專利名稱：多功能增油控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能增油控制器，主要應(yīng)用于油田抽油機(jī)電機(jī)的智能增油控制，是油田生產(chǎn)實(shí)際與高新科技技術(shù)相結(jié)合的完美體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了油田既增油又節(jié)能的采油目的。
油田現(xiàn)采用的常規(guī)型抽油機(jī)普遍使用傳統(tǒng)的控制方法，由于抽油機(jī)負(fù)載運(yùn)行的特殊性，造成使用中的幾大缺點(diǎn)①啟動(dòng)負(fù)載過(guò)高，沖擊大，致使配電變壓器容量及電機(jī)等配套設(shè)施選型過(guò)大。②由于井下液面恢復(fù)期不斷變化，需調(diào)整沖次及沖程比才能提高產(chǎn)量，傳統(tǒng)的辦法是調(diào)整抽油機(jī)平衡塊及更換傳動(dòng)輪，需停產(chǎn)很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，且人工調(diào)整的準(zhǔn)確性很差，耗時(shí)費(fèi)力，造成既減產(chǎn)又增加費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于克服以上弊端，而提供一種多功能增油控制器，該產(chǎn)品彌補(bǔ)了以往常規(guī)抽油機(jī)調(diào)速范圍窄、機(jī)械磨損大、壽命短、耗能高等不足，使采油設(shè)備的調(diào)整與控制及采油工作的整個(gè)過(guò)程由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)控制，是油田石油開(kāi)采的一場(chǎng)革命。
本發(fā)明的目的是由下面兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)的第一方面(軟件)，本控制器內(nèi)置專家系統(tǒng)軟件包，工作時(shí)，專家系統(tǒng)主要依據(jù)液流比較器動(dòng)態(tài)檢測(cè)的出油情況信號(hào)，分析計(jì)算抽油機(jī)的出油情況，逐漸逼近的找到動(dòng)靜態(tài)最大出油工作點(diǎn)，并且自動(dòng)把抽油機(jī)調(diào)整到最佳點(diǎn)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)在不停產(chǎn)的條件下把沖次數(shù)(沖次數(shù)，即抽油機(jī)每分鐘往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù))、沖程比(沖程比，即抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，上沖程與下沖程的運(yùn)行時(shí)間之比；沖程，即抽油桿向上或向下運(yùn)動(dòng)的一個(gè)行程)自動(dòng)調(diào)整到最佳點(diǎn)(即最大出油點(diǎn))，對(duì)抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，大幅提高了抽油效率，使抽油機(jī)的采油量自動(dòng)達(dá)到最大。同時(shí)，系統(tǒng)亦可根據(jù)人工的干預(yù)實(shí)現(xiàn)所有功能，即根據(jù)人為的參數(shù)設(shè)定，專家系統(tǒng)軟件包自動(dòng)調(diào)節(jié)沖次、調(diào)整沖程比等，從而達(dá)到經(jīng)驗(yàn)采油的最大出油量。
專家系統(tǒng)軟件運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化(包括各種采樣時(shí)間間隔的設(shè)定、平衡塊位置信號(hào)的確定等)，接著檢測(cè)是否有抽油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，如果有抽油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，就啟動(dòng)抽油機(jī)；正常情況下，抽油機(jī)按歷史數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔T1運(yùn)行抽油；當(dāng)系統(tǒng)滿足試抽條件時(shí)，以系統(tǒng)分析確定的時(shí)間間隔的試抽方式，首先在實(shí)際沖次數(shù)范圍內(nèi)以時(shí)間間隔T2連續(xù)改變沖次數(shù)，比較各個(gè)沖次數(shù)的出油量，找到最大出油量的沖次數(shù)，并按此狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)沖程比為1∶1；接著在最大出油量的沖次數(shù)下，在實(shí)際允許的沖程比范圍內(nèi)以時(shí)間間隔T3連續(xù)改變沖程比τ，以各個(gè)沖程比的出油量和未改變沖程比前的最大出油量的大小做比較，如果出油量變大，就按最大出油量的沖程比做記錄并實(shí)際改變沖程比，并按此狀態(tài)運(yùn)行，如果各個(gè)改變沖程比后的出油量和未改變沖程比前的最大出油量大小做比較都沒(méi)有變大，就按最大出油量的沖次數(shù)且1∶1的沖程比運(yùn)行；正常情況下，抽油機(jī)按歷史數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔T1運(yùn)行抽油，當(dāng)系統(tǒng)滿足試抽條件時(shí)，重復(fù)以上連續(xù)改變沖次數(shù)和沖程比的過(guò)程，以適應(yīng)油井下液面改變而造成的抽油機(jī)工況的變化，使抽油機(jī)的抽油量始終保持最大。
第二方面(硬件)，本發(fā)明包括置于地面的油量有無(wú)及大小比較傳感器(液流比較器)，抽油機(jī)運(yùn)行至各特征點(diǎn)傳感器(旋轉(zhuǎn)位置傳感器)，高性能變頻器(或復(fù)合智能模塊)及剎車(chē)用的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，小環(huán)境控溫器及溫度傳感器和加熱管，強(qiáng)電控制模塊，低壓直流電源模塊，工況顯示及聲光警戒器，主控CPU模塊、從控CPU模塊等。液流比較器，用于檢測(cè)抽油機(jī)出油率及出油量的大小，其電信號(hào)輸出端經(jīng)放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的輸入端相連，將出油信號(hào)輸入給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；旋轉(zhuǎn)位置傳感器，用于抽油機(jī)運(yùn)行位置信息的取集，其輸出端經(jīng)緩沖放大器陣列及反向驅(qū)動(dòng)器或施密特觸發(fā)器陣列與單片機(jī)的輸入端相連，將采集的抽油機(jī)位置信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行處理；高性能變頻器(或復(fù)合智能模塊)，其輸入為工頻動(dòng)力電，輸出為頻率連續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)可預(yù)知的電源供給抽油機(jī)電機(jī)，高性能變頻器(或復(fù)合智能模塊)的控制端經(jīng)從控模塊與CPU相連；主控模塊為整個(gè)控制器的核心部件，其外圍連接工況顯示、聲光警戒及存儲(chǔ)器。本控制器還設(shè)有控溫模塊及與其相連的溫度傳感器和加熱管，用于溫度信號(hào)的采集及加熱的控制。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本控制器集信息技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)(或復(fù)合智能模塊技術(shù))、傳感器技術(shù)等現(xiàn)代高科技技術(shù)于一身，是油田生產(chǎn)實(shí)際與現(xiàn)代高科技技術(shù)的完美結(jié)合。為油田找到了一種切實(shí)可行的使抽油機(jī)采油量達(dá)到最大的方法，提高了采油設(shè)備的有效利用率，減少了空耗，節(jié)省了能源。
本發(fā)明的最大特點(diǎn)為能夠自整定，適應(yīng)較惡劣的工作環(huán)境，尤其低溫下可正常工作。另外本發(fā)明還具有以下特點(diǎn)(1)使用方便，操作簡(jiǎn)單，(2)對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，(3)16位工業(yè)級(jí)微電腦主控，穩(wěn)定、可靠，(4)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)新穎，多重保險(xiǎn)，外部電氣特性均符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，(5)過(guò)載能力強(qiáng)，(6)智能化程度高，自動(dòng)處理系統(tǒng)故障。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的主要功能有(1)實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的軟啟動(dòng)，(2)使抽油機(jī)的沖次按最大出油點(diǎn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，(3)按最大出油點(diǎn)，自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)為上(下)快(上)下慢及均衡運(yùn)行，(4)提高了抽油機(jī)泵效，(5)延長(zhǎng)了抽油機(jī)的使用壽命，(6)節(jié)約了電能，(7)實(shí)現(xiàn)了遙控啟停。
附

圖1為本發(fā)明的原理框圖。
附圖2為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法軟件流程圖。
附圖3為本發(fā)明的中央處理部分主板電路原理圖。
附圖4為本發(fā)明的小環(huán)境控溫器電路原理圖。
附圖5為液流比較器的傳感信號(hào)處理電路原理圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作以說(shuō)明。
如附圖1所示，本發(fā)明的主要部分有置于地面的油量有無(wú)及大小比較傳感器(液流比較器)，抽油機(jī)運(yùn)行至各特征點(diǎn)傳感器(旋轉(zhuǎn)位置傳感器)，變頻器(或復(fù)合智能模塊)，小環(huán)境控溫器，主控CPU模塊、從控CPU模塊。
本發(fā)明的一個(gè)重要部分為變頻器，該變頻器部分可以由復(fù)合智能模塊A代換；主控模塊為8位單片機(jī)；液流傳感器為一個(gè)，把液流量大小及出油率信息及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸給CPU；旋轉(zhuǎn)位置傳感器為一個(gè)，把抽油機(jī)特征運(yùn)行狀態(tài)傳給CPU。
本發(fā)明的工作原理是這樣的該控制器內(nèi)置專家系統(tǒng)軟件包，工作時(shí)，專家系統(tǒng)主要依據(jù)液流比較器動(dòng)態(tài)檢測(cè)的出油量情況信號(hào)，分析計(jì)算抽油機(jī)的出油量大小，逐漸逼近的找到動(dòng)靜態(tài)最大出油工作點(diǎn)，并且自動(dòng)把抽油機(jī)調(diào)整到最佳點(diǎn)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)在不停產(chǎn)的條件下自動(dòng)調(diào)沖次、調(diào)沖程比，對(duì)抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，提高了抽油效率，使抽油機(jī)的采油量達(dá)到最大。并可使抽油機(jī)運(yùn)行于上快下慢(或上慢下快)、從而提高泵效。本發(fā)明采用高性能變頻器(或復(fù)合智能模塊)，將380V/50Hz交流電變?yōu)?80V、0～65Hz動(dòng)態(tài)可預(yù)知調(diào)節(jié)的智能電源供給抽油機(jī)電機(jī)，輸出匹配于負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各項(xiàng)功能要求。
其中抑波電抗器和靜止無(wú)功發(fā)生器(ASVG)為可選件，可以解決復(fù)合智能模塊對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾等輕重度污染問(wèn)題。
如附圖2所示，為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法軟件流程圖。專家系統(tǒng)軟件運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化(包括各種采樣時(shí)間間隔的設(shè)定、平衡塊位置信號(hào)的確定等)，接著檢測(cè)是否有抽油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，如果有抽油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，就啟動(dòng)抽油機(jī)；正常情況下，抽油機(jī)按歷史數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔T1運(yùn)行抽油；當(dāng)系統(tǒng)滿足試抽條件時(shí)，以系統(tǒng)分析確定的時(shí)間間隔的試抽方式，首先在實(shí)際沖次數(shù)范圍內(nèi)以時(shí)間間隔T2連續(xù)改變沖次數(shù)，比較各個(gè)沖次數(shù)的出油量，找到最大出油量的沖次數(shù)，并按此狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)沖程比為1∶1；接著在最大出油量的沖次數(shù)下，在實(shí)際允許的沖程比范圍內(nèi)以時(shí)間間隔T3連續(xù)改變沖程比τ，以各個(gè)沖程比的出油量和未改變沖程比前的最大出油量的大小做比較，如果出油量變大，就按最大出油量的沖程比做記錄并實(shí)際改變沖程比，并按此狀態(tài)運(yùn)行，如果各個(gè)改變沖程比后的出油量和未改變沖程比前的最大出油量大小做比較都沒(méi)有變大，就按最大出油量的沖次數(shù)且1∶1的沖程比運(yùn)行；正常情況下，抽油機(jī)按歷史數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔T1運(yùn)行抽油，當(dāng)系統(tǒng)滿足試抽條件時(shí)，重復(fù)以上連續(xù)改變沖次數(shù)和沖程比的過(guò)程，以適應(yīng)油井下液面改變而造成的抽油機(jī)工況的變化，使抽油機(jī)的抽油量始終保持最大。
如附圖3所示，IC1為PHILPS公司的P89C54高性能單片機(jī)，完成本發(fā)明的核心處理；IC3(8279)為鍵盤(pán)及顯示驅(qū)動(dòng)模塊，IC4～I(xiàn)C9、IC16配合IC3完成鍵盤(pán)按鍵處理及顯示驅(qū)動(dòng)，其中IC4(74HC138)為三——八譯碼器，IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC16為驅(qū)動(dòng)器；IC12(DA0832)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與IC13共同完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，提供給變頻器(或復(fù)合智能模塊)的模擬控制信號(hào)即由此而來(lái)；IC14B、IC14C為位置傳感器的施密特反向驅(qū)動(dòng)器，完成位置信號(hào)的輸入轉(zhuǎn)換；IC15為繼電器輸出驅(qū)動(dòng)器，控制電機(jī)啟停的信號(hào)即由此而來(lái)；IC10為復(fù)位芯片；IC11為參量存儲(chǔ)芯片；其它芯片為輔助處理芯片。J1為鍵盤(pán)接口，J2為顯示器接口。M1、M2、M3、M4，B1，J4為本發(fā)明的直流電源部分。
如附圖4所示，IC19為小環(huán)境控溫器的核心處理芯片，是PHILPS公司的P87LPC767高性能單片機(jī)；IC17、IC18、IC22、IC23為溫度信號(hào)的放大處理芯片，完成溫度信號(hào)的采集、處理及交付給CPU；N1、N2為驅(qū)動(dòng)繼電器的三極管，JD3、JD4為繼電器，控制加熱管的通電與斷電。POW為本發(fā)明提供給小環(huán)境的低壓直流電源接口。
如附圖5所示，IC24為W78E54單片機(jī)，完成液流信號(hào)的核心處理；IC25(AD0809)為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；IC29、IC30、IC31均為放大器，共同配合完成液流信號(hào)的采集與處理，其它芯片及元件起輔助功能。液流比較器的工作原理是這樣的因?yàn)槌橛蜋C(jī)的出油是脈動(dòng)的，所以液流比較器不但能檢測(cè)出出油次數(shù)的多少即出油率，而且能檢測(cè)出每次出油的大小，電路中的AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器就用來(lái)完成這個(gè)功能，出油信號(hào)的有無(wú)及大小通過(guò)它都能準(zhǔn)確地反應(yīng)到單片機(jī)，單片機(jī)即根據(jù)它轉(zhuǎn)換來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行有關(guān)處理。
權(quán)利要求
1.一種多功能增油控制器，其特征在于采用下述微電腦軟件控制方法它首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，接著檢測(cè)是否有抽油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，如果有抽油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，就啟動(dòng)抽油機(jī)；正常情況下，抽油機(jī)按歷史數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔T1運(yùn)行抽油；當(dāng)系統(tǒng)滿足試抽條件時(shí)，以系統(tǒng)分析確定的時(shí)間間隔的試抽方式，首先在實(shí)際沖次數(shù)范圍內(nèi)以時(shí)間間隔T2連續(xù)改變沖次數(shù)，比較各個(gè)沖次數(shù)的出油量，找到最大出油量的沖次數(shù)，并按此狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)沖程比為1∶1；接著在最大出油量的沖次數(shù)下，在實(shí)際允許的沖程比范圍內(nèi)以時(shí)間間隔T3連續(xù)改變沖程比τ，以各個(gè)沖程比的出油量和未改變沖程比前的最大出油量的大小做比較，如果出油量變大，就按最大出油量的沖程比做記錄并實(shí)際改變沖程比，并按此狀態(tài)運(yùn)行，如果各個(gè)改變沖程比后的出油量和未改變沖程比前的最大出油量大小做比較都沒(méi)有變大，就按最大出油量的沖次數(shù)且1∶1的沖程比運(yùn)行；正常情況下，抽油機(jī)按歷史數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔T1運(yùn)行抽油，當(dāng)系統(tǒng)滿足試抽條件時(shí)，重復(fù)以上連續(xù)改變沖次數(shù)和沖程比的過(guò)程，以適應(yīng)油井下液面改變而造成的抽油機(jī)工況的變化，使抽油機(jī)的抽油量始終保持最大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能增油控制器，它還包括液流比較器、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、復(fù)合智能模塊、主控PU模塊和從控CPU模塊，其特征在于液流比較器的電信號(hào)輸出端經(jīng)放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的輸入端相連，將出油量大小信號(hào)輸入給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；旋轉(zhuǎn)位置傳感器的輸出端經(jīng)緩沖放大器陣列及反向驅(qū)動(dòng)器或施密特觸發(fā)器陣列與單片機(jī)的輸入端相連，將采集的抽油機(jī)位置信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行處理；復(fù)合智能模塊由整流模塊、智能功率模塊、抑波電抗器和靜止無(wú)功發(fā)生器組成，其輸入為工頻動(dòng)力電，輸出為頻率連續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)可預(yù)知的電源供給抽油機(jī)電機(jī)，復(fù)合智能模塊的控制端經(jīng)從控模塊與CPU相連；主控模塊為整個(gè)控制器的核心部件，其外圍連接工況顯示、聲光警戒及存儲(chǔ)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能增油控制器，其特征在于所述的復(fù)合智能模塊可以由變頻器代換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多功能增油控制器，其特征在于它還設(shè)有控溫模塊及與其相連的溫度傳感器和加熱管，用于溫度信號(hào)的采集及加熱的控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能增油控制器,它包括專家系統(tǒng)軟件包,專家系統(tǒng)依據(jù)液流比較器動(dòng)態(tài)檢測(cè)的出油情況信號(hào),分析計(jì)算抽油機(jī)的出油情況,逐漸逼近的找到動(dòng)靜態(tài)最大出油工作點(diǎn),自動(dòng)把抽油機(jī)調(diào)整到最大出油工作點(diǎn)運(yùn)行,以實(shí)現(xiàn)在不停產(chǎn)的條件下把沖次數(shù)、沖程比自動(dòng)調(diào)整到最佳點(diǎn),對(duì)抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制,提高了抽油效率,使抽油機(jī)的采油量自動(dòng)達(dá)到最大。它還包括液流比較器、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、變頻器或復(fù)合智能模塊、CPU控制模塊等。
文檔編號(hào)E21B43/12GK1368593SQ0110613
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2001年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月5日
發(fā)明者田景利, 王洪亮 申請(qǐng)人:田景利