CN1162608C - 油田抽油机的智能驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种油田抽油机的智能驱动装置，涉及石油生产装置。，它由三相主回路及其控制回路构成。主回路上串联着断路器一、断路器二、电源滤波器、交流电抗器和交流伺服控制器。位置传感器位于电机轴上。控制回路由转换开关、控制变压器、控制计算机组成。交流伺服控制器两端可各连接着一个交流接触器一的常开触头组，转换开关上还连接着切换装置。主回路还可并连软启动控制器，其两端各连接一个交流接触器二的常开触头组；还可并连交流接触器三的常开触头组。转换开关还连接交流接触器一、二或三的线圈的切换装置。它可用三种回路驱动抽油机电机，功率因数高，节约电能，油井产量高，抽油机的磨损较轻、使用寿命长。它可广泛用于油田抽油机中。
Description
技术领域
本发明涉及石油生产机电装置技术领域，更明确地说是一种可以依据设定的程序，对抽油机的工作进行实时的逻辑控制，或对抽油机进行网络控制的用于油田抽油机的智能驱动装置。
背景技术
众所周知，油层地质状况是十分复杂的，油井的充液状况也是受到多种因素影响而不断变化的，因此抽油机的工作速率应该能够随时随地作出相应的改变，同时，抽油机的平衡块也要相应调整其位置。然而目前绝大多数油井所广泛采用的驱动装置，系采用工频电源直接驱动电机，抽油机的工作速率是固定的，无法跟随油层的地质状况的变化作出相应的改变，其结果是：电机功率因数低，电能浪费大，油井产量低且抽油机的磨损严重。
发明内容
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种可以依据设定的程序，对抽油机的工作进行实时的逻辑控制，或对抽油机进行网络控制的，电机的功率因数高，节约电能，油井产量高，而且抽油机的磨损较轻、使用寿命较长的油田抽油机的智能驱动装置。
为了达到上述目的，本发明由安装在抽油机的驱动电机上的三相主回路及其控制回路所构成。主回路上依次串联着断路器一、断路器二、电源滤波器、交流电抗器和交流伺服控制器。交流伺服控制器和驱动电机之间还连接着位置传感器，位置传感器位于驱动电机的轴上。控制回路由连接在三相主回路的断路器一和断路器二之间的两相上的转换开关、连接在转换开关上的控制变压器、连接在控制变压器的次级绕组和交流伺服控制器上的控制计算机所组成。主回路上交流伺服控制器两端还可各连接着一个交流接触器一的常开触头组，转换开关上还连接着可由控制计算机控制的用于切换接通交流接触器一或交流接触器二的线圈的切换装置，主回路上交流电抗器和交流接触器一的常开触头组之间和驱动电机之间还可并连着一个软启动控制器，软启动控制器两端各连接着一个交流接触器二的常开触头组。
三相主回路上断路器一和断路器二之间和驱动电机之间还可并连着一个交流接触器三的常开触头组，转换开关上还连接着可由控制计算机控制的用于切换接通交流接触器一、交流接触器二或交流接触器三的线圈的切换装置。切换装置还可以带有手动切换开关。
软启动控制器由连接在主回路上的双向晶闸管调压器以及由给定信号和位置传感器的位置信号输入控制的转速调节器、与转速调节器连接并进而输入控制双向晶闸管调压器的触发装置所构成。
本发明的工作原理是：油井的工作状态(从泵空到满油)是可以通过抽油机电机转矩的变化来探测的。故可以将抽油机的满油工作状态作为目标，控制计算机根据电机转矩对油井的充液状态进行判断，据此指令驱动系统按照油井的实际情况自动调节抽油机光杆上、下行的速度和频率，最大限度的使抽油机工作在满油状态，从而对各种油质的采汲都能实现稳产高产低消耗。此外，由于抽油机的工作环境相当严酷，但是抽油机却必须高度可靠地工作，因此系统的每个部分都必须执行高标准的可靠性设计，具有全方位的自保护功能。本发明所特有的三回路设计使系统的可靠性得到很大的提高。正常情况下，驱动装置按照程序所制定的最优方案，采用交流伺服系统自动驱动抽油机。如果必要，井站工作人员也可随时通过控制计算机的通讯接口对抽油机的状况进行监控。特殊情况下，如果控制计算机或伺服系统出现故障，或油井本身状态异常，系统都能够自动切换到电网工频电源软启动或直接驱动电机，或自动停车同时发送故障报警信息，从而避免了抽油机因驱动装置故障停机，最大限度的减少油井的停机检查时间。
本发明包括一台嵌入式控制计算机，一台三相交流异步感应电动机，以及装置为该电机提供的三回路驱动电路。从而使电动机可在三种运行模式下工作：(一)采用交流伺服系统驱动电机。(二)采用电网工频电源经过软启动电路驱动电机。(三)采用电网工频电源直接驱动电机，三种方式根据程序指令自动切换。控制计算机嵌入在伺服系统内部。操作人员还可以通过装置的通讯接口，对抽油机进行远程网络控制。
本法明的特点是可以采用三种方式驱动三相交流异步感应电机，由于在交流伺服系统内部嵌入的控制计算机运行了智能化的逻辑控制软件，故可以针对油井实际充液程度自动调整抽油机的上冲程和下冲程的速度和频率。其交流伺服系统，能够对电机的转速，转矩和位置信息实行精确的记录，传送和控制。三相交流异步感应电动机，在电动机的轴上安装了位置传感器。嵌入式控制计算机，操作人员可以直接利用其自身的键盘输入程序或指令，也可以利用伺服系统的通讯接口和上位计算机联网，以便进行远程监控。按照控制计算机的指令，三种驱动方式可以自动切换。
本发明有着如下优点：伺服系统功率因数接近于1，降低了无功损耗，节电效果显著；无论启动或制动，电机的加、减速过程任意可调，真正实现了软启动和软制动，彻底解决“大马拉小车”现象；抽油机无须调平衡；井站控制数字化，智能化，网络化；完善的自保护功能和报警功能；实时自动探测油井的实际负荷，并根据负荷的变化自动调整抽油机的运行速率，必要时自动切换电机的运行模式。
附图说明
图1为本发明的原理方框图。
图2为其软启动控制器的方框图。
图3本发明的线路原理图。
图4为本发明的控制程序流程图。
具体实施方式
实施例1.一种油田抽油机的智能驱动装置，如图1和图3所示。它由安装在抽油机的驱动电机上的三相主回路1及其控制回路所构成。主回路上依次串联着断路器一2、断路器二3、电源滤波器4、交流电抗器5和交流伺服控制器6。交流伺服控制器6和驱动电机8之间还连接着位置传感器7。位置传感器7位于驱动电机8的轴上。控制回路由连接在三相主回路1的断路器一2和断路器二3之间的两相上的转换开关9、连接在转换开关9上的控制变压器10、连接在控制变压器10的次级绕组和交流伺服控制器6上的控制计算机11所组成。
实施例1是采用交流伺服系统驱动电机的模式。亦即在正常情况下，驱动装置按照程序所制定的最优方案，由控制回路的控制计算机11通过交流伺服控制器6，经主回路1、断路器一2、断路器二3、电源滤波器4、交流电抗器5和交流伺服控制器6自动驱动抽油机的驱动电机8工作。其工作状态则由位置传感器7检测。如果必要，井站工作人员也可随时通过控制计算机11的通讯接口对抽油机的状况进行监控。
实施例2.一种油田抽油机的智能驱动装置，参阅图1～图4。其主回路1上交流伺服控制器6两端各连接着一个交流接触器一12的常开触头组13，转换开关9上还连接着可由控制计算机11控制的用于切换接通交流接触器一12或交流接触器二16的线圈的切换装置14，主回路1上交流电抗器5和交流接触器一12的常开触头组13之间和驱动电机8之间还并连着一个软启动控制器15，软启动控制器15两端各连接着一个交流接触器二16的常开触头组17。
软启动控制器15由连接在主回路1上的双向晶闸管调压器20以及由给定信号21和位置传感器7的位置信号22输入控制的转速调节器23、与转速调节器23连接并进而输入控制双向晶闸管调压器20的触发装置24所构成。
实施例2是采用电网工频电源经过软启动电路驱动电机的模式。亦即特殊情况下，如果控制计算机或伺服系统出现故障，或油井本身状态异常，系统都能够自动切换到电网工频电源软启动驱动电机，或自动停车同时发送故障报警信息，从而避免了抽油机因驱动装置故障停机，最大限度的减少油井的停机检查时间。参阅图2：此时电网工频电源主回路1通过双向晶闸管调压器20驱动抽油机的驱动电机8。其控制则由给定信号21和位置传感器7的位置信号22输入控制的转速调节器23及双向晶闸管调压器20的触发装置24来完成。
实施例3.一种油田抽油机的智能驱动装置，参阅图3。其三相主回路1上断路器一2和断路器二3之间和驱动电机8之间还并连着一个交流接触器三18的常开触头组19，所说的转换开关9上连接着可由控制计算机11控制的用于切换接通交流接触器一12、交流接触器二16或交流接触器三18的线圈的切换装置14。切换装置14还带有手动切换开关。
实施例3是采用电网工频电源直接驱动电机的模式。亦即特殊情况下，如果控制计算机或伺服系统出现故障，或油井本身状态异常，系统都能够自动切换到电网工频电源，由主回路1经断路器一2和交流接触器三18的常开触头组19直接驱动电机8，或自动停车同时发送故障报警信息。其控制则由切换装置14完成。从而避免了抽油机因驱动装置故障停机，最大限度的减少油井的停机检查时间。
三种工作模式根据程序指令自动切换。控制计算机嵌入在伺服系统内部。操作人员还可以通过装置的通讯接口，对抽油机进行远程网络控制。图4示出了本发明的控制程序流程。
实施例1～3可用三种模式驱动抽油机电机，功率因数高，节约电能，油井产量高，抽油机的磨损较轻、使用寿命长。它可广泛用于油田抽油机中。
Claims (5)
1.一种油田抽油机的智能驱动装置，它由安装在抽油机的驱动电机上的三相主回路(1)及其控制回路所构成，其特征在于所说的主回路上依次串联着断路器一(2)、断路器二(3)、电源滤波器(4)、交流电抗器(5)和交流伺服控制器(6)，交流伺服控制器(6)和驱动电机(8)之间还连接着位置传感器(7)，位置传感器(7)位于驱动电机(8)的轴上，控制回路由连接在三相主回路(1)的断路器一(2)和断路器二(3)之间的两相上的转换开关(9)、连接在转换开关(9)上的控制变压器(10)、连接在控制变压器(10)的次级绕组和交流伺服控制器(6)上的控制计算机(11)所组成。
2.按照权利要求1所述的油田抽油机的智能驱动装置，其特征在于所说的主回路(1)上交流伺服控制器(6)两端各连接着一个交流接触器一(12)的常开触头组(13)，转换开关(9)上还连接着可由控制计算机(11)控制的用于切换接通交流接触器一(12)或交流接触器二(16)的线圈的切换装置(14)，主回路(1)上交流电抗器(5)和交流接触器一(12)的常开触头组(13)之间和驱动电机(8)之间还并连着一个软启动控制器(15)，软启动控制器(15)两端各连接着一个交流接触器二(16)的常开触头组(17)。
3.按照权利要求2所述的油田抽油机的智能驱动装置，其特征在于所说的三相主回路(1)上断路器一(2)和断路器二(3)之间和驱动电机(8)之间还并连着一个交流接触器三(18)的常开触头组(19)，所说的转换开关(9)上连接着可由控制计算机(11)控制的用于切换接通交流接触器一(12)、交流接触器二(16)或交流接触器三(18)的线圈的切换装置(14)。
4.按照权利要求3所述的油田抽油机的智能驱动装置，其特征在于所说的切换装置(14)还带有手动切换开关。
5.按照权利要求2或3或4中任一个权利要求所述的油田抽油机的智能驱动装置，其特征在于所说的软启动控制器(15)由连接在主回路(1)上的双向晶闸管调压器(20)以及由给定信号(21)和位置传感器(7)的位置信号(22)输入控制的转速调节器(23)、与转速调节器(23)连接并进而输入控制双向晶闸管调压器(20)的触发装置(24)所构成。
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