可攜式抽油機工況分析儀的製作方法
2023-07-17 20:07:06
可攜式抽油機工況分析儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型的可攜式抽油機工況分析儀，涉及一種測量分析儀，是由CPU執行模塊、電壓採集模塊、電流採集模塊、鍵盤控制模塊、數據存儲模塊和電源模塊構成，所述的CPU執行模塊分別與電壓採集模塊、電流採集模塊、鍵盤控制模塊、數據存儲模塊和電源模塊電路連接，CPU執行模塊還連接了串口顯示終端和USB串口通信模塊，電壓採集模塊與電壓互感器電路連接，電流採集模塊與電流互感器電路連接。本實用新型能以數字及波形的形式實時顯示出抽油機電機的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數等參數，工作人員可通過各項數據，並對抽油機的進行相應的調整，提高抽油機的工作效率，進而達到改善電網、節約能源的目的。
【專利說明】可攜式抽油機工況分析儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及測量分析儀，尤其涉及一種可攜式抽油機工況分析儀。
【背景技術】
[0002]目前我國油田對遊梁式抽油機的應用數量巨大，但其工作效率較低，使用成本高，如在開採油的成本中，抽油機耗電費佔30%左右。而目前國內使用抽油系統的總效率一般地區平均只有12%?23%，先進地區的抽油機系統的總效率也不會超過30%，而國外的一些國家常規抽油機的效率可以達到46%。儘管現在我國已經研製出一些效率較高的抽油機，但更換效率較高的抽油機，不但更換成本高，而且短期內難以見效，因而各大油田大都沒有採取更換高效率抽油機，而是採用對常規遊梁式抽油機進行技術改造來提升抽油機的工作效率。事實上，造成抽油機總的效率低下與其自身的結構參數和工作狀況有關。抽油機的工作效率能通過自身的結構參數和工作狀況反應出來。例如，抽油機在採油的過程中，由於電機啟動負載大且地下油藏的出液量也不是十分的穩定，一晝夜的液位變化比較大，工作電機的負載也是不完全穩定的；一般抽油機啟動的位置都是在下死點，啟動時需要較大的功率，為了能夠順利的生產，就必須配備大負載的電動機，然而電動機在正常運行時的負載一般只是額定功率的19%?29%，這也就導致抽油機的驅動電動機時常運行在「大馬拉小車」的工作狀態，這些都會使抽油機的電動機的效率和功率因數明顯下降。此外，遊梁式抽油機在完成一個周期抽油的過程中，上衝程的負荷和下衝程的負荷也是不平衡的，而且差別還很大，為了緩和這種不平衡的狀態，遊梁式抽油機都配有平衡塊，儘管如此，由於平衡塊的配重是固定的，而油井的工作狀況是變化的，再加上平衡塊機構的機械調整很容易受到現場一些條件的限制，使抽油機不可能完全的處於平衡狀態，這時抽油機的電機能耗消耗是非常大的。
[0003]抽油機的能耗主要是通過電動機功率的消耗來體現的，而上述這些情況都會使抽油機的電機電流出現不平衡和假平衡狀態，若不對抽油機的工況，也就是電流、電壓、功率、功率因數等參數進行監測，操作人員則無法對抽油機進行相應的調整，進而導致抽油機的效率低下。
【發明內容】
[0004]本實用新型對於上述現有技術的不足，提供了一種可攜式抽油機工況分析儀。
[0005]本實用新型的可攜式抽油機工況分析儀，是由CPU執行模塊、電壓採集模塊、電流採集模塊、鍵盤控制模塊、數據存儲模塊和電源模塊構成，所述的CPU執行模塊分別與電壓採集模塊、電流採集模塊、鍵盤控制模塊、數據存儲模塊和電源模塊電路連接，CPU執行模塊還連接了串口顯示終端和USB串口通信模塊，電壓採集模塊與電壓互感器電路連接，電流採集模塊與電流互感器電路連接。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，所述的電壓互感器為夾式電壓互感器、電流互感器為鉗型電流互感器。
[0007]本實用新型的可攜式抽油機工況分析儀，其體積小、重量輕、易於攜帶，可使用中文菜單及提示，以數字及波形的形式實時顯示出抽油機電機的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數等參數，數據存儲容量大，通過時間和井號的檢索可以查看歷史採集數據，因此工作人員在日常巡檢時，可以實時監測抽油機的各項數據，並對抽油機的進行相應的調整，提高抽油機的工作效率，進而達到改善電網、節約能源的目的。同時，本實用新型構思新穎，設計合理，現場操作簡單，降低了油田工作人員的勞動強度，便於推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型結構原理圖；
[0009]圖2是本實用新型中CPU執行模塊電路圖；
[0010]圖3是本實用新型電壓電流採集轉換電路圖；
[0011]圖4是本實用新型電源電路圖；
[0012]圖5是本實用新型時鐘電路圖；
[0013]圖6是本實用新型鍵盤控制電路圖；
[0014]圖7是本實用新型USB串口通信電路圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，本實用新型的可攜式抽油機工況分析儀，是由CPU執行模塊1、電壓採集模塊2、電流採集模塊3、鍵盤控制模塊4、數據存儲模塊5和電源模塊10構成，所述的CPU執行模塊I分別與電壓採集模塊2、電流採集模塊3、鍵盤控制模塊4、數據存儲模塊5和電源模塊10電路連接，CPU執行模塊I還連接了串口顯示終端6和USB串口通信模塊7，電壓採集模塊2與電壓互感器8電路連接，電流採集模塊3與電流互感器9電路連接。所述電壓互感器8為夾式電壓互感器、電流互感器9為鉗型電流互感器。
[0016]其中，CPU執行模塊1，用於掃描鍵盤、數據保存、上傳數據，並利用電壓採集模塊和電流採集模塊採集的數據，計算出抽油機整個衝程內電機的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數等參數，通過串口顯示終端將數值和曲線的形式顯示出來；電壓採集模塊2和電流採集模塊3，用於採集抽油機電機的電流和電壓參數，並將採集結果發送給CPU執行模塊；鍵盤控制模塊4，用於控制可攜式儀表鍵盤的操作，並採用中斷的方式來實現按鍵的設定和數據的採集；數據存儲模塊5，用於保存每次採集的數據，方便以後查閱使用；串口顯示終端，用於CPU執行模塊運算處理後數據曲線和數值的顯示；USB串口通信模塊7，用於將所述採集到的數據上傳到計算機，進行數據的分析處理和存檔；電壓互感器8為夾式電壓互感器，電流傳互器9為鉗型電流互感器。
[0017]如圖2所示的本實用新型的CPU執行模塊單片機接口電路，該系統單片機採用STC12C5A32S2晶片，除單片機復位引腳和晶振連接引腳外，其中P1.1-P1.4和P3.2引腳連接電壓和電流模塊的數據輸入輸出和控制引腳，用來接收來自電壓和電流互感器的信號；P3.4和P3.5引腳連接時鐘模塊信號引腳，單片機通過讀取該模塊的信號可以顯示出當前的時間；P4.1和P4.6引腳連接數據存儲模塊的控制引腳，可對採集的數據進行存儲；P2.5-P2.6和Pl.0引腳連接鍵盤的輸入和控制引腳，單片機通過該模塊響應來鍵盤的輸入；P3.0和P3.1引腳連接USB轉串口模塊的發射和接收引腳；P1.5和Pl.6引腳連接的是串口顯示終端的復位引腳和忙信號檢測引腳，用來復位和檢測串口顯示終端是否處於空閒狀態；P4.2和P4.3引腳為串口顯示終端的輸入和輸出引腳，通過這兩個引腳就可以把採集到的抽油機電機的電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因數的數值和曲線實時地顯示到屏幕上。
[0018]如圖3所示的本實用新型的電壓電流採集轉換電路，其電壓信號來自於電壓互感器，電流信號來自於電流互感器，通過帶有SPI通訊接口的電量採集晶片SA9904處理成單片機可以運算的數位訊號，單片機通過自身的SPI接口就可以進行快速的數據交換，從而實現數據的採集與處理。
[0019]如圖4所示的本實用新型的電源電路，為滿足各個模塊的電源的要求，本儀器選用了 78L05穩壓晶片來輸出穩定5V的電壓給單片機和其它採集模塊供電，由於考慮到野外現場取電的不方便性，該儀器還配有鋰電池供電，內置一個鋰電池3.6V到5V升壓模塊和一塊大容量鋰電池。
[0020]如圖5所示的本實用新型的時鐘電路，當該儀器剛通電的時候，儀器的時鐘是處於程序默認是時間的，需要手動調整到當前的時間，時鐘電路使用的是DS1302晶片，只有三個引腳與單片機連接。主控單元模塊通過對時鐘電路信號的讀取和寫入即可完成儀表的時間顯示和修改。
[0021]如圖6所示的本實用新型的鍵盤控制電路採用ZLG7289晶片，採用中斷方式進行按鍵控制，這樣節省單片機的I/o 口。為了使電源更加穩定，在Vcc到GND之間接入47uF的電解電容EC4，晶振X5取16MHz，調節電容C38和C39選取10pF。復位信號是低電平有效，選擇外接簡單的RC復位電路的方法進行復位。ZLG7289晶片與單片機的接口採用3線制SPI串行總線，由CS、CLK和D1這3根信號線組成，KCS和SCLK是輸入信號，由單片機提供。SDI信號是雙向的，必須接到單片機STC12C5A32S2上具有雙向功能的I/O上，從而實現對鍵盤的控制。
[0022]如圖7所示的本實用新型的USB串口通信電路採用PL2303晶片，PL2303的I和4引腳是串口的發射和接收引腳、連接著單片機的接收和發射引腳實現數據的發送與接收，15和16引腳連接計算的USB接口時鐘信號弓I腳和數據輸入輸出引腳，通過USB轉串口電路就可以把儀表採集到的數據上傳到計算機，進行數據分析和存檔。
【權利要求】
1.可攜式抽油機工況分析儀，是由CPU執行模塊(1)、電壓採集模塊(2)、電流採集模塊(3 )、鍵盤控制模塊(4 )、數據存儲模塊(5 )和電源模塊(10 )構成，其特徵在於所述的CPU執行模塊(1)分別與電壓採集模塊(2)、電流採集模塊(3)、鍵盤控制模塊(4)、數據存儲模塊(5 )和電源模塊(10 )電路連接，CPU執行模塊(1)還連接了串口顯示終端(6 )和USB串口通信模塊(7 )，電壓採集模塊(2 )與電壓互感器(8 )電路連接，電流採集模塊(3 )與電流互感器(9)電路連接。
2.如權利要求1所述的可攜式抽油機工況分析儀，其特徵在於所述電壓互感器(8)為夾式電壓互感器、電流互感器(9)為鉗型電流互感器。
【文檔編號】E21B47/008GK204140055SQ201420605114
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】郭向東, 侯士波, 林雨晴, 張錦鴻, 趙旭, 劉冬洋 申請人:東北石油大學