基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及游梁式抽油機(jī)示功圖測量方法及裝置領(lǐng)域，特別涉及基于RBF神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 游梁式抽油機(jī)在油田中廣泛應(yīng)用，示功圖是分析、診斷游梁式抽油機(jī)是否正常運(yùn) 行的一種有效手段，也是對(duì)游梁式抽油機(jī)日常管理的一個(gè)重要組成部分。游梁式抽油機(jī)示 功圖是懸點(diǎn)載荷和位移的關(guān)系圖，通過示功圖可以判斷游梁式抽油機(jī)井下的工作狀況?，F(xiàn) 在測量示功圖方法都是定期測量，而且每次測量需要載荷傳感器。測量示功圖時(shí)需要停止 游梁式抽油機(jī)和起動(dòng)抽油機(jī)，這樣不僅測量過程非常麻煩，同時(shí)對(duì)游梁式抽油機(jī)有沖擊，影 響游梁式抽油機(jī)壽命。另外因?yàn)槭竟D是定期測量，所以不能及時(shí)知道游梁式抽油機(jī)的運(yùn) 行狀況、油井下面的液面狀況、光桿載荷變化等現(xiàn)象，這樣游梁式抽油機(jī)得不到及時(shí)維護(hù)， 影響產(chǎn)油量，浪費(fèi)能源。從表面上看游梁式抽油機(jī)的動(dòng)作似乎很簡單，實(shí)際它涉及電量和非 電量多種數(shù)量復(fù)雜關(guān)系，并且它們的變化全是非線性的。為此，本發(fā)明提出了一種基于RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法，本發(fā)明無需載荷傳感器，只要通過測量 容易測量的游梁式抽油機(jī)物理量，如電機(jī)功率、電機(jī)電流和曲柄角度，這些物理量與游梁 式抽油機(jī)示功圖高度相關(guān)，由RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性映射，可準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測游梁式抽 油機(jī)示功圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測 量方法，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供此種測量方法使用的裝置，由RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非 線性映射，可準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測游梁式抽油機(jī)示功圖。
[0004] 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法：
[0005] RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見附圖2, RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測示功圖的過程描述如下：控制器把 游梁式抽油機(jī)一個(gè)沖次的曲柄角度（Θ)、電機(jī)功率（A)和電機(jī)電流（I)記錄在控制器中， 即記錄θ η Θ 2、· · · Θ i;A i、A2、· · · Ai;I i、12、· · · Ii。其中i的大小按測量精度要 求確定，一般i = 24,曲柄轉(zhuǎn)15。（即Δ Θ )記錄一次?？刂破鲗ⅵ?p Θ 2、· · · Θ p A1'A2、· · .AJP I1' 12、· · · Ii 上載到人機(jī)接 口面板（ΗΜΙ)。Θ 廣 Θ 2、· · · Θ 雨 A 丄、 A2、· · .Ai及Ip 12、· · .Ii作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量，即構(gòu)成X2、· · .Xm輸入向 量，這里m = 3*i。由X2、· · .Xm，通過已經(jīng)訓(xùn)練成功的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算得到輸出變 量Pp P2、· · · Pn，這里n = i，Pp P2、· · · Pi就是游梁式抽油機(jī)一個(gè)沖次的載荷。再通 過游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)原理及幾何尺寸，由Θ1Ν θ2、· ·· 01換算為游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)位移 SpS2、·· .Sp這樣就得到游梁式抽油機(jī)的示功圖數(shù)據(jù)，人機(jī)接口面板（HMI)顯示游梁式 抽油機(jī)示功圖，或者打印記錄游梁式抽油機(jī)示功圖。
[0006] 游梁式抽油機(jī)示功圖是懸點(diǎn)載荷（P)和懸點(diǎn)位移（S)之間的關(guān)系圖，而控制器直 接測量的是曲柄角度Θ，需要把曲柄角度Θ換算成游梁式抽油機(jī)的懸點(diǎn)位移。游梁式抽油 機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖見附圖3,設(shè)游梁式抽油機(jī)的下死點(diǎn)作為懸點(diǎn)位移的零點(diǎn)（S = 0)，向上 為位移正方向。
[0007] 曲柄角度θ i，其中i為控制器采樣記錄序號(hào)。
[0008] 此時(shí)對(duì)于游梁式抽油機(jī)曲柄，下死點(diǎn)對(duì)于曲柄角度Θ的起始角度（Θ min)，曲柄 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)懸點(diǎn)從位移零開始向上運(yùn)動(dòng)。曲柄旋轉(zhuǎn)360°完成一個(gè)沖次。
[0009] 根據(jù)游梁式抽油機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理及幾何尺寸，由曲柄角度Θ計(jì)算懸點(diǎn)位移S的 公式如下：
[0010] a =arcsin(I/K) 其中α為K與垂直方向夾角；K為基桿；I為基桿的水平投 影。
[0011] θ2=2π-θ+α 其中Θ為曲柄轉(zhuǎn)角；Θ 2為K到曲柄R的夾角。
[0012] L= (R2+K2-2RKCOS02)1/2其中R為曲柄；L為曲柄銷軸心到游梁支撐中心距離。
[0013] β = arcsin(R sin Θ 2/L)其中 β 為 K 到 L 的夾角。
[0014] X = arcos((C2+L2-P2)/2CL)其中x為C到L的夾角；C為游梁后臂。
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法，其特征在于過程分以下 步驟： ① 樣本數(shù)據(jù)采集：采用游梁式抽油機(jī)的示功圖數(shù)據(jù)庫； ② 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練進(jìn)行訓(xùn)練到滿足指標(biāo)； ③ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：將訓(xùn)練好的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行編程，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腳本程序下載 到人機(jī)接口面板（4); ④ 設(shè)備安裝：光電碼盤（1)安裝在游梁式抽油機(jī)的曲柄中心軸上；行程開關(guān)（5)安裝 在曲柄角度9min位置； ⑤ 數(shù)據(jù)采集： 對(duì)于游梁式抽油機(jī)一個(gè)沖次，控制器（3)數(shù)據(jù)采集從游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)的下死點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的曲柄角度9min開始，控制器（3)通過行程開關(guān)（5)確定曲柄角度0min位置； 從曲柄角度9的起始角度（9min)開始，每隔A0，控制器（3)通過光電碼盤⑴和 電量變送器⑵采集曲柄角度（0)、電機(jī)功率（A)、電機(jī)電流（I)，曲柄旋轉(zhuǎn)360°完成一個(gè) 沖次，控制器（3)采集到對(duì)應(yīng)該沖次測量示功圖所需的數(shù)據(jù)；然后將數(shù)據(jù)上傳至人機(jī)接口 面板⑷； ⑥ 在線計(jì)算示功圖數(shù)據(jù)：由控制器（3)上傳的數(shù)據(jù)，通過執(zhí)行人機(jī)接口面板（4)的神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的腳本程序，得到示功圖所需數(shù)據(jù)，即懸點(diǎn)載荷（P)和懸點(diǎn)位移（S); ⑦ 顯示和打印記錄：人機(jī)接口面板（4)得到懸點(diǎn)載荷（P)和懸點(diǎn)位移（S)后，通過執(zhí)行 程序，即可顯示示功圖曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法， 其特征在于步驟中，所述的A0 = 15°。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法， 其特征在于步驟中，人機(jī)接口面板（4)上選擇打印記錄示功圖曲線，選擇打印方式為定時(shí) 打印或按鍵打印。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法 使用的裝置，包括光電碼盤（1)、電量變送器（2)、控制器（3)、人機(jī)接口面板（4)和行程開關(guān) (5);其特征在于： 光電碼盤⑴的輸出端連接控制器（3)的光電碼盤接口； 電量變送器（2)的功率信號(hào)輸出端連接控制器（3)的第一模擬量接口，電量變送器（2) 的電流信號(hào)輸出端連接控制器（3)的第二模擬量接口； 控制器（3)和人機(jī)接口面板（4)之間通過RS485接口連接； 行程開關(guān)（5)連接控制器（3)的開關(guān)接口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法使 用的裝置，其特征在于：還包括上位機(jī)； 所述的人機(jī)接口面板（4)和上位機(jī)之間通過RS232接口連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法使 用的裝置，其特征在于：所述的人機(jī)接口面板（4)的打印機(jī)接口連接打印機(jī)（6)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法使 用的裝置，其特征在于： 所述的光電碼盤（1)為E6B2-CWZ6碼盤； 電量變送器（2)為BD-3P/Q/I組合電量變送器； 控制器（3)為S7-200可編程控制器； 人機(jī)接口面板（4)為MT6070iH觸摸屏； 行程開關(guān)（5)型號(hào)為D4NH。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法使 用的裝置，其特征在于： 所述的打印機(jī)（6)為WH-Cl微型打印機(jī)。
【專利摘要】基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的游梁式抽油機(jī)示功圖在線軟測量方法及裝置，裝置包括光電碼盤、電量變送器、控制器、人機(jī)接口面板和行程開關(guān)。在線軟測量方法包括以下步驟：樣本數(shù)據(jù)采集，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，設(shè)備安裝，數(shù)據(jù)采集，由控制器上傳的數(shù)據(jù)：曲柄角度、電機(jī)功率和電機(jī)電流。執(zhí)行人機(jī)接口面板里的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腳本程序，得到示功圖所需數(shù)據(jù)，顯示和打印示功圖。本方法由RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性映射，可準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測游梁式抽油機(jī)示功圖。本裝置測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
【IPC分類】G01L3-00, G06N3-02, G01R21-00
【公開號(hào)】CN104729773
【申請?zhí)枴緾N201510128705
【發(fā)明人】孫金根, 付麗君, 張嘉男, 趙忠興, 張顯飛
【申請人】沈陽理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日