一種抽油機節(jié)能控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種抽油機節(jié)能控制裝置，包括有由電源模塊供電的CPU主控模塊，以及與該CPU主控模塊雙向通信的RS485通信模塊和GPRS通信模塊；其中，所述CPU主控模塊的第一輸入端設置有模擬量輸入模塊，第二輸入端設置有開關量輸入模塊；所述CPU主控模塊的第一輸出端設置有模擬量輸出模塊，第二輸出端設置有開關量輸出模塊。
【專利說明】一種抽油機節(jié)能控制裝置
[0001]

【技術領域】
[0002]本實用新型涉及一種抽油機節(jié)能控制裝置。

【背景技術】
[0003]目前，我國油田的種類比較復雜且其分布區(qū)域相當廣泛，主要有中高滲透多層砂巖油田、低滲透砂巖油田以及稠油油田，其中大多數(shù)油田為低滲透砂巖油田，這就為采油工作提出了很高的技術要求。
[0004]我國作為一個少油的大國，石油相當依賴進口，伴隨著油田的過度開發(fā)，現(xiàn)有的油田大多變?yōu)樨氂途?，產(chǎn)油量逐次下降，這樣，抽油機的高效能運作就顯得尤為重要。
[0005]從石油開采工程技術狀況上看，中國工程技術服務的技術和裝備開發(fā)能力相當薄弱，目前技術含量比較高的主要技術裝備以及資料處理應用的軟件大都需要依靠從發(fā)達國家進口，這些技術輔助性硬件與軟件無法實現(xiàn)國產(chǎn)化，在一定程度上阻礙了中國石油開采技術的創(chuàng)新。
[0006]傳統(tǒng)的游梁式抽油機的效率很低，僅為30%，主要原因是:采油初期井下供液充足，抽油機主電機的裝機功率較大。隨著開采時間的延續(xù)，各大油田逐漸進入石油開采的中后期，井下供液逐漸不足，泵效逐漸降低，“半抽”和“空抽”現(xiàn)象嚴重，加之平衡度調(diào)節(jié)不合理，使機、井參數(shù)失配，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，從而造成電能的巨大浪費以及噸油耗電量的攀升。
[0007]抽油機節(jié)能技術有三類，分別為:改進抽油機結(jié)構(gòu)、采用節(jié)能驅(qū)動設備和采用節(jié)能控制器。本實用新型屬于后者，即以16位CPU為核心，采用模塊化、標準化設計，具有實時數(shù)據(jù)采集、遠程控制、工頻/變頻自動切換、自動沖次調(diào)節(jié)、智能間抽和自動平衡度調(diào)節(jié)等功能。該項專利技術，不僅可以降低抽油機主電機的安裝功率，還可極大降低抽油機的噸油耗電量，實現(xiàn)了油田穩(wěn)產(chǎn)前提下的節(jié)能降耗。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型目的是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷提供一種抽油機節(jié)能控制裝置，該控制裝置集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸入及顯示、控制、數(shù)據(jù)傳輸為一體，通過采集位移傳感信號、電流傳感信號、載荷傳感信號等信號來判斷抽油機的工作狀況，根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)自動控制配重平衡、抽油機沖次、以達到智能控制抽油機的目的，使抽油機始終運行在最高效的工作狀態(tài)。
[0009]本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案:一種抽油機節(jié)能控制裝置，包括有由電源模塊供電的CPU主控模塊，以及與該CPU主控模塊雙向通信的RS485通信模塊和GPRS通信模塊；其中，所述CPU主控模塊的第一輸入端設置有模擬量輸入模塊，第二輸入端設置有開關量輸入模塊；所述CPU主控模塊的第一輸出端設置有模擬量輸出模塊，第二輸出端設置有開關量輸出模塊。
[0010]進一步的，所述CPU主控模塊采用型號為dsPIC33FJ256MC710的單片機。
[0011]進一步的，所述CPU主控模塊包括電源管理模塊、通信設備接口模塊、轉(zhuǎn)發(fā)處理模塊、CPU外擴模塊、數(shù)據(jù)接收處理模塊以及與計算機通信模塊。
[0012]進一步的，所述模擬量輸入模塊由依次耦合連接的電流/電壓轉(zhuǎn)換器、放大器以及鉗位電路構(gòu)成。
[0013]進一步的，所述模擬量輸出模塊包括依次耦合連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓信號調(diào)理電路以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器。
[0014]進一步的，所述鉗位電路由兩個高速開關二極管構(gòu)成。
[0015]進一步的，所述開關量輸入模塊采用了可控光電藕合器件TLP521。
[0016]進一步的，所述開關量輸出模塊采用具有達林頓晶體管陣列電路的大功率驅(qū)動器件 ULN2803A。
[0017]本實用新型的有益效果:本實用新型通過對載荷傳感器、位移傳感器和電流變送器的監(jiān)測，根據(jù)載荷傳感器采集的數(shù)據(jù)計算出最大載荷和最小載荷，根據(jù)位移傳感器采集的位移信號，計算出實際沖次和沖程，自動調(diào)節(jié)抽油機的平衡度和沖次。
[0018]本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)智能間歇控制。
[0019]本實用新型通過分析示功圖可以判斷抽油機工作狀況和井下工況。
[0020]本實用新型還具有RS485串行通信接口與GPRS通信接口，RS485采用MODBUS通信協(xié)議與上位機進行通信，上位機可以遠程控制RTU的啟動、停止、設定頻率、故障復位等功能，還可以修改抽油機的工作參數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2是本實用新型的模擬量輸入模塊原理圖；
[0023]圖3是本實用新型的模擬量輸出模塊原理圖；
[0024]圖4是本實用新型的開關量輸入模塊原理圖；
[0025]圖5是本實用新型的開關量輸出模塊原理圖；
[0026]圖6是本實用新型的GPRS通信電路圖。

【具體實施方式】
[0027]圖1至圖6所示，涉及一種抽油機節(jié)能控制裝置，包括有由電源模塊8供電的CPU主控模塊1，以及與該CPU主控模塊I雙向通信的RS485通信模塊6和GPRS通信模塊7 ;其中，所述CPU主控模塊I的第一輸入端設置有模擬量輸入模塊3，第二輸入端設置有開關量輸入模塊4 ;所述CPU主控模塊I的第一輸出端設置有模擬量輸出模塊2，第二輸出端設置有開關量輸出模塊5。其中，CPU主控模塊I可采用型號為dsPIC33FJ256MC710的單片機。進一步的，所述的模擬量輸入模塊3由依次耦合連接的電流/電壓轉(zhuǎn)換器、放大器以及鉗位電路構(gòu)成；所述的模擬量輸出模塊2包括依次耦合連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓信號調(diào)理電路以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器。其中，所述的鉗位電路由兩個高速開關二極管構(gòu)成。進一步的，所述的開關量輸入模塊4采用了可控光電藕合器件TLP521 ;所述的開關量輸出模塊5采用具有達林頓晶體管陣列電路的大功率驅(qū)動器件ULN2803A。
[0028]其工作原理是:從抽油機電流傳感器采樣來的電流信號經(jīng)模擬量輸入模塊3，變換成一定幅度的電壓信號，該電壓信號經(jīng)CPU主控模塊I內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，同時CPU主控模塊I接收經(jīng)開關量輸入模塊4輸入的脈沖信號，這些信號由CPU主控模塊I運算、處理，發(fā)出相應的開關量輸出信號和模擬量輸出信號；由CPU主控模塊I輸出的開關量輸出信號和模擬量輸出信號通過RS485通信模塊6和GPRS通信模塊7向抽油機輸出控制信號。
[0029]參見圖1，本實用新型的單片機采用Microchip公司的高性能16位數(shù)字信號控制器dsPIC33FJ256MC710，內(nèi)含有12位的A / D轉(zhuǎn)換器(500 ksps)、直接存儲器訪問(DMA)、比較輸出、捕捉輸入、12C接口、SPI接口、CAN接口、USART接口、Flash程序存儲器自讀寫等強大的控制功能，內(nèi)核又具有強大的數(shù)字信號處理能力。采用了改進型的哈佛架構(gòu)、C編譯器優(yōu)化的指令集、流水線取指令方式，具有實用、低價、指令集小、功耗低、速度高、體積小、功能強、抗干擾能力強等特點，非常適用于多通道數(shù)據(jù)的實時采集、處理、存儲和傳送收發(fā)。
[0030]參見圖2，本實用新型模擬量輸入模塊，由電流/電壓轉(zhuǎn)換器RCV420、放大器IS0124以及鉗位電路構(gòu)成。該放大器IS0124的輸入端設置有電容、電感組成的LC-型濾波電路，其輸出端為經(jīng)過調(diào)制解調(diào)隔離的(T5V模擬電壓信號；在模擬量輸入模塊中設置有由速開關二極管D1、D2構(gòu)成采樣信號的鉗位電路；該鉗位電路用來調(diào)節(jié)被采樣電壓的幅值。高。當模擬量輸入模塊中產(chǎn)生故障時可能會導致輸入電壓信號超過芯片引腳的耐壓值，因此需要設計鉗位電路進行限值保護。正常狀態(tài)下，輸入信號值接近滿量程時(比如最大值接近3.3V，最小值接近0V)。在故障狀態(tài)下，當A點電壓超過+3.3V+VR (VR為1N4148的管壓降)，則開關二極管Dl導通，從而將A點電壓鉗制在+3.3V+VR附近，當A點電壓小于-VR時，開關二極管D2導通，從而將A點電壓鉗制在-VR附近，實現(xiàn)了輸入信號的限值保護。
[0031]參見圖3，為本實用新型的模擬量輸出模塊2，包括依次耦合連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓信號調(diào)理電路以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器；數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615用于實現(xiàn)數(shù)字量到模擬電壓量的轉(zhuǎn)換，然后通過電壓信號調(diào)理電路實現(xiàn)(TlOV電壓信號的輸出；最后通過電壓/電流轉(zhuǎn)換器AD694實現(xiàn)Γ20πιΑ電流信號的輸出。該圖中，74HC14為六路施密特反向觸發(fā)器，用于實現(xiàn)數(shù)字信號的反轉(zhuǎn)和整形。6Ν136為高速光耦，當高電平信號作用于引腳2和引腳3時，片內(nèi)發(fā)光二極管被點亮觸發(fā)光敏二極管導通。光敏二極管導通后觸發(fā)片內(nèi)三極管導通，在引腳6輸出反向電平。電阻R1、R3、R5及R2、R4、R6為光耦輸入、輸出端限流電阻。
[0032]參見圖4，為本實用新型的開關量輸入模塊4，采用了可控光電藕合器件TLP521，具有前端與負載完全隔離、電路干擾小、電路設計簡單且系統(tǒng)安全性增加等優(yōu)勢。
[0033]參見圖5，為本實用新型的開關量輸出模塊5，采用具有達林頓晶體管陣列電路的大功率驅(qū)動器件ULN2803A，具有電流增益高，工作電壓高、溫度范圍廣、帶負荷能力強等特點的聞。
[0034]參見圖6，為本實用新型的GPRS通信模塊7。由于系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸方面采用多通信、多串口的DTD465無線數(shù)傳模塊，它可提供標準RS-232，RS-485和UART/TTL電平3種接口方式，并分別可以與計算機、RS-485設備、單片機或其它UART器件直接連接。使用DTD465提供2個串口 3種接口方式，COMl為TTL電平UART接口。DTD465使用+3.6?5.0V直流電源，也可與其他設備公用電源。DTD465產(chǎn)品可以提供透明協(xié)議并且支持各種應用和協(xié)議，如果用戶需要降低成本或減輕終端設備CPU的工作量，另外可在透明協(xié)議的基礎上根據(jù)用戶需求增加一些特定功能來減低成本以及減輕CPU的工作量。
[0035] 以上僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，包括有由電源模塊供電的CPU主控模塊，以及與該CPU主控模塊雙向通信的RS485通信模塊和GPRS通信模塊；其中，所述CPU主控模塊的第一輸入端設置有模擬量輸入模塊，第二輸入端設置有開關量輸入模塊；所述CPU主控模塊的第一輸出端設置有模擬量輸出模塊，第二輸出端設置有開關量輸出模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述CPU主控模塊采用型號為dsPIC33FJ256MC710的單片機。
3.如權(quán)利要求1所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述CPU主控模塊包括電源管理模塊、通信設備接口模塊、轉(zhuǎn)發(fā)處理模塊、CPU外擴模塊、數(shù)據(jù)接收處理模塊以及與計算機通信模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述模擬量輸入模塊由依次耦合連接的電流/電壓轉(zhuǎn)換器、放大器以及鉗位電路構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述模擬量輸出模塊包括依次耦合連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓信號調(diào)理電路以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器。
6.如權(quán)利要求4所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述鉗位電路由兩個高速開關二極管構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述開關量輸入模塊米用了可控光電藕合器件TLP521。
8.如權(quán)利要求1所述的一種抽油機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述開關量輸出模塊采用具有達林頓晶體管陣列電路的大功率驅(qū)動器件ULN2803A。
【文檔編號】G05B19/418GK204155122SQ201420468087
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】劉曙光, 趙文譜 申請人:安徽多杰電氣有限公司