專利名稱：一種抽油機智能節(jié)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種抽油機，具體地說是抽油機智能節(jié)電器。
背景技術(shù)：
隨著油田原油的不斷開采，老油田的低產(chǎn)井越來越多，貧油、油層不均勻或原油粘度不均勻的油井使用，使油井泵空或空撈的現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重，合理地控制抽油機的運行工況，可以達(dá)到節(jié)電、防止液擊引起的油桿斷裂以及抽油機磨損減少的目的。交流電動機驅(qū)動抽油機通過抽油桿的上下運動將原油抽汲到地面上來，抽油機總體效率很低，抽油機用電量占到原油開采成本的35%左右，是采油成本居高不下的一個主要原因，因而實現(xiàn)抽油
機的節(jié)能控制，對降低開采成本具有重要意義。抽油機的懸點載荷狀況是影響抽油機能耗的主要因素。抽油機工作效率不高的主要原因是其載荷特性與所用交流電動機的轉(zhuǎn)矩特性不相匹配，電機的負(fù)載率過低致使電機以較低的效率運行。目前抽油井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)主要用于地面部分，并且主要針對抽油機的結(jié)構(gòu)及其拖動裝置(電機和配電箱)的性能展開的。一般包括以下四種I、變頻調(diào)節(jié)器節(jié)能通過改變輸出頻率來改變電機轉(zhuǎn)速，降低給電機的端電壓從而降低電機的有功功率，大幅度節(jié)省電能。其缺陷是設(shè)備成本較高，控制系統(tǒng)復(fù)雜，在油田的惡劣環(huán)境下工作，其可靠性防盜等都成問題。2、電容動態(tài)無功補償通過電機的就地補償來提高電機的功率因數(shù)，提高電網(wǎng)的利用率，簡單、成本低。缺點是不能減小有功損耗，從而達(dá)不到有功省電的目的。3、繼電接觸器調(diào)壓節(jié)能將電機定子繞組為Λ接法，起動時為Y接法，啟動電壓降低，接近額定轉(zhuǎn)矩時，再將定子繞組改為Λ接法。此方法控制簡單，但節(jié)電效果不明顯。4、可控硅調(diào)壓一般稱之為電機的軟啟動，通過采用晶閘管調(diào)壓電路來控制電壓的大小，節(jié)電效果較好，但是電源電流波形發(fā)生畸變，電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重，另外在油田的惡劣環(huán)境下，其可靠性等都受到制約，同時結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。抽油機的工作能力是一個固定不變的量。對于產(chǎn)液量不足的油井來說,抽油機的工作能力必然過剩，泵空或空撈現(xiàn)象很嚴(yán)重，會導(dǎo)致泵效很低，致使抽油機常常處于半負(fù)荷或輕負(fù)荷的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的解決方法一是使用定時器間歇抽油；二是靠人工操作定時啟停抽油機。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用這些作法不是不能最大限度的節(jié)電就是不能發(fā)揮油井的最大生產(chǎn)能力。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種抽油機智能節(jié)電裝置，該節(jié)電裝置可以在保證抽油機發(fā)揮最大生產(chǎn)能力的情況下最大限度的節(jié)電。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提出的技術(shù)方案為一種抽油機智能節(jié)電器，包括信號接收模塊、主控模塊、信號分析模塊以及上位機；所述信號接收模塊與主控模塊相接，主控模塊與信號分析模塊以及上位機相接。[0011]所述信號接收模塊包括液面?zhèn)鞲衅?、流量傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換器，所述液面?zhèn)鞲衅鳌⒘髁總鞲衅骶cA/D轉(zhuǎn)換器相接，A/D轉(zhuǎn)換器與主控模塊相接。所述主控模塊為STC89C52單片機。所述信號分析模塊包括順次相接的光電隔離電路、信號放大電路、模糊控制器、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、交流電動機JD以及溫度電流檢測電路，在交流電動機JD上還接有三相電源；光電隔離電路與主控模塊相接，溫度電流檢測電路也與主控模塊相接。所述主控模塊與上位機之間還接有串行通信模塊。節(jié)電原理如下I、通過液面?zhèn)鞲衅髯詣痈袘?yīng)油井井下動液面的變化，以此判斷井下是否有油(液)
可抽吸，從而準(zhǔn)確控制抽油機的啟停狀態(tài)，有效地避免了空抽發(fā)生，大幅減少無效行程，提高泵的充滿度而節(jié)電。抽油機智能節(jié)電器是以微電腦技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化控制裝置，能自動測知抽油機的實際負(fù)荷。當(dāng)井內(nèi)液量積存較低時，自動令抽油機停止工作。只有當(dāng)井內(nèi)液量恢復(fù)到滿足再次連續(xù)滿抽的條件時，抽油機才會再次啟動，保證了抽油機不做無用功，減少低效及無效抽取。2、應(yīng)用流量傳感器確定泵的充滿度，通過單片機感知和計算，根據(jù)井下負(fù)荷的變化而實現(xiàn)優(yōu)化控制，根本上解決了抽油機低效抽取的問題，從而有效地實現(xiàn)節(jié)約電力。3、可實時監(jiān)測油井的運行參數(shù)，及時顯示與記錄，并通過智能分析，自反饋優(yōu)化參數(shù)，得出最優(yōu)工況參數(shù)，使抽油機以最優(yōu)工況進行抽油。4、反充電回饋，自動識別上、下沖程。為了節(jié)電，可在抽油機做回復(fù)動作時將能量儲存起來，用到抽油動作中，進行功率補償。采用回饋制動方式，將電能回饋到原電網(wǎng)。如果沖程進行到某一程度出現(xiàn)抽油機帶動電機的情況時，則該系統(tǒng)適時關(guān)閉電機上的端電壓，利用抽油機滑行達(dá)到節(jié)能的目的，即調(diào)不調(diào)速都節(jié)能；5、引進了模糊控制器，增加軟啟動功能，減小頻繁啟動對設(shè)備的沖擊。并實現(xiàn)了對IGBT控制角α的調(diào)節(jié)，可以較好地解決被控對象模型的不確定性問題。6、故障檢測保護，可對過電壓、過電流、低電壓、過載、過熱、自啟動失敗保護、報警、等故障進行智能監(jiān)測控制調(diào)節(jié)。7、數(shù)據(jù)采集及存儲功能、聯(lián)網(wǎng)和通信以及遙控遙測功能，并能適應(yīng)油田的環(huán)境要求，操作簡單，智能化程度高。抽油機智能節(jié)電器是通過避免泵充滿度不足和提高泵效的方式而節(jié)電，所以節(jié)電器表現(xiàn)出以下的節(jié)電規(guī)律抽油機的泵效越低就可能獲得越高的節(jié)電率；低產(chǎn)井比高產(chǎn)井更容易獲得高的節(jié)電率；深井的節(jié)電效果會比淺井的節(jié)電效果好。有益效果本實用新型具有以下優(yōu)點I、應(yīng)用傳感器監(jiān)測技術(shù)，通過對井下液面積存和泵中油量的感知，精確感知抽油機負(fù)荷變化，優(yōu)化控制模式，隨負(fù)荷變化動態(tài)調(diào)整抽油機啟、停的時間及交流電動機的運行電壓。2、減少抽油機由于空撈或泵空而造成的功率浪費，節(jié)電率高達(dá)30% 80%(取決于泵效)；3、實時故障監(jiān)測，減少故障發(fā)生率，優(yōu)化運行狀態(tài)，有效提高油井相對產(chǎn)量；[0029]4、避免無功運行，減少機件磨損，降低設(shè)備維護費用。5、數(shù)據(jù)采集及存儲功能、聯(lián)網(wǎng)和通信以及遙控遙測功能，并能根據(jù)具體的運行工況對電動機進行實時調(diào)整，可適應(yīng)油田的環(huán)境要求，操作簡單，智能化程度高。

圖I為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。如圖I所示，一種抽油機智能節(jié)電器，包括液面?zhèn)鞲衅鳌⒘髁總鞲衅?、A/D轉(zhuǎn)換器、主控模塊STC89C52單片機、光電隔離電路、信號放大電路、模糊控制器、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、交流電動機JD、溫度電流檢測電路、三相電源、串行通信模塊、上位機。包括液面?zhèn)鞲衅髋c流量傳感器跟A/D轉(zhuǎn)換器相接，A/D轉(zhuǎn)換器相接跟主控模塊STC89C52單片機相接，主控模塊STC89C52單片機相接還接有串行通信模塊跟光電隔離電路，串行通信模塊還與上位機相接，光電隔離電路與信號放大電路相接，信號放大電路與模糊控制器相接，模糊控制器與絕緣柵雙極型晶體管IGBT相接，絕緣柵雙極型晶體管IGBT與交流電動機JD相接，交流電動機JD與溫度電流檢測電路以及三相電源相接，溫度電流檢測電路還與主控模塊STC89C52單片機相接。上述各模塊主要功能如下I、液面?zhèn)鞲衅鲗τ诋a(chǎn)液量不足的油井來說，抽油機的工作能力必然過剩，空抽現(xiàn)象會導(dǎo)致泵效很低。使用液面?zhèn)鞲衅鲗崟r監(jiān)測井下液體積存，設(shè)定井下積液液面的高度值，使得抽油機的間開周期與油井的供液能力相匹配，只有當(dāng)井內(nèi)液量恢復(fù)到滿足再次連續(xù)抽油的條件，抽油機才會再次啟動，保證了抽油機不做無用功，減少低效或無效抽取而造成的電能浪費。2、流量傳感器抽油機均普遍存在抽取能力大于油井實際負(fù)荷的問題，因此，泵空或空撈現(xiàn)象便相伴而生。泵空增加無效行程，浪費大量電能。流量傳感器通過感應(yīng)監(jiān)測泵內(nèi)的油量，得出電動機的實際負(fù)荷大小，并根據(jù)負(fù)載率的變化，在滿足電機運行轉(zhuǎn)矩的情況下，自動選擇最佳功率點提供抽油機電機的用電，從而從根本上消除了由于泵空現(xiàn)象所導(dǎo)致的無效抽取。3、STC89C52 :數(shù)字處理和智能化控制，可在線編程，在此處相當(dāng)于下位機，能及時接受處理數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確地動態(tài)調(diào)整電機的供電電壓與電流，使電機的輸出功率與負(fù)載精確匹配。4、串行通信模塊和上位機通過串行通信模塊，可以人為的直接發(fā)出操控命令，并在屏幕上顯示各種信號變化(液壓，水位，溫度等)。6、光隔即光電隔離電路，把干擾源和易干擾的部分隔離開來，是測控裝置與現(xiàn)場僅保持信號聯(lián)系，而不直接發(fā)生電的聯(lián)系。5、模糊控制器實現(xiàn)了對IGBT控制角α的調(diào)節(jié)，可以較好地解決被控對象模型的不確定性問題。減少了對硬件資源的要求，能在較低的峰值條件下產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。6、溫度、電流檢測電路通過實時監(jiān)測電動機電流和溫度的變化，進而監(jiān)控抽油機
的運行情況，減少故障發(fā)生時間，增加電動機的壽命。
權(quán)利要求1.一種抽油機智能節(jié)電器，其特征在于包括信號接收模塊、主控模塊、信號分析模塊以及上位機；所述信號接收模塊與主控模塊相接，主控模塊與信號分析模塊以及上位機相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種抽油機智能節(jié)電器，其特征在于所述信號接收模塊包括液面?zhèn)鞲衅?、流量傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換器，所述液面?zhèn)鞲衅?、流量傳感器均與A/D轉(zhuǎn)換器相接，A/D轉(zhuǎn)換器與主控模塊相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種抽油機智能節(jié)電器，其特征在于所述主控模塊為STC89C52單片機。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種抽油機智能節(jié)電器，其特征在于所述信號分析模塊包括順次相接的光電隔離電路、信號放大電路、模糊控制器、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、交流電動機JD以及溫度電流檢測電路，在交流電動機JD上還接有三相電源；光電隔離電路與主控模塊相接，溫度電流檢測電路也與主控模塊相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種抽油機智能節(jié)電器，其特征在于所述主控模塊與上位機之間還接有串行通信模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種抽油機智能節(jié)電器，該節(jié)電器包括信號接收模塊、主控模塊、信號分析模塊以及上位機；所述信號接收模塊與主控模塊相接，主控模塊與信號分析模塊以及上位機相接。本實用新型具有以下優(yōu)點1、應(yīng)用傳感器監(jiān)測技術(shù)，精確感知抽油機負(fù)荷變化，優(yōu)化控制模式，隨負(fù)荷變化動態(tài)調(diào)整抽油機啟、停的時間及交流電動機的運行電壓；2、減少抽油機由于空撈或泵空而造成的電能浪費，節(jié)電率高達(dá)30%～80%；3、實時故障監(jiān)測，減少故障發(fā)生率，有效提高油井相對產(chǎn)量；4、避免無功運行，減少機件磨損，降低設(shè)備維護費用。5、數(shù)據(jù)采集及存儲功能、聯(lián)網(wǎng)和通信以及遙控遙測功能，并能根據(jù)具體的運行狀況對其實時進行調(diào)整，操作簡單，智能化程度高。
文檔編號G05B19/418GK202583847SQ20122017508
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者楊全武, 胡宏梅 申請人:太倉新點石能源科技有限公司