空抽控制、時間定點控制、連噴帶抽控制，實現用戶的實際需要設定的控制功能的同時，通過所述執行部件單元合理控制井下工作電機，並記錄出現的所有設備的運行故障；井上CPU單元採用集成電路的型號是PCC-100。解調電路模塊:從所述地面扼流單元模擬星點中提取所述井下檢測單元的PWM(脈寬調製)信號，通過解調電路模塊，對PWM信號進行實時濾波、校正，將PWM信號按照本裝置的數據通信協議轉化成數據，並將數據傳送到井上CPU單元，井上CPU單元以觸控螢幕為顯示終端和數據輸入設備，基於任務優先級對採油設備進行實時控制。井上CPU單元將接收數據在觸控螢幕上顯示，通過觸控螢幕對井上CPU單元進行參數設置及操作，利用存儲模塊(以SD卡為存儲介質)對數據進行存儲。保護電路模塊:保護所述執行部件單元正常工作。內部通訊模塊:用於智能保護裝置內部的各電路模塊之間的通訊，和智能保護裝置與外部設備之間的通訊。無線通訊模塊:用於遠程監測、設置、啟動、停止和調節所述工作電機的工作頻率。具有GPRS DTU等多種遠程通訊設備的選項，根據油田井口的採集需要，可接入無線示功儀、無線油壓、無線套壓、無線溫度等儀表，根據需要同時向上位機發送實時的井下工作電機的工作電壓、工作電流、輸入功率、輸出功率、功率因數、衝次和示功圖等信息和故障信息的主動式報警。串行接口模塊:採用標準的串口通訊協議與外設數據交換；在工作現場使用RS232接口通信的Modbus協議；串行接口模塊分別提供三路對外串行接口，包括，乙太網接口、9針通訊接口和標準的通訊協議接口。通過對外串行接口或9針通訊接口，可以使用筆記本電腦，啟動數據分析軟體，即可實時獲取井下工作電機的各種數據信息，亦可實時採集井下工作電機的示功圖，將數據保存後，就可實現當前井下工作電機數據的報表列印，現場繪製等操作，便於現場數據的分析。端子板模塊:電參數的數據採集，控制信號的輸入和輸出接線端子；井上模擬量和數字量的輸出驅動模塊:根據所述井上CPU單元的指令調整所述工作電機的頻率，並發出工作電機的運行/停止，報警信號。電源模塊:為上述各電路模塊提供電力，電源輸出的直流電壓為24V ;提供各種需要的電壓，可直接入兩線制儀表。井上模擬量和數字量的採集與處理模塊、設置與顯示模塊、保護電路模塊、內部通訊模塊、無線通訊模塊、端子板模塊和串行接口模塊分別與所述的井上CPU單元相互電連接，所述的井上模擬量和數字量的輸出驅動模塊通過所述內部通訊模塊與所述執行部件單元相互電連接。所述的井下檢測單元，包括，井下模擬量和數字量的採集與處理模塊:井下電參數模擬與數位訊號採集與輸入。存儲模塊:用於存儲井下電參數模擬與數位訊號數據。編碼電路模塊:將井下電參數的模擬與數位訊號編碼為PWM(脈寬調製)信號；所述井下模擬量和數字量的採集與處理模塊分別與所述的存儲模塊和編碼電路模塊電連接，所述編碼電路模塊的輸出，將PWM(脈寬調製)信號通過所述工作電機的三相潛油電纜的星點傳送給主控板單元。圖2是本實用新型智能保護裝置採油設備智能保護系統在開關控制櫃內接線原理圖；如圖2所示，圖中詳細給出了多種檢測信號和控制工作電機的接線原理圖。本實用新型可以對油田中的多種油井進行監控和智能保護，例如:1、抽油機油井的監控:在許多油田中抽油機的抽油常用的是人工舉升方式，但是有些抽油設備的抽油能力超過了油層供油能力，這樣就造成了泵抽空現象。出現泵抽空時，遊動凡爾在下衝程時衝擊液面，引起增壓和衝擊波，造成泵、抽油杆和地面抽油設施的損壞。此外，在這種狀態下，生產效率低、能耗大。抽油機監控系統是由變送器、電機控制櫃和本實用新型智能保護系統三部分組成。電機控制櫃用來控制抽油機電機的運行，並將電機的有關數據(如電壓、電流、電功率和運行狀態等)傳送給井場採油設備智能保護系統。抽油機的變送器主要有抽油杆負荷、位置開關(其信號用來構成示功圖)和其它一些參數的變送器，如高/低出油管壓力、盤根洩漏和抽油機振動等信號。抽油杆負荷傳感器可安裝在光杆卡子和載杆之間，也可安裝在遊梁上，傳感器具備溫度補償，最大瞬時載荷為額定載荷的兩倍。井場採油設備智能保護裝置完成數據採集和控制抽油機的工作。它利用由抽油杆負荷與位置開關構成的示功圖，將示功圖數據與操作員輸入的停泵扇形齒輪負荷給定值比較，當前者超過給定值時停泵，按操作員根據油井的具體情況確定的停泵間隔，使油井恢復到一定液位到達操作員給定的停泵間隔時間後，重新啟泵，從而達到抽油機控制的目的。井場採油設備智能保護裝置將採集的數據通過通訊模塊傳送給井上CPU單元，井上CPU單元的操作員根據油田和油井的具體情況，設定停泵值和停泵間隔，並進行數據處理、存儲和抽油機故障診斷。2、潛油電泵油井的監控:電潛泵油井是由電潛泵變速驅動器和電潛泵RTU(遠程終端裝置)組成的。潛油電泵的控制由所選用的電氣控制櫃完成，可進行遠程控制，根據油田的生產要求，將潛油電泵和井下檢測單元下到井底，通過電纜與電潛泵變速驅動器相連，井下檢測單元測量井下參數，根據井下參數來調整制潛油電泵驅動器工作頻率。潛油電泵的數據採集由本實用新型完成，採集的信號有模擬信號、開關信號和脈衝信號。擬信號有井下監測參數、電機頻率、電機電流、驅動器交流電壓、驅動器交流電流、驅動器直流電壓、驅動器直流電流、出油管線壓力和溫度；開關信號有驅動器運行狀態、過載和欠載狀態、冷卻系統狀態；脈衝信號是電功率KWH。這些信號經通過採油設備智能保護裝置的通訊模塊傳至井上CPU單元，對潛油電泵油井進行遠程監控。3、自噴井的監控:自噴井需要採集的數據一般為油壓、套壓、回壓和油溫，如果油嘴採用電動可調油嘴，還要採集油嘴閥位數據，控制油嘴的開度。具備電動可調油嘴的自噴井。所有變送器傳送的信號都是4-20MA的模擬信號，這些信號都傳送到油井採油設備智能保護系統，通過這些數據(如油壓、回壓和油嘴直徑)和油井測試系統，可估算出油井的產量，為油田的配產提供參考數據。[0042]電動可調油嘴接收從油井採油設備智能保護系統下傳的模擬信號，控制可調油嘴的開度，從而控制油井的原油產量。油井的採油設備智能保護裝置通過通訊模塊與井上CPU單元進行數據傳輸，把油井的實時數據傳輸給井上CPU單元，並進行數據運算、處理、存儲、趨勢顯示和列印報表等功能。井上CPU單元根據油田生產的需要和油田優化系統的要求，發出控制命令給RTU (遠程終端裝置)控制油嘴的開度，從而控制油田的產量。4、氣舉井的監控:氣舉井是在油田的開發中期採用的一種開採、方式，它與自噴井不同之處是增加了注氣舉氣控制。氣舉井與自噴井不同之處是在套管部分加入氣舉氣，並測量氣舉氣的壓力、溫度和流量，除此之外，在氣舉氣入口處還有氣舉氣流量控制，該流量控制是通過一個電動調節閥由採油設備智能保護裝置控制的。如井場儀表氣源方便的話，流量控制閥也可採用氣動控制閥。所有變送器的信號均通過採油設備智能保護裝置傳送到井上CPU單元，在井上CPU單元的操作站，通過氣舉優化軟體的運算，發出指令改變電動可調油嘴和氣舉氣控制閥的開度，從而優化控制油田的生產。5、油井的開關和安全保護:由於工藝過程可能發生意外事故(如管道堵塞、破裂和油處理系統故障等)、或由於生產要求，需要對油井進行遠程開關和安全保護。油井的遠程開關系統是由油井的井下安全閥和地面安全閥、油井地面安全控制系統和井場採油設備智能保護裝置組成。採油樹有兩個安全閥，地面安全閥和井下安全閥。安全閥由液壓驅動，由三通電磁閥控制。地面安全閥的控制有就地控制、安全保護和遠程控制。井下安全閥有安全保護和就地控制，也可進行遠程關井。就地控制通過開關井下安全閥和地面安全閥的方式就地開關來完成；安全保護控制信號有兩種，一是為防止管線破裂和堵塞，來自壓力變送器的信號，當壓力變化較小達到關閉地面安全閥的設定值時，壓力開關PS動作，關閉地面安全閥，二是來自井場的火焰信號，當井場出現火災時，由火焰探測器發出信號，關閉地面和井下安全閥；油井的遠程開關信號由油田自動化系統的ESD系統(緊急關斷系統)和控制中心的操作員發出，通過通訊模塊傳送至採油設備智能保護裝置，由採油設備智能保護裝置給地面安全控制系統發出信號，控制地面安全閥的開關。油井的開關和安全保護並不是獨立的，它與整個油田的安全保護系統和緊急關斷系統是密切相連的。當聯合站油氣處理系統、原油外輸系統和輸油管線出現故障時，井上CPU單元向油井發出關井信號，有順序的關閉部分或全部油井。本實用新型採用單片機為控制核心的技術方案，及時、準確地動態檢測被測工作電機的運行狀態，通過智能保護裝置與預置的標準數據比對，控制開關櫃、軟啟動控制櫃、變頻器控制櫃等執行部件，實現油井實時數據的傳輸和故障信息的報警，從而，在保證油井產量的前提下，最大限度地節約電能，降低井下設備的機械磨損，保障工作電機正常、穩定地運行。採油設備智能保護系統可以實現採油設備電機狀態監視；過載保護、過載速斷保護；過載反時限保護；欠載保護、延時欠載保護；電流不平衡保護；欠壓保護和延時欠壓保護；過壓保護和延時過壓保護；負序過壓保護；電壓不平衡保護；本體I保護和本體2保護；直流電壓保護和直流電流保護PT斷線監視和CT斷線監視；延時自動啟機、手動啟機；運行交流數據記憶存儲；遙測等功能。
權利要求1.一種採油設備的智能保護裝置，其特徵在於，包括，觸控螢幕單元、主控板單元、地面扼流單元、執行部件單元、主控板井下輔助單元；所述主控板井下輔助單元通過三相潛油電纜與所述執行部件單元和所述地面扼流單元並聯連接，所述地面扼流單元的三相潛油電纜的星點通過主控板輔助單元與所述主控板單元電連接，所述觸控螢幕單元與所述主控板單元相互電連接，所述主控板單元與所述執行部件單元電連接。
2.根據權利要求1所述的一種採油設備的智能保護裝置，其特徵在於，所述的主控板井下輔助單元，包括，工作電機和井下檢測單元，所述工作電機的三相潛油電纜的星點與所述井下檢測單元電連接。
3.根據權利要求1所述的一種採油設備的智能保護裝置，其特徵在於，所述的主控板單元，包括， 井上模擬量和數字量的採集與處理模塊:井上電參數模擬與數位訊號採集與輸入；設置與顯示模塊:通過所述觸控螢幕單元完成參數的配置、設置和顯示運行數據、狀態；解調電路模塊:從所述地面扼流單元模擬星點中提取所述井下檢測單元的PWM信號；井上CPU單元:根據採集的模擬量和數字量數據，識別當前採油設備的工作狀態與用戶設定標準控制數據比對，通過所述執行部件單元合理控制井下工作電機，記錄出現的所有設備的運行故障； 保護電路模塊:保護所述執行部件單元正常工作； 內部通訊模塊:用於智能保護裝置內部的各電路模塊之間的通訊，和智能保護裝置與外部設備之間的通訊； 無線通訊模塊:用於遠程監測、設置、啟動、停止和調節所述工作電機的工作頻率； 串行接口模塊:採用標準的串口通訊協議與外設數據交換； 端子板模塊:電參數的數據採集，控制信號的輸入和輸出接線端子； 井上模擬量和數字量的輸出驅動模塊:根據所述井上CPU單元的指令調整所述工作電機的頻率，並發出工作電機的運行/停止，報警信號； 電源模塊:為上述各電路模塊提供電力，電源輸出的直流電壓為24V ； 所述的井上模擬量和數字量的採集與處理模塊、設置與顯示模塊、保護電路模塊、內部通訊模塊、無線通訊模塊、端子板模塊和串行接口模塊分別與所述的井上CPU單元相互電連接，所述的井上模擬量和數字量的輸出驅動模塊通過所述內部通訊模塊與所述執行部件單元相互電連接。
4.根據權利要求2所述的一種採油設備的智能保護裝置，其特徵在於，所述的井下檢測單元，包括， 井下模擬量和數字量的採集與處理模塊:井下電參數模擬與數位訊號採集與輸入； 存儲模塊:用於存儲井下電參數模擬與數位訊號數據； 編碼電路模塊:將井下電參數的模擬與數位訊號編碼為PWM信號； 所述井下模擬量和數字量的採集與處理模塊分別與所述的存儲模塊和編碼電路模塊電連接，所述編碼電路模塊的輸出，將PWM信號通過所述工作電機的三相潛油電纜的星點傳送給所述的主控板單元。
5.根據權利要求3所述的一種採油設備的智能保護裝置，其特徵在於，所述井上CPU單元採用集成電路的型號是PCC-1OO。
專利摘要本實用新型公開一種採油設備的智能保護裝置，包括，觸控螢幕單元、主控板單元、地面扼流單元、執行部件單元、主控板井下輔助單元；主控板井下輔助單元通過三相潛油電纜與執行部件單元和地面扼流單元並聯連接，地面扼流單元的三相潛油電纜的星點通過主控板輔助單元與主控板單元電連接，觸控螢幕單元與主控板單元相互電連接，主控板單元與執行部件單元電連接。有益效果是，由於採用單片機為控制核心，能及時、準確、動態檢測被測工作電機的運行狀態，通過智能保護裝置與預置的標準數據比對，控制開關櫃、軟啟動控制櫃、變頻器控制櫃等執行部件，實現油井實時數據的傳輸和故障信息報警，降低井下設備的機械磨損，保障工作電機正常、穩定地運行。
文檔編號G05B19/048GK203164663SQ20132005399
公開日2013年8月28日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者梁建奎, 尹漢斌 申請人:天津領航電氣製造有限公司