無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置的製作方法

2023-10-22 23:44:07

專利名稱：無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無遊梁抽油機的電氣控制裝置。
背景技術：
抽油機的種類非常繁多，遊梁式抽油機以結構簡單、使用維護簡便、宜於在全天候狀態下工作等優點而被廣泛應用。但常規遊梁式抽油機衝程短、能耗大、機型陳舊，不能適應油井深抽工藝的需要，已成為困擾油田生產及增效節支的一大問題。無遊梁長衝程抽油機克服了常規遊梁式抽油機和鏈條式抽油機衝程長度調節範圍過小或不能調節、調整參數不方便等問題，具有長衝程、大載荷的特點，是抽油機發展的趨勢。但是無遊梁抽油機大多數採用機械換向方式，即通過複雜的機械方式使抽油機懸點上下往復運動。這種方式結構複雜，機械結構容易損壞，無法調節衝程或調節範圍小。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置，以克服現有的採用機械換向方式的無遊梁抽油機結構複雜，機械結構容易損壞，無法調節衝程或調節範圍小的缺陷。它包括電動機1，它還包括可編程邏輯控制器2和變頻器3，可編程邏輯控制器2的輸出端連接到變頻器3的輸入端以完成對變頻器3輸出頻率和相序的控制，變頻器3的反饋輸出端連接到可編程邏輯控制器2的模擬量輸入端以反饋變頻器的頻率和電流，變頻器3的電力輸出端連接到電動機1的電源端以控制電動機1的旋轉方向和轉速。本實用新型工作時，可編程邏輯控制器2中的程序控制單元控制抽油機按照特定的運動曲線完成上、下衝程。由於通過可編程邏輯控制器2中的程序來自動控制電動機1的正、反轉旋轉及加速、減速，沒有使用機械換向機構，克服了機械換向方式結構複雜，機械結構容易損壞的缺陷，實現了無衝擊換向；另外通過對可編程邏輯控制器2中程序的參數進行修改，能夠很方便的根據現場情況更改抽油機的衝程、單位時間內的衝程次數以及上/下衝程速度比。應用本實用新型的無遊梁長衝程變頻控制抽油機具有衝程長，無機械換向機構、無衝擊換向，衝程、衝次、上下行程速比可調，節能，承載荷大和適應性強、可靠性高等優點。


圖1是本實用新型的結構示意圖，圖2是本實用新型的電路結構示意圖，圖3本實用新型電動機1的轉速變化示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式由可編程邏輯控制器2、變頻器3和電動機1組成，可編程邏輯控制器2的輸出端連接到變頻器3的輸入端以完成對變頻器3輸出頻率和相序的控制，變頻器3的反饋輸出端連接到可編程邏輯控制器2的模擬量輸入端以反饋變頻器的頻率和電流，變頻器3的電力輸出端連接到電動機1的電源端以使可編程邏輯控制器2內的程序通過變頻器3實現對電動機1旋轉速度和方向的控制，程序包括正向加速控制單元2-1，以通過變頻器3控制電動機1從初始位置按照指定的加速度運行到正向勻速位置；正向勻速控制單元2-2，以通過變頻器3控制電動機1從正向勻速位置按照指定的速度勻速運行至正向減速位置；正向減速控制單元2-3，以通過變頻器3控制電動機1從正向減速位置按照指定的加速度減速運行至電動機1速度瞬間為零；反向加速控制單元2-4，以通過變頻器3控制電動機1從零速度按照指定的加速度運行到反向勻速位置；反向勻速控制單元2-5，以通過變頻器3控制電動機1從正向勻速位置按照指定的速度勻速運行至反向減速位置；反向減速控制單元2-6，以通過變頻器3控制電動機1從反向減速位置按照指定的加速度減速運行至初始位置，並使電機速度瞬間為零。
它還包括位置開關4，程序還包括衝程初始位置定位單元2-8，位置開關4連接在可編程邏輯控制器2的輸入端，用於保證抽油機每個衝程循環的開始位置都在位置開關4所設置的位置。
它還包括人機接口5，人機接口5與可編程邏輯控制器2的通信口相連，給定可編程邏輯控制器2的各種運行參數，並可以方便地修改抽油機運行的參數，並通過人機接口5顯示故障診斷信息。如此設置，根據油井的實際情況，通過現場設定的抽油機運行參數(包括衝程、衝次、速比等參數)計算出懸點的運動軌跡從而得出電動機1的運動曲線，並通過PLC的模擬量輸出埠的輸出實時控制變頻器頻率，從而讓懸點按照要求的速度運動模式運轉。電動機1帶動抽油杆，使抽油杆在衝程範圍內按照一定的衝次及上下運動速比運行，達到高效抽油的目的。本控制系統可以根據現場情況隨時調節抽油機的運行參數，衝程、衝次、上下衝程時間在額定範圍內連續可調，實現上慢下快或上快下慢的懸點運動速度控制模式。
具體實施方式
二下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括接觸器J1、斷路器D1、下行程開關K1、上行程開關K2、正向點動按鈕K3、反向點動按鈕K4、停止按鈕K5、啟動按鈕K6、上電自檢按鈕K7、電動機剎車電磁線圈Q和能耗電阻R，可編程邏輯控制器2選用羅克韋爾自動化公司的MicroLogix1000微型可編程控制器，變頻器3的型號為西門子MicroMaster440，變頻器3的腳L1、腳L2和腳L3分別連接在接觸器J1的三相輸出端上，接觸器J1的三相輸入端分別連接在斷路器D1的三相輸出端上，變頻器3的腳DAC2-和腳DAC2+分別連接可編程邏輯控制器2的腳A3-和腳A3以實現電流反饋，變頻器3的腳DAC1-和腳DAC1+分別連接可編程邏輯控制器2的腳A2-和腳A2以實現頻率反饋，變頻器3的腳DO1/NO連接可編程邏輯控制器2的腳11以實現變頻器故障反饋，可編程邏輯控制器2的腳10連接到位置開關4的輸出端上，可編程邏輯控制器2的腳9連接到下行程開關K1的輸出端，下行程開關K1的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳8連接到上行程開關K2的輸出端上，上行程開關K2的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳7連接到正向點動按鈕K3的輸出端，正向點動按鈕K3的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳6連接到反向點動按鈕K4的輸出端，反向點動按鈕K4的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳5連接到停止按鈕K5的輸出端，停止按鈕K5的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳4連接到啟動按鈕K6的輸出端，啟動按鈕K6的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳3連接到上電自檢按鈕K7的輸出端，上電自檢按鈕K7的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器2的腳OA-和腳V+分別連接變頻器3的腳ADC1-和腳ADC1+以控制變頻器3的輸出頻率，可編程邏輯控制器2的腳O/7連接變頻器3的腳DIN4以輸出反向點動信號，可編程邏輯控制器2的腳O/6連接變頻器3的腳DIN3以輸出正向點動信號，可編程邏輯控制器2的腳O/5連接變頻器3的腳DIN2以輸出使變頻器3反向啟動的信號，可編程邏輯控制器2的腳O/4連接變頻器3的腳DIN1以輸出使變頻器3正向啟動的信號，可編程邏輯控制器2的腳O/2連接電動機剎車電磁線圈Q的一端，電動機剎車電磁線圈Q的另一端連接24伏低電平，變頻器3的腳U、腳V和腳W分別連接電動機的三相接線端，變頻器3的腳B+通過能耗電阻R連接變頻器3的腳B-。工作時，380伏交流電輸入經過斷路器D1、接觸器J1輸入給變頻器3，可編程邏輯控制器2根據控制過程需要，控制變頻器3的正向啟動、反向啟動動作，並根據計算出的運行曲線，計算出變頻器3的輸出頻率，通過模擬量輸出控制變頻器3的輸出頻率，實時控制電動機1的轉速，在一個衝程循環中實現加速、勻速、減速、靜止平穩換向，加速、勻速、減速、平穩換向的平滑曲線運行。
它還包括編碼器6，編碼器6的輸出端A連接可編程邏輯控制器2的腳1，編碼器6的輸出端B連接可編程邏輯控制器2的腳0，編碼器6採集電動機轉速信息，構成閉環控制系統，以PID調節使系統達到控制精度要求。電動機1的轉速變化如圖3所示。由於過衝程故障會造成損壞抽油機機械結構或損害油井、抽油杆等極其嚴重的後果，因此必須有可靠的保護措施，在最大行程的兩端安裝下行程開關K1、上行程開關K2，一旦開關觸發就停止變頻器，剎車抱閘，並給出報警信號和故障診斷信息。
具體實施方式
三下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一或二的不同點是可編程邏輯控制器2的邏輯控制單元還包括智能控制診斷單元2-7，以實現對下行程開關K1、上行程開關K2、位置開關4、編碼器6是否正常工作的檢測。如此設置，系統長時間停機後可以按下自檢按鈕對系統的傳感器進行檢測，沒有出現報警時允許運行系統。在系統運行時不斷對關鍵的傳感器進行檢測，一旦傳感器出現故障則停止系統，並給出報警信號。
智能控制診斷單元2-7利用編碼器計算行程，進行衝程的2級保護，並根據編碼器6的反饋信號計算出轉速，與理論轉速相比，從而判斷斷杆和斷帶故障，進行保護，並給出報警信號和故障診斷信息。油井的負載時常會發生波動，這種負載波動可能造成電動機瞬間過電流，為了避免過電流保護誤動作，在智能控制診斷單元2-7中加入了瞬間過電流抑制功能，並通過比較上衝程和下衝程的電流，計算配重和載荷的差。配重不合適的情況下會造成能源的浪費，並且造成較大的機械磨損。如果不平衡則發出警報，提示工作人員注意，嚴重時停機，以防止電動機過載及機械磨損。通過點動控制功能可以將抽油機的抽油杆和配重停放到指定位置，並可以在井上作業時直接提升配重。智能控制診斷單元2-7還能對非正常的停機進行故障診斷並給出故障排查指示。
權利要求1.無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置，它包括電動機(1)，其特徵在於它還包括可編程邏輯控制器(2)和變頻器(3)，可編程邏輯控制器(2)的輸出端連接到變頻器(3)的輸入端以完成對變頻器(3)輸出頻率和相序的控制，變頻器(3)的反饋輸出端連接到可編程邏輯控制器(2)的模擬量輸入端以反饋變頻器的頻率和電流，變頻器(3)的電力輸出端連接到電動機(1)的電源端以控制電動機(1)的旋轉方向和轉速。
2.根據權利要求1所述的無遊梁長衝程抽油機的變頻控制系統，其特徵在於它還包括位置開關(4)，位置開關(4)連接在可編程邏輯控制器(2)的輸入端。
3.根據權利要求1所述的無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置，其特徵在於它還包括人機接口(5)，人機接口(5)與可編程邏輯控制器(2)的通信口相連。
4.根據權利要求1所述的無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置，其特徵在於它還包括編碼器(6)，編碼器(6)的輸出端連接可編程邏輯控制器(2)的輸入端。
5.根據權利要求1或2所述的無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置，其特徵在於它還包括接觸器(J1)、斷路器(D1)、下行程開關(K1)、上行程開關(K2)、正向點動按鈕(K3)、反向點動按鈕(K4)、停止按鈕(K5)、啟動按鈕(K6)、上電自檢按鈕(K7)、電動機剎車電磁線圈(Q)和能耗電阻(R)，變頻器(3)的腳L1、腳L2和腳L3分別連接在接觸器(J1)的三相輸出端上，接觸器(J1)的三相輸入端分別連接在斷路器(D1)的三相輸出端上，變頻器(3)的腳DAC2-和腳DAC2+分別連接可編程邏輯控制器(2)的腳A3-和腳A3以實現電流反饋，變頻器(3)的腳DAC1-和腳DAC1+分別連接可編程邏輯控制器(2)的腳A2-和腳A2以實現頻率反饋，變頻器(3)的腳DO1/NO連接可編程邏輯控制器(2)的腳11以實現變頻器故障反饋，可編程邏輯控制器(2)的腳10連接到位置開關(4)的輸出端上，可編程邏輯控制器(2)的腳9連接到下行程開關(K1)的輸出端，下行程開關(K1)的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器(2)的腳8連接到上行程開關(K2)的輸出端上，上行程開關(K2)的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器(2)的腳7連接正向點動按鈕(K3)的輸出端，正向點動按鈕(K3)的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器(2)的腳6連接到反向點動按鈕(K4)的輸出端，反向點動按鈕(K4)的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器(2)的腳5連接停止按鈕(K5)的輸出端，停止按鈕(K5)的輸入端連接24伏高電平；可編程邏輯控制器(2)的腳4連接到啟動按鈕(K6)的輸出端，啟動按鈕(K6)的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器(2)的腳3連接到上電自檢按鈕(K7)的輸出端，上電自檢按鈕(K7)的輸入端連接24伏高電平，可編程邏輯控制器(2)的腳OA-和腳V+分別連接變頻器(3)的腳ADC1-和腳ADC1+以控制變頻器(3)的輸出頻率，可編程邏輯控制器(2)的腳0/7連接變頻器(3)的腳DIN4以輸出反向點動信號，可編程邏輯控制器2的腳0/6連接變頻器3的腳DIN3以輸出正向點動信號，可編程邏輯控制器(2)的腳0/5連接變頻器(3)的腳DIN2以輸出使變頻器(3)反向啟動的信號，可編程邏輯控制器(2)的腳0/4連接變頻器(3)的腳DIN1以輸出使變頻器(3)正向啟動的信號，可編程邏輯控制器(2)的腳0/2連接電動機剎車電磁線圈(Q)的一端，電動機剎車電磁線圈(Q)的另一端連接24伏低電平，變頻器(3)的腳U、腳V和腳W分別連接電動機的三相接線端，變頻器(3)的腳B+通過能耗電阻R連接變頻器(3)的腳B-。
專利摘要無遊梁長衝程抽油機的變頻控制裝置，本實用新型涉及一種無遊梁抽油機的電氣控制裝置。它克服了現有的抽油機所採用的機械換向方式結構複雜，機械結構容易損壞，無法調節衝程或調節範圍小的缺陷。它包括電動機(1)，它還包括可編程邏輯控制器(2)和變頻器(3)，(2)的輸出端連接(3)的輸入端以完成對(3)輸出頻率和相序的控制，(3)的輸出端連接(1)的電源端以控制(1)輸出軸的旋轉速度和方向。由於通過可編程邏輯控制器(2)中的程序來自動控制電動機(1)的正、反轉旋轉及加速、減速，沒有使用機械換向機構，克服了機械換向方式結構複雜，機械結構容易損壞的缺陷，實現了無衝擊換向。
文檔編號H02P1/26GK2922275SQ200620020729
公開日2007年7月11日 申請日期2006年4月30日 優先權日2006年4月30日
發明者林景波, 翟國富, 葉雪榮, 梁慧敏, 王世成, 餘鐵輝, 周學, 餘瓊 申請人:林景波