一種基于最大抽油量控制的抽油機運行控制方法，屬于立式抽油機抽油量控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，油田抽油機主要分為游梁式抽油機與立式抽油機兩大類，其中游梁式抽油機一般使用異步電機，轉(zhuǎn)速相對固定，且電機只能一個方向運行，游梁式抽油機通過機械裝置換向，實現(xiàn)抽油桿的上下往復運動；而立式抽油機一般采用變速電機，可以調(diào)整電機速度和運行方向，實現(xiàn)抽油機運行參數(shù)的調(diào)整，而且不需要使用機械換向裝置，近年來立式抽油機逐漸獲得了推廣。

由于地下油層的厚薄、稀稠的不同，因此現(xiàn)有技術(shù)中，為了確保最優(yōu)抽油量，一般需要通過調(diào)整抽油機的沖程沖次參數(shù)實現(xiàn)，沖程可以通過調(diào)整電機同一方向的運行距離實現(xiàn)，沖次可以通過調(diào)整電機運行速度實現(xiàn)。近年發(fā)展起來的立式抽油機一般使用變速電機，可以隨時調(diào)整電機同一運行方向的距離和電機轉(zhuǎn)速，進而調(diào)整抽油機的沖程、沖次。

一般而言，沖程的調(diào)整頻率較低，相對固定。對于地下油層經(jīng)常變化的情況，大多通過沖次調(diào)整實現(xiàn)抽油量控制，目前立式抽油機的沖次調(diào)整主要靠人工經(jīng)驗設(shè)定電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)，電機轉(zhuǎn)速過高或者過低都無法實現(xiàn)最優(yōu)抽油量輸出，當油層狀態(tài)變化時，人工調(diào)整也往往難以實時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)抽油機沖次的調(diào)整，系統(tǒng)很難在最優(yōu)轉(zhuǎn)速下工作，無法保證抽油機始終輸出最大抽油量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過電機轉(zhuǎn)速擾動的方式來尋找最優(yōu)轉(zhuǎn)速，以保持最大抽油量，對抽油量的控制不隨著抽油機機械參數(shù)、油層狀態(tài)等變化而變化，適用性更強的基于最大抽油量控制的抽油機運行控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該基于最大抽油量控制的抽油機運行控制方法，包括一組抽油機控制系統(tǒng)，抽油機控制系統(tǒng)包括抽油機、驅(qū)動抽油機工作的驅(qū)動電機以及控制驅(qū)動電機工作的電機控制器，其特征在于：包括如下控制步驟：

步驟1001，設(shè)定驅(qū)動電機的運行參數(shù)；

步驟1002，驅(qū)動電機按照預設(shè)定的運行參數(shù)工作并帶動抽油機動作；

步驟1003，電機控制器隨機生成一個轉(zhuǎn)速擾動量，并將轉(zhuǎn)速擾動量疊加在驅(qū)動電機的當前轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上；

步驟1004，獲得抽油機在疊加了轉(zhuǎn)速擾動量之后的實時抽油量；

步驟1005，電機控制器判斷在疊加了轉(zhuǎn)速擾動量之后，抽油機的抽油量是否減小，如果抽油量減小，執(zhí)行步驟1006，如果抽油機的抽油量未減小，執(zhí)行步驟1007；

步驟1006，改變轉(zhuǎn)速擾動量的方向并加載到驅(qū)動電機的當前轉(zhuǎn)速上并返回步驟1004；

步驟1007，電機控制器判斷在疊加了轉(zhuǎn)速擾動量之后，抽油機的抽油量是否增大，如果抽油量增大，執(zhí)行步驟1008，如果抽油機的抽油量未增大，執(zhí)行步驟1009；

步驟1008，增大轉(zhuǎn)速擾動量的數(shù)值并加載到驅(qū)動電機的當前轉(zhuǎn)速上并返回步驟1004；

步驟1009，減小轉(zhuǎn)速擾動量的數(shù)值并加載到驅(qū)動電機的當前轉(zhuǎn)速上并返回步驟1004；

步驟1010，電機控制器判斷轉(zhuǎn)速擾動量是否為零，如果為零，執(zhí)行步驟1011，如果不為零，執(zhí)行步驟1004；

步驟1011，結(jié)束。

優(yōu)選的，步驟1003中所述的轉(zhuǎn)速擾動量的確定公式為：

其中表示抽油機在（k+1）時刻的抽油量與k時刻的抽油量差值，表示系統(tǒng)進行測量與控制的間隔時間，表示在（k+1）時刻驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速擾動值，n為人工調(diào)整跟蹤步長的系數(shù)，且n>0。

優(yōu)選的，步驟1001中所述的驅(qū)動電機的運行參數(shù)為驅(qū)動電機在運行時的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選的，步驟1001中所述的驅(qū)動電機為開關(guān)磁阻電機，所述的電機控制器為開關(guān)磁阻電機控制器，開關(guān)磁阻電機控制器的信號輸出端與開關(guān)磁阻電機的信號輸入端相連，開關(guān)磁阻電機的輸出軸通過減速器連接抽油機的動力輸入端。

優(yōu)選的，在所述的抽油機的抽油出口處設(shè)置有流量傳感器，流量傳感器的信號輸出端連接到開關(guān)磁阻電機控制器信號輸入端。

優(yōu)選的，所述的開關(guān)磁阻電機控制器包括多輸入通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、具有flash存儲功能的中央處理單元、電機功率控制單元以及輸入輸出單元，中央處理單元的輸出端與電機功率控制單元的輸入端相連，電機功率控制單元的輸出端與所述的開關(guān)磁阻電機的輸入端相連，輸入輸出單元與中央處理單元的輸入輸出端口相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸出端與中央處理單元的輸入端相連。

優(yōu)選的，在所述的電機功率控制單元與開關(guān)磁阻電機連接電纜上還設(shè)置有電流傳感器，電流傳感器的輸出端連接電流采樣模擬電路的輸入端，電流采樣模擬電路的輸出端連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的的輸入端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是：

1、在本基于最大抽油量控制的抽油機運行控制方法中，通過電機轉(zhuǎn)速擾動的方式來尋找最優(yōu)轉(zhuǎn)速，以保持最大抽油量，對抽油量的控制不隨著抽油機機械參數(shù)、油層狀態(tài)等變化而變化，因此適用性更強。

2、系統(tǒng)采用開關(guān)磁阻電機驅(qū)動，運行可靠，使用壽命長，節(jié)能效果好，安裝簡單方便，經(jīng)濟耐用，使用成本低。

3、在本基于最大抽油量控制的抽油機運行控制方法中，利用開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)根據(jù)抽油量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系產(chǎn)生轉(zhuǎn)速擾動量，同時實時監(jiān)控抽油量的大小是否達到最大工作要求，通過算法組成反饋系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)抽油機沖次的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，達到抽油機抽油量最大的工作狀態(tài)。本控制方法充分利用現(xiàn)有實時控制技術(shù)，實時監(jiān)控抽油量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，從而實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速。

附圖說明

圖1為一種基于最大抽油量控制的抽油機運行控制系統(tǒng)原理方框圖。

圖2為一種基于最大抽油量控制的抽油機運行控制方法流程圖。

具體實施方式

圖1~2是本發(fā)明的最佳實施例，下面結(jié)合附圖1~2對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，一種抽油機最大抽油量控制系統(tǒng)，包括開關(guān)磁阻電機控制器，開關(guān)磁阻電機、減速器以及立式抽油機，開關(guān)磁阻電機控制器通過電纜連接到開關(guān)磁阻電機，開關(guān)磁阻電機的輸出軸與減速器的輸入端相連，減速器的輸出端與立式抽油機的輸入端相連，由開關(guān)磁阻電機控制器控制開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)動，開關(guān)磁阻電機工作后通過減速器帶動歷史抽油機動作，實現(xiàn)抽油。在立式抽油機的抽油出口處設(shè)置有流量傳感器，流量傳感器的輸出信號連接到開關(guān)磁阻電機控制器輸入端。

開關(guān)磁阻電機控制器內(nèi)部設(shè)置有電流傳感器、電流采樣模擬電路、多輸入通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、具有flash存儲功能的中央處理單元、電機功率控制單元以及輸入輸出單元（輸入鍵盤與顯示模塊）。中央處理單元的輸出端與電機功率控制單元的輸入端相連，電機功率控制單元的輸出端與開關(guān)磁阻電機的輸入端相連，電流傳感器安裝于開關(guān)磁阻電機控制器中電機功率控制單元與開關(guān)磁阻電機連接電纜上，電流傳感器輸出信號連接至電流采樣模擬電路輸入端，電流采樣模擬電路輸出信號以及上述流量傳感器的輸出信號分別連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的中不同的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接至中央處理單元。

中央處理單元讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的電流信號數(shù)字量，通過電機功率控制單元對電機電流進行控制，可以實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，中央處理單元同時通過流量傳感器送入的信號判斷出立式抽油機當前的抽油量。輸入輸出單元連接于中央處理單元的輸入輸出端口，用戶可以通過鍵盤與顯示模塊對開關(guān)磁阻電機的工作狀態(tài)進行控制和設(shè)定。

如圖2所示，一種抽油機最大抽油量控制方法，包括如下步驟：

步驟1001，設(shè)定開關(guān)磁阻電機的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速；

在開關(guān)磁阻電機工作之前，首先通過開關(guān)磁阻電機控制器中的輸入輸出單元設(shè)定開關(guān)磁阻電機在工作時的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速，使開關(guān)磁阻電機在一定范圍內(nèi)可以調(diào)速運行，開關(guān)磁阻電機的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速存儲在中央處理單元的flash存儲器中。

步驟1002，開關(guān)磁阻電機運行；

開關(guān)磁阻電機的工作參數(shù)設(shè)置完成之后，開關(guān)磁阻電機控制器驅(qū)動開關(guān)磁阻電機開始運行，開關(guān)磁阻電機控制器控制開關(guān)磁阻電機工作在設(shè)定好的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之間。

步驟1003，生成轉(zhuǎn)速擾動量并加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上；

由開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元在k時刻隨機生成一個轉(zhuǎn)速擾動量，并將轉(zhuǎn)速擾動量疊加在開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上。

轉(zhuǎn)速擾動量可以為正值（加大開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)速），也可以為負值（降低開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)速），為縮短尋找最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速的時間，開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)速擾動量的大小可根據(jù)抽油機抽油量的導數(shù)值確定，用公式表示為：

其中表示抽油機在（k+1）時刻的抽油量與k時刻的抽油量差值，表示系統(tǒng)進行測量與控制的間隔時間，表示在（k+1）時刻開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)速擾動值，n為根據(jù)風力機功率等可以人工調(diào)整跟蹤步長的系數(shù)，n>0以保證電機轉(zhuǎn)速。

步驟1004，檢測抽油機抽油量；

開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元通過流量傳感器得到立式抽油機在疊加了轉(zhuǎn)速擾動量之后的抽油量。

步驟1005，抽油機抽油量是否減小；

開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元判斷在疊加了轉(zhuǎn)速擾動量之后，立式抽油機的抽油量是否減小，如果抽油量減小，執(zhí)行步驟1006，如果立式抽油機的抽油量未減小，執(zhí)行步驟1007。

步驟1006，改變轉(zhuǎn)速擾動量的方向并加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上；

立式抽油機的抽油量減小，表示轉(zhuǎn)速擾動量的方向相反，開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元改變轉(zhuǎn)速擾動量的方向，并將改變方向后的轉(zhuǎn)速擾動量加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上，返回步驟1004。

步驟1007，抽油機抽油量是否增大；

開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元判斷在疊加了轉(zhuǎn)速擾動量之后，立式抽油機的抽油量是否增大，如果抽油量增大，執(zhí)行步驟1008，如果立式抽油機的抽油量未增大，執(zhí)行步驟1009。

步驟1008，增大轉(zhuǎn)速擾動量的數(shù)值并加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上；

立式抽油機的抽油量增大，表示轉(zhuǎn)速擾動量的方向正確，待立式抽油機的抽油量穩(wěn)定后開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元增大前方向下轉(zhuǎn)速擾動量的數(shù)值，并將改變方向后的轉(zhuǎn)速擾動量加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上，返回步驟1004。

步驟1009，減小轉(zhuǎn)速擾動量的數(shù)值并加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上；

開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元減小當前方向下轉(zhuǎn)速擾動量的數(shù)值，并將改變方向后的轉(zhuǎn)速擾動量加載到開關(guān)磁阻電機的當前轉(zhuǎn)速上，返回步驟1004。

步驟1010，轉(zhuǎn)速擾動量是否為零；

開關(guān)磁阻電機控制器中的中央處理單元判斷轉(zhuǎn)速擾動量是否為零，如果為零，執(zhí)行步驟1011，如果不為零，執(zhí)行步驟1004。

步驟1011，結(jié)束。

具體工作過程及原理如下：

系統(tǒng)工作前，人工通過開關(guān)磁阻電機控制器的輸入輸出單元設(shè)置開關(guān)磁阻電機允許工作的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速，使開關(guān)磁阻電機在一定范圍內(nèi)可以調(diào)速運行。開關(guān)磁阻電機控制器的中央處理單元在當前電機轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上隨機產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)速擾動量，可以為正值，也可以為負值，在轉(zhuǎn)速變化的作用下，如果抽油量減小，則應(yīng)該改變的擾動方向，即正值變?yōu)樨撝?，或者負值變?yōu)檎?，如果抽油量變大，則說明當前擾動的方向是正確的，可以在抽油量穩(wěn)定后，繼續(xù)沿著此方向增加，直到抽油機輸出軸油量不再增加或減小，此時可以將值減小，直到近似為零并且抽油量變化近似為零時結(jié)束。

為了確保地下石油狀況變化時仍能保持最大抽油量，可以在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定一段時間后人為的加入轉(zhuǎn)速擾動，使電機重新尋找最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速，保持油田產(chǎn)量。

在進行抽油量是否增大或減小的判斷時，可以以初始抽油量的數(shù)值為基礎(chǔ)人為設(shè)定一個具體的數(shù)值（或百分比）形成一個閾值，在進行抽油量是否增大的判斷時，如果當前抽油量與初始抽油量的差值的絕對值大于該閾值時，則表示抽油量變大，反之表示抽油量未變大；在進行抽油量是否減小的判斷時，如果當前抽油量與初始抽油量的差值的絕對值大于該閾值時，則表示抽油量減小，反之表示抽油量未減小。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。