專利名稱：抽油機(jī)控制器、控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開采領(lǐng)域，更具體地說，涉及抽油機(jī)控制器、控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
抽油機(jī)是石油開采作業(yè)中主要的采油設(shè)備之一，在我國，普遍使用的是游梁式抽 油機(jī)。游梁式抽油機(jī)主要組成部分包括驢頭、游梁、連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和動力機(jī)，其工作 原理是，動力機(jī)輸送的動力經(jīng)減速器減速后，驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)，使其帶動游梁上下擺動，從而 可以通過驢頭上的懸繩器帶動抽油泵中的油泵柱塞作上下的往復(fù)運動，進(jìn)而可以將油井中 的油液抽至井上。實際的油井作業(yè)中，在油井的不同開發(fā)生產(chǎn)階段，或是根據(jù)不同的油井中油液的 粘度的不同，抽油機(jī)需要根據(jù)不同的情況，分別以不同的運行方式，才能得到最優(yōu)的生產(chǎn)效 果。具體的，在油井的高產(chǎn)期，需要抽油機(jī)高沖次的運行，這是因為油井中的油液進(jìn)入油泵 速度快，高沖次可以提高采油的效率；當(dāng)油井進(jìn)入開發(fā)生產(chǎn)的后期，由于油液中含水率較 高，如果抽油機(jī)還以高沖次運行，并不能取得較高的產(chǎn)油量，但是，由于抽油機(jī)為高沖次運 行方式，所以動力機(jī)也處于高速運行狀態(tài)，能源消耗高，從而會造成能源的浪費；此時，抽油 機(jī)只有以長沖程、低沖次的方式運行，才能達(dá)到以較小能源消耗得到相對較高的產(chǎn)油量，進(jìn) 而實現(xiàn)能源的節(jié)約。又比如，當(dāng)開采的油井中為稠油時，合理的開采方式為上沖程較快且下 沖程較慢。目前，在實際的生產(chǎn)過程中，為了 了解當(dāng)前的油井狀況，需要檢測人員攜帶檢測設(shè) 備到達(dá)油井的現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行檢測，以采集相關(guān)數(shù)據(jù)。由于油井的數(shù)量過多，或者，受到有 些油井間的距離過遠(yuǎn)、道路不暢或是惡劣天氣的影響，使得檢測人員無法及時的到達(dá)油井 的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)時，也就無法得到油井運行方式的調(diào)整依據(jù)。所以，不能及時而便捷的隨著 油井的不同情況，控制抽油機(jī)，使其運行方式調(diào)整到最佳方式。從而降低了產(chǎn)油效率，或是， 造成能源的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種抽油機(jī)控制器、控制方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)及時 和便捷的控制抽油機(jī)，使其運行方式調(diào)整到最佳方式。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案一種抽油機(jī)控制器，包括單片機(jī)、與所述單片機(jī)連接的傳感器信號接口、遠(yuǎn)程指令 接口、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口和控制接口，其中所述控制接口包括用于發(fā)送變頻控制信號的變頻器控制接口 ；所述傳感器信號接口用于接收傳感器采集到的采樣信號，并將其中的模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號并發(fā)送；所述單片機(jī)用于接收所述數(shù)字信號以及遠(yuǎn)程指令接口發(fā)送的遠(yuǎn)程指令，根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指令生成攜帶用于控制變頻器運行狀 態(tài)的控制信號，并且將所述變頻控制信號和數(shù)據(jù)信息分別提供給所述變頻器控制接口和數(shù) 據(jù)信息發(fā)送接口。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，所述采樣信號包括沖程位置信號、直流母線電壓信號、電能回饋動作信號和負(fù)載力信號。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，還包括自動溫控裝置；所述自動溫控裝置包括溫度傳感器、風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻；溫度傳感器在設(shè)定的溫度值發(fā)送開啟風(fēng)冷機(jī)或加熱電阻的溫控信號。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，所述控制接口還包括電氣控制接口 ；所述控制信號包括 用于控制變頻器啟停的變頻啟停信號和用于變頻器復(fù)位的變頻器復(fù)位信號；所述電氣控制接口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā)送變頻啟停信號和變頻器 復(fù)位信號。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，還包括用于接收本地指令的本地控制接口 ；所述單片機(jī)還用于根據(jù)所述本地指令生成控制信號。 優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，所述遠(yuǎn)程指令接口和數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口采用RS232、 RS485或網(wǎng)絡(luò)接口方式；所述傳感器信號接口、遠(yuǎn)程指令接口、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口、變頻器 控制接口、本地控制接口、溫控接口和單片機(jī)封裝為可編程邏輯控制器PLC。一種抽油機(jī)控制方法，包括接收傳感器信號接口發(fā)送的數(shù)字信號以及遠(yuǎn)程指令接口發(fā)送的遠(yuǎn)程指令，所述傳 感器信號接口轉(zhuǎn)換傳感器采集到的模擬信號得到所述數(shù)字信號；根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息并發(fā)送，以及，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指令生 成控制信號并發(fā)送，所述控制信號包括用于控制變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號。一種抽油機(jī)控制系統(tǒng)，包括變頻器，還包括上位機(jī)、抽油機(jī)控制器及用于對抽油機(jī) 各部件的運行狀態(tài)信息進(jìn)行采樣的傳感器，其中所述上位機(jī)用于接收數(shù)據(jù)信息以生成遠(yuǎn)程控制指令；抽油機(jī)控制器用于接收傳感器采集到的運行狀態(tài)信息，并將其中的模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息并發(fā)送，以及，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指 令生成控制信號并發(fā)送；所述控制信號包括用于控制所述變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，還包括多個交流接觸器和自動溫控裝置；所述控制接口還包括電氣控制接口 ；所述控制信號包括用于控制變頻器啟停的變 頻啟停信號和用于變頻器復(fù)位的變頻器復(fù)位信號；所述電氣控制接口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā)送變頻啟停信號和變頻器 復(fù)位信號。所述交流接觸器設(shè)于所述變頻器和所述電動機(jī)之間，以及所述電動機(jī)供電電路中。所述自動溫控裝置包括溫度傳感器、風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻；溫度傳感器在設(shè)定的溫度值發(fā)送開啟風(fēng)冷機(jī)或加熱電阻的溫控信號。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中，還包括用于向所述抽油控制器發(fā)送本地指令的本地控制單元；所述抽油機(jī)控制器設(shè)有本地控制接口。本發(fā)明實施例中的自動控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的方式，不但使抽油機(jī)可以及時的 調(diào)整抽油機(jī)的沖程、沖次和分別設(shè)置上下沖程的速度。由此提高了抽油機(jī)的產(chǎn)油效率，節(jié)約 了能源。而且，通過多個傳感器采集抽油機(jī)中設(shè)備的各方面的運行狀況信息，并將這些信息 傳送至上位機(jī)中，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的、實時的設(shè)備運行狀況監(jiān)控，不但可以提高提前發(fā)現(xiàn)問 題的幾率，降低設(shè)備損壞的幾率，而且，即使發(fā)生故障也能及時的發(fā)現(xiàn)問題，從而可以更快 的排除故障，有效地降低故障對生產(chǎn)造成的影響和損失。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器中傳感器信號接口的信號處理過程示 意圖；圖3為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器中又一傳感器信號接口的信號處理過 程示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器控制接口發(fā)送控制指令示意圖；圖5為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器又一結(jié)構(gòu)示意圖；；圖6為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器控制接口信號處理過程示意圖；圖7為本發(fā)明實施例中所述溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器與上位機(jī)連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器又一結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制器封裝為PLC的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明實施例中所述抽油機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖1所示，本發(fā)明公開了一種抽油機(jī)控制器，包括單 片機(jī)1、與單片機(jī)1連接的傳感器信號接口 2、遠(yuǎn)程指令接口 3、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口 4和控制 接口 5 ；控制接口 5包括變頻器控制接口 ；單片機(jī)1 接收傳感器信號接口 2發(fā)送的數(shù)字信號，和，遠(yuǎn)程指令接口 3發(fā)送的遠(yuǎn) 程指令；傳感器信號接口 2接收傳感器采集到的采樣信號，并將其中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號；根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指令生成控制信號； 所述控制信號包括用于控制變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號；發(fā)送變頻控制信號至變頻器 控制接口 ；發(fā)送數(shù)據(jù)信號至數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口。
在本發(fā)明實施例中，為了能夠及時而靈活的隨著油井的不同情況調(diào)整抽油機(jī)的運 行方式，采用了遠(yuǎn)程控制和自動控制相結(jié)合的方式。具體的首先，通過傳感器信號接口 2，接收傳感器采集的采樣信號，并將其中的模擬線號 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這里的傳感器可以包括用于測定沖程位置信號的傳感器和用于檢測電動 機(jī)功率的傳感器。本發(fā)明實施例中，傳感器信號接口 2可以包括有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。這樣，經(jīng) 過傳感器信號接口 2，各傳感器所采集到的模擬信號可以被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。具體的，傳感器信號接口的信號處理過程可以如圖2所示，傳感器將變頻器電流 信號或變頻器電壓信號，通過線性光藕傳送至傳感器信號接口中的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊中，從而 生成數(shù)字信號；或者如圖3所示，傳感器將變頻器的運行信號或變頻器故障信號通過光藕 傳送至傳感器信號接口。由于數(shù)字信號作為目前抽油機(jī)中設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，可以作為調(diào)整抽油機(jī) 運行狀態(tài)的依據(jù)。所以，單片機(jī)1獲取到數(shù)字信號后，可以根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信 號，然后通過控制接口 5對抽油機(jī)的運行狀態(tài)加以調(diào)整。從而實現(xiàn)抽油機(jī)的自動控制。比 如，當(dāng)傳感器采集沖程位置信號時，如果以采集驢頭的位置信號為準(zhǔn)，則可以根據(jù)驢頭在到 達(dá)相同位置的時間間隔，得到抽油機(jī)當(dāng)前的沖次。單片機(jī)1通過預(yù)先載入的程序，可以設(shè)定 沖次的最大值，當(dāng)沖次大于最大值時，生成用于控制變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號，變頻 器控制接口 5獲取變頻控制信號后，發(fā)送變頻控制信號以控制變頻器，通過改變變頻器的 變頻系數(shù)來降低抽油機(jī)的沖次。從而自動的使抽油機(jī)調(diào)整至預(yù)定的運行狀態(tài)。從而實現(xiàn)了 抽油機(jī)的自動調(diào)控。具體的，控制接口將單片機(jī)的控制指令發(fā)送至所需控制的設(shè)備的過程可以如圖4 所示，變頻控制信號經(jīng)過低通濾波和放大電路后生成變頻器頻率給定信號，從而將變頻器 的頻率調(diào)整為指定的頻率。在本發(fā)明實施例中，通過傳感器采集沖程位置信號，還可以判定驢頭是處于上沖 程還是下沖程，或者，得到?jīng)_程的長度。由于在井液粘稠度較高的情況下，如果能夠使抽油桿慢速下降且快速提升，不但 可以達(dá)到節(jié)電的效果，而且能夠有效地調(diào)整油水比例，提高產(chǎn)量。所以，在本發(fā)明實施例中， 傳感器得到的沖程位置信號的模擬信號，傳感器信號接口 2將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 并將數(shù)字信號傳輸至單片機(jī)1，單片機(jī)1通過數(shù)字信號判斷驢頭是處于上沖程還是下沖程， 從而生成控制變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號，使變頻器以分別與上下沖程相對應(yīng)的變頻 系數(shù)運行。具體地說，當(dāng)驢頭處于下沖程時，變頻控制信號控制變頻器減小頻率使抽油機(jī)的 轉(zhuǎn)速變慢，從而降低驢頭的下行速度；當(dāng)驢頭處于上沖程時，變頻控制信號控制變頻器加大 頻率使抽油機(jī)的轉(zhuǎn)速加快，從而增加上行速度，由此，實現(xiàn)了自動的將抽油機(jī)的上下沖程分 別控制為不同的速度。進(jìn)而不但節(jié)約了電能，還提高了產(chǎn)油量。通過得到?jīng)_程的長度，可以判定現(xiàn)有的沖程長度是否與最佳沖程長度一致，從而 可以對沖程加以調(diào)整。本技術(shù)領(lǐng)域人員應(yīng)該知道，通過傳感器得到?jīng)_程位置信號的方式很多，既包括通 過游梁的位置信息，也可以通過連桿機(jī)構(gòu)的位置信息等，這些改動并不能超出本發(fā)明的保 護(hù)范圍。本發(fā)明實施例中，單片機(jī)1還可以根據(jù)從傳感器信號接口 2接收的數(shù)字信號生成
7數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息作為反映抽油機(jī)設(shè)備運行狀態(tài)的信息，可以通過數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口 4 發(fā)送到遠(yuǎn)程的上位機(jī)中。通過上位機(jī)中設(shè)有的專家系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)行存儲、統(tǒng)計和 分析等。從而可以根據(jù)抽油機(jī)設(shè)備實時的數(shù)據(jù)，或是，根據(jù)存儲的各個時期的運行數(shù)據(jù)對設(shè) 備和目前油井的井下情況進(jìn)行評估，進(jìn)而生成相應(yīng)的抽油機(jī)調(diào)整運行狀態(tài)的遠(yuǎn)程指令，并 將指令發(fā)送至遠(yuǎn)程指令接口 3。單片機(jī)1接經(jīng)由遠(yuǎn)程指令接口 3收到遠(yuǎn)程指令后，根據(jù)指令 的不同，可以生成相應(yīng)的控制信號，控制相應(yīng)的設(shè)備。在本發(fā)明實施例中，所述遠(yuǎn)程指令接口和數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口可以采用RS232、 RS485或網(wǎng)絡(luò)接口方式。具體的，如圖5所示，當(dāng)遠(yuǎn)程指令接口 3和數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口 4可以通過設(shè)有無線 通信平臺6與上位機(jī)7實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。無線通信平臺6可以通過諸如GPRS、CDMA等通信運 營商提供的通信通道，也可以是無線電臺等。此外，也可以是通過電話線、網(wǎng)線、光纖等有線 連接方式實現(xiàn)與上位機(jī)7的數(shù)據(jù)通信。在上述所有實施例中，還可以設(shè)有電氣控制接口 ；所述控制信號包括用于控制變 頻器啟停的變頻啟停信號和用于變頻器復(fù)位的變頻器復(fù)位信號；所述電氣控制接口用于向 電氣電路中的交流接觸器發(fā)送變頻啟停信號和變頻器復(fù)位信號。通過設(shè)定變頻器的啟停時間點，從而可以使抽油機(jī)在設(shè)定的時間段、在設(shè)定的運 轉(zhuǎn)頻率下工作。從而實現(xiàn)了抽油機(jī)的靈活控制。此外，通過設(shè)有變頻器故障復(fù)位信號，可以 在變頻器工作異常的時候，通過對變頻器進(jìn)行復(fù)位操作來排除故障。具體的，可以如圖6所示，變頻控制信號經(jīng)過繼電器后生成變頻器啟停信號或是 變頻器復(fù)位信號，從而可以控制變頻器的開關(guān)和復(fù)位。由于在實際應(yīng)用中，有時候需要將抽油中的諸如變頻器或是電動機(jī)等設(shè)備的電路 實施斷開或連通操作。為此，在本發(fā)明實施例中，抽油機(jī)控制器還設(shè)有電氣控制接口 ；通過 向設(shè)置在需要進(jìn)行通斷操作的電路中的交流接觸器發(fā)送控制信號，從而控制相應(yīng)電路的通 斷。具體的，可以在變頻器和所述電動機(jī)之間設(shè)有交流接觸器，從而可以實現(xiàn)對變頻器的開 閉。此外，還可以在所述電動機(jī)供電電路中設(shè)有所述交流接觸器，從而可以實現(xiàn)對電動機(jī)的 開閉。在本發(fā)明實施例中，所述采樣信號還可以包括，直流母線電壓信號、電能回饋動作 信號和負(fù)載力信號。這些信號通過抽油機(jī)控制器，以數(shù)據(jù)信息的形式傳送至上位機(jī)中，從而 可以對設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控。其中，直流母線電壓信號用于判斷設(shè)備是否超過電壓，電 能回饋動作信號用于判斷設(shè)備是否處于再生發(fā)電狀態(tài)。負(fù)載力信號用于計算示功圖，并且 也用于判斷設(shè)備的阻力是否在正常范圍。通過對抽油機(jī)中設(shè)備的全面監(jiān)控，使得當(dāng)設(shè)備運行異常或發(fā)生故障的時候，可以 及時的被通過與本控制器遠(yuǎn)程連接的上位機(jī)發(fā)現(xiàn)，從而可以及時的對抽油機(jī)作相應(yīng)的調(diào) 整，避免故障的發(fā)生，或者，在發(fā)生不能遠(yuǎn)程排除的故障的時候，可以第一時間發(fā)現(xiàn)故障，從 而可以及時的排除故障，進(jìn)而可以最大限度的減少故障所造成的損失。在本發(fā)明實施例中，與上述實施例的結(jié)構(gòu)基本相似，此外，還設(shè)有自動溫控裝置； 所述自動溫控裝置包括溫度傳感器、風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻；溫度傳感器在設(shè)定的溫度值發(fā)送 開啟風(fēng)冷機(jī)或加熱電阻的溫控信號。在本發(fā)明實施例中，溫控設(shè)備可以由加熱電阻和風(fēng)扇組成，從而可以通過加熱電阻對抽油機(jī)控制器進(jìn)行升溫和對抽油機(jī)控制器實施風(fēng)冷降溫。從而保證抽油機(jī)控制器在嚴(yán) 寒或高溫的環(huán)境中能夠正常的運行。圖7所示出的是本發(fā)明實施例中，溫度傳感器的組成結(jié)構(gòu)。通過熱敏電阻在不同 溫度中阻值的變化，使得電路中的電壓發(fā)生相應(yīng)變化，從而可以生成溫度控制信號，控制溫 控裝置升溫或降溫。本發(fā)明實施例通過設(shè)有遠(yuǎn)程的上位機(jī)，根據(jù)接收到的抽油機(jī)控制器中的數(shù)據(jù)信 息，使得每個抽油機(jī)中的設(shè)備工作狀態(tài)可以以數(shù)據(jù)信息的形式在上位機(jī)中得以體現(xiàn)，從而 可以使工作人員不必到達(dá)油井現(xiàn)場即可了解油井抽油機(jī)的相關(guān)設(shè)備的運行情況并對抽油 機(jī)的設(shè)備實現(xiàn)控制。而且，上位機(jī)還可以同時與多個油井的抽油機(jī)連接，從而實現(xiàn)多油井的 集中管理。進(jìn)而可以及時而便捷的實現(xiàn)油井的管理和控制。在實際的油井作業(yè)中，游梁式抽油機(jī)會因為發(fā)生的各種設(shè)備故障而造成設(shè)備的損 失，以及由于故障沒有及時的排除而影響產(chǎn)油量。比如，抽油桿或抽油泵的斷脫會使采油 中斷，柱塞泵過度磨損、固定閥或游動閥的失靈或造成油液的嚴(yán)重漏失從而影響產(chǎn)油量，此 外，還可能由于過載而燒毀電動機(jī)，或者，由于抽油泵干抽而燒毀盤根，以及由于油井供液 不足而發(fā)生液擊等。在目前，為了避免故障的發(fā)生，以及發(fā)現(xiàn)已發(fā)生的故障，需要檢測人員攜帶檢測設(shè) 備到達(dá)油井的現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行檢測。但是，由于受到有些油井間的距離過遠(yuǎn)、道路不暢或是 惡劣天氣的影響，檢測人員無法及時的到達(dá)油井的現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行檢測。這樣，使得有些故 障無法通過及時的設(shè)備檢測來避免，從而造成設(shè)備的損失和浪費。另外，一些已經(jīng)發(fā)生的故 障也無法及時的被發(fā)現(xiàn)，從而延誤了修復(fù)的時間，使得油井的產(chǎn)量受到影響，進(jìn)而造成了損 失的進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，目前檢測人員攜帶檢測設(shè)備到達(dá)油井的現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行檢測的方式，還使 得工作人員的工作時間過長，勞動強(qiáng)度大。而且，由于需要工作人員數(shù)量多，從而人員成本過高。本發(fā)明實施例中的自動控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的方式，不但使抽油機(jī)可以及時的 調(diào)整抽油機(jī)的沖程、沖次和分別設(shè)置上下沖程的速度。由此提高了抽油機(jī)的產(chǎn)油效率，節(jié)約 了能源。而且，通過多個傳感器采集抽油機(jī)中設(shè)備的各方面的運行狀況信息，并將這些信息 傳送至上位機(jī)中，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的、實時的設(shè)備運行狀況監(jiān)控，不但可以提高提前發(fā)現(xiàn)問 題的幾率，降低設(shè)備損壞的幾率，而且，即使發(fā)生故障也能及時的發(fā)現(xiàn)問題，從而可以更快 的排除故障，有效地降低故障對生產(chǎn)造成的影響和損失。另外，如圖8所示，本發(fā)明實施例中，上位機(jī)7可以同時連接控制多個抽油機(jī)控制 器11，從而實現(xiàn)了集中管理，從而大大的降低了工作人員的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。如圖9所示，在本發(fā)明的另一實施例中，基本結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例相似，并在此 基礎(chǔ)上還可以設(shè)有用于接收本地指令的本地控制接口 8 ；所述單片機(jī)1還用于根據(jù)所述本 地指令生成控制信號。由于在油井的現(xiàn)場有時候也需要對抽油機(jī)加以控制，為此，在本發(fā)明實施例中，還 為抽油機(jī)控制器設(shè)有本地控制接口 8，可以通過本地控制設(shè)備，向單片機(jī)1發(fā)送本地指令， 從而實現(xiàn)對抽油機(jī)設(shè)備的現(xiàn)場控制。在本發(fā)明的另一實施例中，傳感器信號接口、遠(yuǎn)程指令接口、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口、變頻器控制接口、本地控制接口、溫控接口和單片機(jī)可以封裝為PLC。與將單片機(jī)和各個接 口在線路板上電路連接相比，封裝為PLC后的抽油機(jī)控制器通過集成化各功能模塊，使得 控制器的結(jié)構(gòu)更加的簡單。而且，封裝為PLC還可以提高控制器的工作穩(wěn)定性和抗干擾能 力。如圖10所示，封裝為PLC后的抽油機(jī)控制器，可以通過pic的數(shù)字輸入輸出端口 和模擬輸入輸出端口完成抽油機(jī)控制器各個接口的功能。本發(fā)明實施例中還提供了一種抽油機(jī)控制方法，包括接收傳感器信號接口發(fā)送的數(shù)字信號，和，遠(yuǎn)程指令接口發(fā)送的遠(yuǎn)程指令；所述傳 感器信號接口接收傳感器采集到的采樣信號，并將其中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；在本實施例中，使用單片機(jī)作為控制中心與各個接口連接，接收數(shù)據(jù)信息或遠(yuǎn)程 指令，本發(fā)明實施例中，所述傳感器可以是獲得沖程位置信號的傳感器，所述傳感器將采集 到的模擬信號的沖程位置信號傳送至傳感器信號接口，傳感器信號接口通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，生 成沖程位置的數(shù)字信號。這些數(shù)字信號發(fā)送至單片機(jī)中之后，通過單片機(jī)內(nèi)部預(yù)設(shè)的程序 進(jìn)行邏輯運算，生成控制信號；由于數(shù)字信號作為目前抽油機(jī)中設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，可以作為調(diào)整抽油機(jī) 運行狀態(tài)的依據(jù)。所以，單片機(jī)獲取到數(shù)字信號后，可以根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號， 對抽油機(jī)的狀態(tài)加以調(diào)整。從而實現(xiàn)抽油機(jī)的自動控制。比如，當(dāng)傳感器采集沖程位置信號 時，如果以采集驢頭的位置信號為準(zhǔn)，則可以根據(jù)驢頭在到達(dá)相同位置的時間間隔，得到抽 油機(jī)當(dāng)前的沖次。單片機(jī)通過預(yù)先載入的程序，可以設(shè)定沖次的最大值，當(dāng)沖次大于最大值 時，生成用于控制變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號，變頻器控制接口獲取變頻控制信號后， 發(fā)送變頻控制信號以控制變頻器，通過改變變頻器的變頻系數(shù)來降低抽油機(jī)的沖次。從而 自動的使抽油機(jī)調(diào)整至預(yù)定的運行狀態(tài)。從而實現(xiàn)了抽油機(jī)的自動調(diào)控。在本發(fā)明實施例中，單片機(jī)還可以通過遠(yuǎn)程指令接口接收遠(yuǎn)程指令；然后根據(jù)遠(yuǎn) 程指令生成控制信號；接著通過控制接口控制抽油機(jī)中設(shè)備的運行狀態(tài)。本發(fā)明實施例中，遠(yuǎn)程指令可以由上位機(jī)發(fā)出，所述上位機(jī)，可以是一個用于集中 管理和控制多個抽油控制器的計算機(jī)。上位機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)等各種通訊方式向各個抽油控 制器中的單片機(jī)發(fā)送遠(yuǎn)程指令，或是接收單片機(jī)通過數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口發(fā)送的數(shù)據(jù)信息； 由于數(shù)字信號作為目前抽油機(jī)中設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，可以作為調(diào)整抽油機(jī)運行狀態(tài) 的依據(jù)。所以，通過上位機(jī)中設(shè)有的專家系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)行存儲、統(tǒng)計和分析等。從 而可以根據(jù)抽油機(jī)設(shè)備實時的數(shù)據(jù)，或是，根據(jù)存儲的各個時期的運行數(shù)據(jù)對設(shè)備或目前 油井的井下情況進(jìn)行評估，進(jìn)而生成相應(yīng)的抽油機(jī)調(diào)整運行狀態(tài)的遠(yuǎn)程指令，并將指令發(fā) 送至遠(yuǎn)程指令接口。單片機(jī)接經(jīng)由遠(yuǎn)程指令接口收到遠(yuǎn)程指令后，根據(jù)指令的不同，可以生 成相應(yīng)的控制信號，控制相應(yīng)的設(shè)備。比如，可以發(fā)送變頻控制信號至變頻器控制接口。本發(fā)明實施例中的方法，不但使抽油機(jī)可以及時的調(diào)整抽油機(jī)的沖程、沖次和分 別設(shè)置上下沖程的速度。由此提高了抽油機(jī)的產(chǎn)油效率，節(jié)約了能源。而且，通過多個傳感 器采集抽油機(jī)中設(shè)備的各方面的運行狀況信息，并將這些信息傳送至上位機(jī)中，從而實現(xiàn) 了遠(yuǎn)程的、實時的設(shè)備運行狀況監(jiān)控，不但可以提高提前發(fā)現(xiàn)問題的幾率，降低設(shè)備損壞的 幾率，而且，即使發(fā)生故障也能及時的發(fā)現(xiàn)問題，從而可以更快的排除故障，有效地降低故 障對生產(chǎn)造成的影響和損失。
如圖11所示，在本發(fā)明的另一實施例中，還提供了一種抽油機(jī)控制系統(tǒng)，包括圖1 所示實施例中所述抽油機(jī)控制器，還包括上位機(jī)7、傳感器6和變頻器9 ；所述上位機(jī)7用 于根據(jù)數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口 4發(fā)送的數(shù)據(jù)信息生成遠(yuǎn)程指令，并將所述遠(yuǎn)程指令發(fā)送至遠(yuǎn)程 指令接口 4 ；所述傳感器6可以為多個，分別用于采集包括運行中抽油機(jī)的實時的沖程位置 信息、電動機(jī)功率信號、直流母線電壓信號、電能回饋動作信號、負(fù)載力信號和溫度信號；所 述變頻器用于控制抽油機(jī)電動機(jī)的運行頻率。在本發(fā)明實施例中，多個傳感器6通過分別采集包括運行中抽油機(jī)的實時的沖程 位置信息、電動機(jī)功率信號、直流母線電壓信號、電能回饋動作信號、負(fù)載力信號和溫度信 號等，通過采集抽油井中多個設(shè)備的運行狀態(tài)信息，不但可以為對抽油機(jī)控制器提供更多 的信息依據(jù)，而且，通過將全面的設(shè)備運行狀態(tài)信息接收至單片機(jī)1，然后再通過數(shù)據(jù)信息 發(fā)送接口 4將已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息的各種設(shè)備運行狀態(tài)信息發(fā)送至上位機(jī)7中，從而使得 抽油機(jī)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理和控制的數(shù)據(jù)依據(jù)更加的全面完整。在本發(fā)明的另一實施例中，基本結(jié)構(gòu)與圖11所示實施例基本相似，另外，本發(fā)明 實施還設(shè)有還包括多個交流接觸器和自動溫控裝置；控制接口還包括電氣控制接口 ；控制信號包括用于控制變頻器啟停的變頻啟停信 號和用于變頻器復(fù)位的變頻器復(fù)位信號；電氣控制接口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā) 送變頻啟停信號和變頻器復(fù)位信號。交流接觸器設(shè)于所述變頻器和所述電動機(jī)之間，以及 所述電動機(jī)供電電路中。所述電氣控制接口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā)送變頻啟停信號和變頻器 復(fù)位信號。通過設(shè)定變頻器的啟停時間點，從而可以使抽油機(jī)在設(shè)定的時間段、在設(shè)定的運 轉(zhuǎn)頻率下工作。從而實現(xiàn)了抽油機(jī)的靈活控制。此外，通過設(shè)有變頻器故障復(fù)位信號，可以 在變頻器工作異常的時候，通過對變頻器進(jìn)行復(fù)位操作來排除故障。所述自動溫控裝置包括溫度傳感器、風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻；溫度傳感器在設(shè)定的溫 度值發(fā)送開啟風(fēng)冷機(jī)或加熱電阻的溫控信號。在本發(fā)明實施例中，溫控設(shè)備可以由加熱電阻和風(fēng)扇組成，從而可以通過加熱電 阻對抽油機(jī)控制器進(jìn)行升溫和對抽油機(jī)控制器實施風(fēng)冷降溫。從而保證抽油機(jī)控制器在嚴(yán) 寒或高溫的環(huán)境中能夠正常的運行。由于在實際應(yīng)用中，有時候需要將抽油井中的諸如變頻器或是電動機(jī)等設(shè)備的電 路實施斷開或連通操作。為此，在本發(fā)明實施例中，抽油機(jī)控制器還設(shè)有電氣控制接口 ；通 過向設(shè)置在需要進(jìn)行通斷操作的電路中的交流接觸器發(fā)送電氣控制信號，從而控制相應(yīng)電 路的通斷。具體的，可以在變頻器和所述電動機(jī)之間設(shè)有交流接觸器，從而可以實現(xiàn)對變頻 器的開閉。此外，還可以在所述電動機(jī)供電電路中設(shè)有所述交流接觸器，從而可以實現(xiàn)對電 動機(jī)的開閉。所述抽油機(jī)控制器還包括與單片機(jī)連接的電氣控制接口和溫控接口 ；電氣控制接 口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā)送電氣控制信號；溫控接口用于向控溫設(shè)備發(fā)送溫度 控制信號的溫控接口。所述溫控設(shè)備包括風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻；所述交流接觸器設(shè)于所述變 頻器和所述電動機(jī)之間，以及所述電動機(jī)供電電路中。在本發(fā)明的另一實施例中，基本結(jié)構(gòu)與上述實施例相似，并在此基礎(chǔ)上，還可以包括用于向所述抽油控制器發(fā)送本地指令的本地控制單元；所述抽油機(jī)控制器設(shè)有本地控制接口。由于在油井的現(xiàn)場有時候也需要對抽油機(jī)加以控制，為此，在本發(fā)明實施例中，還 為抽油機(jī)控制器設(shè)有本地控制接口，可以通過本地控制設(shè)備，向單片機(jī)發(fā)送本地指令，從而 實現(xiàn)對抽油機(jī)設(shè)備的現(xiàn)場控制。本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
1權(quán)利要求
一種抽油機(jī)控制器，其特征在于，包括單片機(jī)、與所述單片機(jī)連接的傳感器信號接口、遠(yuǎn)程指令接口、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口和控制接口，其中所述控制接口包括用于發(fā)送變頻控制信號的變頻器控制接口；所述傳感器信號接口用于接收傳感器采集到的采樣信號，并將其中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送；所述單片機(jī)用于接收所述數(shù)字信號以及遠(yuǎn)程指令接口發(fā)送的遠(yuǎn)程指令，根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指令生成攜帶用于控制變頻器運行狀態(tài)的控制信號，并且將所述變頻控制信號和數(shù)據(jù)信息分別提供給所述變頻器控制接口和數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制器，其特征在于，所述采樣信號包括 沖程位置信號、直流母線電壓信號、電能回饋動作信號和負(fù)載力信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述控制器，其特征在于，還包括自動溫控裝置； 所述自動溫控裝置包括溫度傳感器、風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻；溫度傳感器在設(shè)定的溫度值發(fā)送開啟風(fēng)冷機(jī)或加熱電阻的溫控信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制器，其特征在于，所述控制接口還包括電氣控制接口；所 述控制信號包括用于控制變頻器啟停的變頻啟停信號和用于變頻器復(fù)位的變頻器復(fù)位信 號；所述電氣控制接口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā)送變頻啟停信號和變頻器復(fù)位信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述控制器，其特征在于，還包括用于接收本地指令的本地控制接Π ；所述單片機(jī)還用于根據(jù)所述本地指令生成控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述控制器，其特征在于，所述遠(yuǎn)程指令接口和數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口 采用RS232、RS485或網(wǎng)絡(luò)接口方式；所述傳感器信號接口、遠(yuǎn)程指令接口、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接 口、變頻器控制接口、本地控制接口、溫控接口和單片機(jī)封裝為可編程邏輯控制器PLC。
7.一種抽油機(jī)控制方法，其特征在于，包括接收傳感器信號接口發(fā)送的數(shù)字信號以及遠(yuǎn)程指令接口發(fā)送的遠(yuǎn)程指令，所述傳感器 信號接口轉(zhuǎn)換傳感器采集到的模擬信號得到所述數(shù)字信號；根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息并發(fā)送，以及，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指令生成控 制信號并發(fā)送，所述控制信號包括用于控制變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號。
8.一種抽油機(jī)控制系統(tǒng)，包括變頻器，其特征在于，還包括上位機(jī)、抽油機(jī)控制器及用 于對抽油機(jī)各部件的運行狀態(tài)信息進(jìn)行采樣的傳感器，其中所述上位機(jī)用于接收數(shù)據(jù)信息以生成遠(yuǎn)程控制指令；抽油機(jī)控制器用于接收傳感器采集到的運行狀態(tài)信息，并將其中的模擬信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號，根據(jù)所述數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息并發(fā)送，以及，根據(jù)所述遠(yuǎn)程指令生 成控制信號并發(fā)送；所述控制信號包括用于控制所述變頻器運行狀態(tài)的變頻控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括多個交流接觸器和自動溫控裝置；所述控制接口還包括電氣控制接口 ；所述控制信號包括用于控制變頻器啟停的變頻啟 停信號和用于變頻器復(fù)位的變頻器復(fù)位信號；所述電氣控制接口用于向電氣電路中的交流接觸器發(fā)送變頻啟停信號和變頻器復(fù)位信號。所述交流接觸器設(shè)于所述變頻器和所述電動機(jī)之間，以及所述電動機(jī)供電電路中。 所述自動溫控裝置包括溫度傳感器、風(fēng)冷機(jī)和加熱電阻； 溫度傳感器在設(shè)定的溫度值發(fā)送開啟風(fēng)冷機(jī)或加熱電阻的溫控信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于向所述抽油控制器發(fā)送本 地指令的本地控制單元；所述抽油機(jī)控制器設(shè)有本地控制接口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抽油機(jī)控制器、方法和系統(tǒng)，抽油機(jī)控制器包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的傳感器信號接口、遠(yuǎn)程指令接口、數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口和控制接口，控制接口包括變頻器控制接口；傳感器信號接口用于接收傳感器采集到的采樣信號，將其中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送；單片機(jī)用于接收數(shù)字信號以及遠(yuǎn)程指令接口發(fā)送的遠(yuǎn)程指令，根據(jù)數(shù)字信號生成控制信號或數(shù)據(jù)信息，根據(jù)遠(yuǎn)程指令生成攜帶用于控制變頻器運行狀態(tài)的控制信號，將變頻控制信號和數(shù)據(jù)信息分別提供給變頻器控制接口和數(shù)據(jù)信息發(fā)送接口。本發(fā)明通過自動控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的方式，提高了抽油機(jī)的產(chǎn)油效率，節(jié)約了能源。并且實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的、實時的設(shè)備運行狀況監(jiān)控。
文檔編號G05B19/418GK101950169SQ20101027226
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者周見豪, 張洪林, 曾洪駿, 閆永勤 申請人:北京時代科儀新能源科技有限公司