專利名稱：多功能增油控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多功能增油控制器，主要應用于油田抽油機電機的智能增油控制，是油田生產實際與高新科技技術相結合的完美體現(xiàn)，實現(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)型抽油機普遍使用傳統(tǒng)的控制方法，由于抽油機負載運行的特殊性，造成使用中的幾大缺點①啟動負載過高，沖擊大，致使配電變壓器容量及電機等配套設施選型過大。②由于井下液面恢復期不斷變化，需調整沖次及沖程比才能提高產量，傳統(tǒng)的辦法是調整抽油機平衡塊及更換傳動輪，需停產很長時間進行調整，且人工調整的準確性很差，耗時費力，造成既減產又增加費用。
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，該產品彌補了以往常規(guī)抽油機調速范圍窄、機械磨損大、壽命短、耗能高等不足，使采油設備的調整與控制及采油工作的整個過程由手動轉變?yōu)樽詣涌刂疲怯吞锸烷_采的一場革命。
本發(fā)明的目的是由下面兩方面來實現(xiàn)的第一方面(軟件)，本控制器內置專家系統(tǒng)軟件包，工作時，專家系統(tǒng)主要依據液流比較器動態(tài)檢測的出油情況信號，分析計算抽油機的出油情況，逐漸逼近的找到動靜態(tài)最大出油工作點，并且自動把抽油機調整到最佳點運行，以實現(xiàn)在不停產的條件下把沖次數(shù)(沖次數(shù)，即抽油機每分鐘往復運動的次數(shù))、沖程比(沖程比，即抽油機運動時，上沖程與下沖程的運行時間之比；沖程，即抽油桿向上或向下運動的一個行程)自動調整到最佳點(即最大出油點)，對抽油機實現(xiàn)自適應自動調節(jié)與控制，大幅提高了抽油效率，使抽油機的采油量自動達到最大。同時，系統(tǒng)亦可根據人工的干預實現(xiàn)所有功能，即根據人為的參數(shù)設定，專家系統(tǒng)軟件包自動調節(jié)沖次、調整沖程比等，從而達到經驗采油的最大出油量。
專家系統(tǒng)軟件運行時，首先進行系統(tǒng)初始化(包括各種采樣時間間隔的設定、平衡塊位置信號的確定等)，接著檢測是否有抽油機啟動信號，如果有抽油機啟動信號，就啟動抽油機；正常情況下，抽油機按歷史數(shù)據以時間間隔T1運行抽油；當系統(tǒng)滿足試抽條件時，以系統(tǒng)分析確定的時間間隔的試抽方式，首先在實際沖次數(shù)范圍內以時間間隔T2連續(xù)改變沖次數(shù)，比較各個沖次數(shù)的出油量，找到最大出油量的沖次數(shù)，并按此狀態(tài)運行，此時沖程比為1∶1；接著在最大出油量的沖次數(shù)下，在實際允許的沖程比范圍內以時間間隔T3連續(xù)改變沖程比τ，以各個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際改變沖程比，并按此狀態(tài)運行，如果各個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有變大，就按最大出油量的沖次數(shù)且1∶1的沖程比運行；正常情況下，抽油機按歷史數(shù)據以時間間隔T1運行抽油，當系統(tǒng)滿足試抽條件時，重復以上連續(xù)改變沖次數(shù)和沖程比的過程，以適應油井下液面改變而造成的抽油機工況的變化，使抽油機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及大小比較傳感器(液流比較器)，抽油機運行至各特征點傳感器(旋轉位置傳感器)，高性能變頻器(或復合智能模塊)及剎車用的制動單元和制動電阻，小環(huán)境控溫器及溫度傳感器和加熱管，強電控制模塊，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，用于檢測抽油機出油率及出油量的大小，其電信號輸出端經放大器及模數(shù)轉換器與單片機的輸入端相連，將出油信號輸入給單片機進行數(shù)據處理；旋轉位置傳感器，用于抽油機運行位置信息的取集，其輸出端經緩沖放大器陣列及反向驅動器或施密特觸發(fā)器陣列與單片機的輸入端相連，將采集的抽油機位置信號由單片機進行處理；高性能變頻器(或復合智能模塊)，其輸入為工頻動力電，輸出為頻率連續(xù)可調的動態(tài)可預知的電源供給抽油機電機，高性能變頻器(或復合智能模塊)的控制端經從控模塊與CPU相連；主控模塊為整個控制器的核心部件，其外圍連接工況顯示、聲光警戒及存儲器。本控制器還設有控溫模塊及與其相連的溫度傳感器和加熱管，用于溫度信號的采集及加熱的控制。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本控制器集信息技術、控制技術、計算機技術、變頻調速技術(或復合智能模塊技術)、傳感器技術等現(xiàn)代高科技技術于一身，是油田生產實際與現(xiàn)代高科技技術的完美結合。為油田找到了一種切實可行的使抽油機采油量達到最大的方法，提高了采油設備的有效利用率，減少了空耗，節(jié)省了能源。
本發(fā)明的最大特點為能夠自整定，適應較惡劣的工作環(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(1)使用方便，操作簡單，(2)對電網無沖擊，(3)16位工業(yè)級微電腦主控，穩(wěn)定、可靠，(4)技術先進，設計新穎，多重保險，外部電氣特性均符合國家安全標準，(5)過載能力強，(6)智能化程度高，自動處理系統(tǒng)故障。
本發(fā)明實現(xiàn)的主要功能有(1)實現(xiàn)了抽油機的軟啟動，(2)使抽油機的沖次按最大出油點自動調節(jié)，(3)按最大出油點，自動調節(jié)抽油機為上(下)快(上)下慢及均衡運行，(4)提高了抽油機泵效，(5)延長了抽油機的使用壽命，(6)節(jié)約了電能，(7)實現(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處理電路原理圖。
下面結合附圖對本發(fā)明作以說明。
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及大小比較傳感器(液流比較器)，抽油機運行至各特征點傳感器(旋轉位置傳感器)，變頻器(或復合智能模塊)，小環(huán)境控溫器，主控CPU模塊、從控CPU模塊。
本發(fā)明的一個重要部分為變頻器，該變頻器部分可以由復合智能模塊A代換；主控模塊為8位單片機；液流傳感器為一個，把液流量大小及出油率信息及時準確的傳輸給CPU；旋轉位置傳感器為一個，把抽油機特征運行狀態(tài)傳給CPU。
本發(fā)明的工作原理是這樣的該控制器內置專家系統(tǒng)軟件包，工作時，專家系統(tǒng)主要依據液流比較器動態(tài)檢測的出油量情況信號，分析計算抽油機的出油量大小，逐漸逼近的找到動靜態(tài)最大出油工作點，并且自動把抽油機調整到最佳點運行，以實現(xiàn)在不停產的條件下自動調沖次、調沖程比，對抽油機實現(xiàn)自適應自動調節(jié)與控制，提高了抽油效率，使抽油機的采油量達到最大。并可使抽油機運行于上快下慢(或上慢下快)、從而提高泵效。本發(fā)明采用高性能變頻器(或復合智能模塊)，將380V/50Hz交流電變?yōu)?80V、0～65Hz動態(tài)可預知調節(jié)的智能電源供給抽油機電機，輸出匹配于負載的驅動電源，從而實現(xiàn)本發(fā)明的各項功能要求。
其中抑波電抗器和靜止無功發(fā)生器(ASVG)為可選件，可以解決復合智能模塊對電網的諧波干擾等輕重度污染問題。
如附圖2所示，為本發(fā)明的實現(xiàn)方法軟件流程圖。專家系統(tǒng)軟件運行時，首先進行系統(tǒng)初始化(包括各種采樣時間間隔的設定、平衡塊位置信號的確定等)，接著檢測是否有抽油機啟動信號，如果有抽油機啟動信號，就啟動抽油機；正常情況下，抽油機按歷史數(shù)據以時間間隔T1運行抽油；當系統(tǒng)滿足試抽條件時，以系統(tǒng)分析確定的時間間隔的試抽方式，首先在實際沖次數(shù)范圍內以時間間隔T2連續(xù)改變沖次數(shù)，比較各個沖次數(shù)的出油量，找到最大出油量的沖次數(shù)，并按此狀態(tài)運行，此時沖程比為1∶1；接著在最大出油量的沖次數(shù)下，在實際允許的沖程比范圍內以時間間隔T3連續(xù)改變沖程比τ，以各個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際改變沖程比，并按此狀態(tài)運行，如果各個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有變大，就按最大出油量的沖次數(shù)且1∶1的沖程比運行；正常情況下，抽油機按歷史數(shù)據以時間間隔T1運行抽油，當系統(tǒng)滿足試抽條件時，重復以上連續(xù)改變沖次數(shù)和沖程比的過程，以適應油井下液面改變而造成的抽油機工況的變化，使抽油機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，完成本發(fā)明的核心處理；IC3(8279)為鍵盤及顯示驅動模塊，IC4～IC9、IC16配合IC3完成鍵盤按鍵處理及顯示驅動，其中IC4(74HC138)為三——八譯碼器，IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC16為驅動器；IC12(DA0832)為數(shù)模轉換器，與IC13共同完成數(shù)字量到模擬量的轉換，提供給變頻器(或復合智能模塊)的模擬控制信號即由此而來；IC14B、IC14C為位置傳感器的施密特反向驅動器，完成位置信號的輸入轉換；IC15為繼電器輸出驅動器，控制電機啟停的信號即由此而來；IC10為復位芯片；IC11為參量存儲芯片；其它芯片為輔助處理芯片。J1為鍵盤接口，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；IC17、IC18、IC22、IC23為溫度信號的放大處理芯片，完成溫度信號的采集、處理及交付給CPU；N1、N2為驅動繼電器的三極管，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，完成液流信號的核心處理；IC25(AD0809)為模數(shù)轉換芯片，完成模擬量到數(shù)字量的轉換；IC29、IC30、IC31均為放大器，共同配合完成液流信號的采集與處理，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為抽油機的出油是脈動的，所以液流比較器不但能檢測出出油次數(shù)的多少即出油率，而且能檢測出每次出油的大小，電路中的AD0809模數(shù)轉換器就用來完成這個功能，出油信號的有無及大小通過它都能準確地反應到單片機，單片機即根據它轉換來的數(shù)字信號進行有關處理。
權利要求
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行系統(tǒng)初始化，接著檢測是否有抽油機啟動信號，如果有抽油機啟動信號，就啟動抽油機；正常情況下，抽油機按歷史數(shù)據以時間間隔T1運行抽油；當系統(tǒng)滿足試抽條件時，以系統(tǒng)分析確定的時間間隔的試抽方式，首先在實際沖次數(shù)范圍內以時間間隔T2連續(xù)改變沖次數(shù)，比較各個沖次數(shù)的出油量，找到最大出油量的沖次數(shù)，并按此狀態(tài)運行，此時沖程比為1∶1；接著在最大出油量的沖次數(shù)下，在實際允許的沖程比范圍內以時間間隔T3連續(xù)改變沖程比τ，以各個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際改變沖程比，并按此狀態(tài)運行，如果各個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有變大，就按最大出油量的沖次數(shù)且1∶1的沖程比運行；正常情況下，抽油機按歷史數(shù)據以時間間隔T1運行抽油，當系統(tǒng)滿足試抽條件時，重復以上連續(xù)改變沖次數(shù)和沖程比的過程，以適應油井下液面改變而造成的抽油機工況的變化，使抽油機的抽油量始終保持最大。
2.根據權利要求1所述的多功能增油控制器，它還包括液流比較器、旋轉位置傳感器、復合智能模塊、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輸出端經放大器及模數(shù)轉換器與單片機的輸入端相連，將出油量大小信號輸入給單片機進行數(shù)據處理；旋轉位置傳感器的輸出端經緩沖放大器陣列及反向驅動器或施密特觸發(fā)器陣列與單片機的輸入端相連，將采集的抽油機位置信號由單片機進行處理；復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功發(fā)生器組成，其輸入為工頻動力電，輸出為頻率連續(xù)可調的動態(tài)可預知的電源供給抽油機電機，復合智能模塊的控制端經從控模塊與CPU相連；主控模塊為整個控制器的核心部件，其外圍連接工況顯示、聲光警戒及存儲器。
3.根據權利要求2所述的多功能增油控制器，其特征在于所述的復合智能模塊可以由變頻器代換。
4.根據權利要求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)依據液流比較器動態(tài)檢測的出油情況信號,分析計算抽油機的出油情況,逐漸逼近的找到動靜態(tài)最大出油工作點,自動把抽油機調整到最大出油工作點運行,以實現(xiàn)在不停產的條件下把沖次數(shù)、沖程比自動調整到最佳點,對抽油機實現(xiàn)自適應自動調節(jié)與控制,提高了抽油效率,使抽油機的采油量自動達到最大。它還包括液流比較器、旋轉位置傳感器、變頻器或復合智能模塊、CPU控制模塊等。
文檔編號E21B43/12GK1368593SQ0110613
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月5日 優(yōu)先權日2001年2月5日
發(fā)明者田景利, 王洪亮 申請人:田景利