一种数字化抽油机控制柜及控制方法技术

一种数字化抽油机控制柜及控制方法。控制器连接通讯模块、载荷传感器、角位移传感器、限位继电器、调平控制继电器、电流变送器、控制面板、变频器、启停控制继电器、电源模块、显示模块和电量模块；通讯模块连接天线，限位继电器连接限位信号传输，电流变送器连接平衡电机、平衡电机交流接触器，平衡电机交流接触器连接调平控制继电器，调平控制继电器连接控制面板，启停控制继电器连接第一主电机工频器、第二主电机工频器，第一主电机工频器连接电机综合保护器、主电机，第二主电机工频器连接主电机，控制面板连接变频器，变频器连接第二主电机工频器，三相供电器连接变频器、第一主电机工频器、电流互感器，电流互感器连接电量模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于油田数字化

技术介绍
油田自推广实施数字化油田以来，抽油机作为油田开发的主要设备及耗能大户，受到了极大的关注。数字化抽油机是针对目前数字化建设现场施工中安装工作量大、野外施工难度大、油田现场动火、动电危险度高、设备集成度低、各施工单位安装方式不统一等问题而研制的新产品。要求数字化抽油机满足以下功能:(I)系统应具备油井载荷、位移和三相电参数自动采集功能；(2)系统应具备冲次调节功能；(3)系统应具备平衡度调节功能；(4)系统应具备主电机保护功能。因此，针对油田复杂的地理环境下、占生产井总数的1/3、产量在l_2m3/d的低产井工况，需设计一套完成上述各项功能的集中式控制柜体。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供。—种数字化抽油机控制柜及控制方法，含有以下步骤；步骤I)、数据采集；通过RTU、载荷传感器、角位移传感器、电量模块、电流互感器、显示模块采集基本的运行数据、示功图、电流图、功率图；通过显示模块显示冲次、平衡度信息；显示模块与RTU通过RS485连接；步骤2)、冲次调节、启停控制、主电机保护；通过RTU实现冲次自动调节、和远程手动调节，通过控制面板实现冲次本地手动调节；通过RTU、控制面板、启停控制继电器、交流接触器实现抽油机的启停控制，通过RTU实现远程启停控制，通过控制面板实现本地启停控制；RTU通过对电机电量参数和变频器状态的采集，控制抽油机在变频工作状态下异常停止，实现对主电机的保护；通过RTU对电机电量参数的采集，和电机综合保护器的作用，控制抽油机在工频状态下的异常停止，实现对主电机的保护；变频器与RTU通过RS485连接，与显示模块共用RTU同一个通信接口 ；步骤3)、平衡调节、平衡电机保护；通过RTU实现平衡自动调节，通过控制面板实现平衡本地手动调节；RTU通过对电流变送器的采集，可实现对调平衡电机的电流保护；通过限位信号可实现平衡电机的限位保护；步骤4)、数据通信；RTU通过通信模块、天线实现与井场主RTU的通信，再通过井场主RTU实现与上位机的通信；控制器通过Al接口实时采集负荷传感器、电流变送器和角位移传感器信号，形成不功图和电流图。还含有以下步骤；控制器通过Al接口采集汇管压力变送器，计算汇管压力；控制器通过DI接口采集冲次和平衡度的自动、手动调节状态，以此确定是否进行自动调节计算；控制器通过DI接口采集平衡调节电机的行程开关，在自动调节时，控制调节的运行状态；控制器通过DO接口控制外接继电器，可直接控制抽油机的启停；控制器通过DO接口控制外接继电器，控制调平衡电机的运行；控制器通过RS485接口与LED显示器连接，显示当前冲次和当前平衡度；两者之间通信协议为Modbus RTU，其中LED显示器为从站，控制器为主站；控制器通过RS485接口与电量模块连接，主要采集三项电参数据；两者之间通信协议为Modbus RTU，其中电量模块为从站，控制器为主站；控制器通过RS485接口与变频器连接，读取变频器可提供的各类数据信息，并可通过变频器控制抽油机的启停；两者之间通信协议为Modbus RTU，其中控制器为主站，变频器为从站；控制器通过RS232/RS485接口与无线通信模块连接，实现其与井场主RTU的通信，进而实现与站控系统的通信；控制器通过AUD1与报警器连接，实现抽油机的启停报警；控制器通过24V开关电源供电，内部再通过隔离的5V开关电源为控制器的核心电路供电；24V电源同时为仪表及1接口电路供电。一种数字化抽油机控制柜，控制器I连接通讯模块2、载荷传感器6、角位移传感器7、限位继电器21、调平控制继电器9、电流变送器22、控制面板10、变频器11、启停控制继电器12、电源模块3、显示模块4和电量模块5 ;通讯模块2连接天线8，限位继电器21连接限位信号传输20，电流变送器22连接平衡电机19、平衡电机交流接触器23，平衡电机交流接触器23连接调平控制继电器9，调平控制继电器9连接控制面板10，启停控制继电器12连接第一主电机工频器14、第二主电机工频器13，第一主电机工频器14连接电机综合保护器17、主电机18，第二主电机工频器13连接主电机18，控制面板10连接变频器11，变频器11连接第二主电机工频器13，三相供电器16连接变频器11、第一主电机工频器14、电流互感器15，电流互感器15连接电量模块5。—种数字化抽油机控制柜，主要由控制面板、变频器、RTU、工频和变频控制回路、制动电阻等附件组成。(I)控制面板由工频和变频转换按钮、启动按钮、停止按钮、复位按钮、冲次调节按钮、平衡调节按钮和数据显示模块等组成。(2)变频器系统变频器系统由变频器、制动单元和制动电阻等组成，实现油井冲次自动调节、电机软启动和智能保护等功能。(3) RTU 系统RTU系统由RTU控制器、语音模块和数据通信模块等组成，主要完成自动调节、智能保护、远程数据传输、远程控制等功能。(4)工频和变频控制回路由继电器、开关等相关电器元件组成，具有工频启动、停止、过流、过载、缺相等保护功能。当变频器发生故障时，系统可自动切换到工频状态，实现抽油机平稳、安全运行。2、控制柜功能2.1、数据采集功能油井载荷、位移和三项电参数自动采集功能，计算出示功图、电流图、功率图。2.2、冲次调节功能(I)在给定栗径的条件下，根据油井功图，在满足变频频率在一定的范围内计算油井最佳冲次，并实现自动冲次调节；(2)可实现就地手动调节冲次和远程手动调节冲次。2.3、平衡度调节功能(I)根据电流自动计算平衡度，并实现自动调节，使抽油机平衡度在一定的范围内运行，平衡度计算周期可远程设定。(2)可实现就地手动调节平衡和远程手动调节平衡。2.4、主电机保护功能(I)电流保护:在抽油机运行过程中，RTU实时监视主电机的电流值，若电流超过设定最大值一定时间(超限时间)时，则RTU控制主电机供电断开，停止运行。(2)综合电机保护器保护:在抽油机运行过程中，当出现过载当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化抽油机控制方法，其特征在于，含有以下步骤；步骤1)、数据采集；通过RTU、载荷传感器、角位移传感器、电量模块、电流互感器、显示模块采集基本的运行数据、示功图、电流图、功率图；通过所述显示模块显示冲次、平衡度信息；所述显示模块与所述RTU通过RS485连接；步骤2)、冲次调节、启停控制、主电机保护；通过所述RTU实现冲次自动调节和远程手动调节，通过控制面板实现冲次本地手动调节；通过所述RTU、所述控制面板、启停控制继电器、交流接触器实现抽油机的启停控制，通过所述RTU实现远程启停控制，通过所述控制面板实现本地启停控制；所述RTU通过对电机电量参数和变频器状态的采集，控制所述抽油机在变频工作状态下异常停止，实现对所述主电机的保护；通过所述RTU对所述电机电量参数的采集，和电机综合保护器的作用，控制所述抽油机在工频状态下的异常停止，实现对所述主电机的保护；所述变频器与所述RTU通过RS485连接，与所述显示模块共用RTU同一个通信接口；步骤3)、平衡调节、平衡电机保护；通过所述RTU实现平衡自动调节，通过所述控制面板实现平衡本地手动调节；所述RTU通过对电流变送器的采集，可实现对调平衡电机的电流保护；通过限位信号可实现平衡电机的限位保护；步骤4)、数据通信；所述RTU通过通信模块、天线实现与井场主RTU的通信，再通过所述井场主RTU实现与上位机的通信；控制器通过AI接口实时采集负荷传感器、所述电流变送器和所述角位移传感器信号，形成示功图和电流图。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：程世东，马建军，刘建刚，田少鹏，徐梅赞，蒲新阳，赵文博，李明江，张彬，田殿龙，张春涛，黄天虎，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11