便攜式抽油機(jī)工況分析儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的便攜式抽油機(jī)工況分析儀，涉及一種測(cè)量分析儀，是由CPU執(zhí)行模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊構(gòu)成，所述的CPU執(zhí)行模塊分別與電壓采集模塊、電流采集模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊電路連接，CPU執(zhí)行模塊還連接了串口顯示終端和USB串口通信模塊，電壓采集模塊與電壓互感器電路連接，電流采集模塊與電流互感器電路連接。本實(shí)用新型能以數(shù)字及波形的形式實(shí)時(shí)顯示出抽油機(jī)電機(jī)的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等參數(shù)，工作人員可通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并對(duì)抽油機(jī)的進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，提高抽油機(jī)的工作效率，進(jìn)而達(dá)到改善電網(wǎng)、節(jié)約能源的目的。
【專利說明】便攜式抽油機(jī)工況分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及測(cè)量分析儀，尤其涉及一種便攜式抽油機(jī)工況分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)油田對(duì)游梁式抽油機(jī)的應(yīng)用數(shù)量巨大，但其工作效率較低，使用成本高，如在開采油的成本中，抽油機(jī)耗電費(fèi)占30%左右。而目前國(guó)內(nèi)使用抽油系統(tǒng)的總效率一般地區(qū)平均只有12%?23%，先進(jìn)地區(qū)的抽油機(jī)系統(tǒng)的總效率也不會(huì)超過30%，而國(guó)外的一些國(guó)家常規(guī)抽油機(jī)的效率可以達(dá)到46%。盡管現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)研制出一些效率較高的抽油機(jī)，但更換效率較高的抽油機(jī)，不但更換成本高，而且短期內(nèi)難以見效，因而各大油田大都沒有采取更換高效率抽油機(jī)，而是采用對(duì)常規(guī)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造來提升抽油機(jī)的工作效率。事實(shí)上，造成抽油機(jī)總的效率低下與其自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作狀況有關(guān)。抽油機(jī)的工作效率能通過自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作狀況反應(yīng)出來。例如，抽油機(jī)在采油的過程中，由于電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載大且地下油藏的出液量也不是十分的穩(wěn)定，一晝夜的液位變化比較大，工作電機(jī)的負(fù)載也是不完全穩(wěn)定的；一般抽油機(jī)啟動(dòng)的位置都是在下死點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)需要較大的功率，為了能夠順利的生產(chǎn)，就必須配備大負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，然而電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)載一般只是額定功率的19%?29%，這也就導(dǎo)致抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)常運(yùn)行在“大馬拉小車”的工作狀態(tài)，這些都會(huì)使抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)明顯下降。此外，游梁式抽油機(jī)在完成一個(gè)周期抽油的過程中，上沖程的負(fù)荷和下沖程的負(fù)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(tài)，游梁式抽油機(jī)都配有平衡塊，盡管如此，由于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(jī)構(gòu)的機(jī)械調(diào)整很容易受到現(xiàn)場(chǎng)一些條件的限制，使抽油機(jī)不可能完全的處于平衡狀態(tài)，這時(shí)抽油機(jī)的電機(jī)能耗消耗是非常大的。
[0003]抽油機(jī)的能耗主要是通過電動(dòng)機(jī)功率的消耗來體現(xiàn)的，而上述這些情況都會(huì)使抽油機(jī)的電機(jī)電流出現(xiàn)不平衡和假平衡狀態(tài)，若不對(duì)抽油機(jī)的工況，也就是電流、電壓、功率、功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，操作人員則無法對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而導(dǎo)致抽油機(jī)的效率低下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種便攜式抽油機(jī)工況分析儀。
[0005]本實(shí)用新型的便攜式抽油機(jī)工況分析儀，是由CPU執(zhí)行模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊構(gòu)成，所述的CPU執(zhí)行模塊分別與電壓采集模塊、電流采集模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊電路連接，CPU執(zhí)行模塊還連接了串口顯示終端和USB串口通信模塊，電壓采集模塊與電壓互感器電路連接，電流采集模塊與電流互感器電路連接。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，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(shí)用新型的便攜式抽油機(jī)工況分析儀，其體積小、重量輕、易于攜帶，可使用中文菜單及提示，以數(shù)字及波形的形式實(shí)時(shí)顯示出抽油機(jī)電機(jī)的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等參數(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，通過時(shí)間和井號(hào)的檢索可以查看歷史采集數(shù)據(jù)，因此工作人員在日常巡檢時(shí)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并對(duì)抽油機(jī)的進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，提高抽油機(jī)的工作效率，進(jìn)而達(dá)到改善電網(wǎng)、節(jié)約能源的目的。同時(shí)，本實(shí)用新型構(gòu)思新穎，設(shè)計(jì)合理，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單，降低了油田工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理圖；
[0009]圖2是本實(shí)用新型中CPU執(zhí)行模塊電路圖；
[0010]圖3是本實(shí)用新型電壓電流采集轉(zhuǎn)換電路圖；
[0011]圖4是本實(shí)用新型電源電路圖；
[0012]圖5是本實(shí)用新型時(shí)鐘電路圖；
[0013]圖6是本實(shí)用新型鍵盤控制電路圖；
[0014]圖7是本實(shí)用新型USB串口通信電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型的便攜式抽油機(jī)工況分析儀，是由CPU執(zhí)行模塊1、電壓采集模塊2、電流采集模塊3、鍵盤控制模塊4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5和電源模塊10構(gòu)成，所述的CPU執(zhí)行模塊I分別與電壓采集模塊2、電流采集模塊3、鍵盤控制模塊4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5和電源模塊10電路連接，CPU執(zhí)行模塊I還連接了串口顯示終端6和USB串口通信模塊7，電壓采集模塊2與電壓互感器8電路連接，電流采集模塊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(zhí)行模塊1，用于掃描鍵盤、數(shù)據(jù)保存、上傳數(shù)據(jù)，并利用電壓采集模塊和電流采集模塊采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出抽油機(jī)整個(gè)沖程內(nèi)電機(jī)的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)等參數(shù)，通過串口顯示終端將數(shù)值和曲線的形式顯示出來；電壓采集模塊2和電流采集模塊3，用于采集抽油機(jī)電機(jī)的電流和電壓參數(shù)，并將采集結(jié)果發(fā)送給CPU執(zhí)行模塊；鍵盤控制模塊4，用于控制便攜式儀表鍵盤的操作，并采用中斷的方式來實(shí)現(xiàn)按鍵的設(shè)定和數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5，用于保存每次采集的數(shù)據(jù)，方便以后查閱使用；串口顯示終端，用于CPU執(zhí)行模塊運(yùn)算處理后數(shù)據(jù)曲線和數(shù)值的顯示；USB串口通信模塊7，用于將所述采集到的數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shí)用新型的CPU執(zhí)行模塊單片機(jī)接口電路，該系統(tǒng)單片機(jī)采用STC12C5A32S2芯片，除單片機(jī)復(fù)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(shù)據(jù)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(hào)；P3.4和P3.5引腳連接時(shí)鐘模塊信號(hào)引腳，單片機(jī)通過讀取該模塊的信號(hào)可以顯示出當(dāng)前的時(shí)間；P4.1和P4.6引腳連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的控制引腳，可對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；P2.5-P2.6和Pl.0引腳連接鍵盤的輸入和控制引腳，單片機(jī)通過該模塊響應(yīng)來鍵盤的輸入；P3.0和P3.1引腳連接USB轉(zhuǎn)串口模塊的發(fā)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(fù)位引腳和忙信號(hào)檢測(cè)引腳，用來復(fù)位和檢測(cè)串口顯示終端是否處于空閑狀態(tài)；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(gè)引腳就可以把采集到的抽油機(jī)電機(jī)的電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的數(shù)值和曲線實(shí)時(shí)地顯示到屏幕上。
[0018]如圖3所示的本實(shí)用新型的電壓電流采集轉(zhuǎn)換電路，其電壓信號(hào)來自于電壓互感器，電流信號(hào)來自于電流互感器，通過帶有SPI通訊接口的電量采集芯片SA9904處理成單片機(jī)可以運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)通過自身的SPI接口就可以進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理。
[0019]如圖4所示的本實(shí)用新型的電源電路，為滿足各個(gè)模塊的電源的要求，本儀器選用了 78L05穩(wěn)壓芯片來輸出穩(wěn)定5V的電壓給單片機(jī)和其它采集模塊供電，由于考慮到野外現(xiàn)場(chǎng)取電的不方便性，該儀器還配有鋰電池供電，內(nèi)置一個(gè)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(shí)用新型的時(shí)鐘電路，當(dāng)該儀器剛通電的時(shí)候，儀器的時(shí)鐘是處于程序默認(rèn)是時(shí)間的，需要手動(dòng)調(diào)整到當(dāng)前的時(shí)間，時(shí)鐘電路使用的是DS1302芯片，只有三個(gè)引腳與單片機(jī)連接。主控單元模塊通過對(duì)時(shí)鐘電路信號(hào)的讀取和寫入即可完成儀表的時(shí)間顯示和修改。
[0021]如圖6所示的本實(shí)用新型的鍵盤控制電路采用ZLG7289芯片，采用中斷方式進(jìn)行按鍵控制，這樣節(jié)省單片機(jī)的I/o 口。為了使電源更加穩(wěn)定，在Vcc到GND之間接入47uF的電解電容EC4，晶振X5取16MHz，調(diào)節(jié)電容C38和C39選取10pF。復(fù)位信號(hào)是低電平有效，選擇外接簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路的方法進(jìn)行復(fù)位。ZLG7289芯片與單片機(jī)的接口采用3線制SPI串行總線，由CS、CLK和D1這3根信號(hào)線組成，KCS和SCLK是輸入信號(hào)，由單片機(jī)提供。SDI信號(hào)是雙向的，必須接到單片機(jī)STC12C5A32S2上具有雙向功能的I/O上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤的控制。
[0022]如圖7所示的本實(shí)用新型的USB串口通信電路采用PL2303芯片，PL2303的I和4引腳是串口的發(fā)射和接收引腳、連接著單片機(jī)的接收和發(fā)射引腳實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，15和16引腳連接計(jì)算的USB接口時(shí)鐘信號(hào)弓I腳和數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，通過USB轉(zhuǎn)串口電路就可以把儀表采集到的數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存檔。
【權(quán)利要求】
1.便攜式抽油機(jī)工況分析儀，是由CPU執(zhí)行模塊(1)、電壓采集模塊(2)、電流采集模塊(3 )、鍵盤控制模塊(4 )、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(5 )和電源模塊(10 )構(gòu)成，其特征在于所述的CPU執(zhí)行模塊(1)分別與電壓采集模塊(2)、電流采集模塊(3)、鍵盤控制模塊(4)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(5 )和電源模塊(10 )電路連接，CPU執(zhí)行模塊(1)還連接了串口顯示終端(6 )和USB串口通信模塊(7 )，電壓采集模塊(2 )與電壓互感器(8 )電路連接，電流采集模塊(3 )與電流互感器(9)電路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式抽油機(jī)工況分析儀，其特征在于所述電壓互感器(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(hào)】E21B47/008GK204140055SQ201420605114
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】郭向東, 侯士波, 林雨晴, 張錦鴻, 趙旭, 劉冬洋 申請(qǐng)人:東北石油大學(xué)