一种油田抽油机节能控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种油田抽油机节能控制系统，包括PLC模块、变频器、能量回馈单元和数据采集单元，所述PLC模块、变频器和能量回馈单元设于电控室的控制柜内，所述变频器通过RS485的方式与PLC模块连接，所述能量回馈单元的输入端与变频器连接，其输出端与电网电源连接，所述数据采集单元与PLC模块连接，本实用新型专利技术实现了抽油机高效节能的自动控制。

Energy saving control system for oil field pumping unit

The utility model discloses an oil pumping control system, including PLC module, frequency converter, energy feedback unit and data acquisition unit, control cabinet, the PLC module and inverter energy feedback unit is arranged in the electric control chamber, the inverter is connected with the PLC module by way of RS485, the energy feedback unit the input end is connected to the inverter, the output end is connected with the power grid, the data acquisition unit is connected with the PLC module, the utility model realizes the automatic control of oil pumping machine with high efficiency and energy saving.

【技术实现步骤摘要】
一种油田抽油机节能控制系统
本技术涉及油田开采
，具体涉及一种油田抽油机节能控制系统。
技术介绍
抽油机是一种周期交变负载，带有冲击性，转动惯量较大，并且是带负载起动，因此所需起动转矩较大，需求的电动机功率也较大。抽油机在一个周期内负载波动很大，为了满足起动要求，保证带载起动时能克服抽油机较大的惯性扭矩，使得运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩，要求在选择驱动电机时留有足够的余量，这就导致抽油机的驱动电机经常处于“大马拉小车”的运行状况，驱动电机在抽油机运行过程中处于轻载状态，负荷率很低，电机的运行效率很低。抽油机运行过程中，驱动电机电流的大小和相位在一个冲次内也是不断变化的，在一个冲次中存在两个瞬间发电状态。电动机属于感性负载，电流滞后于电压，导致产生无功电流，功率因数较小，也造成电能的浪费。另一方面，当变频器驱动抽油机的驱动电动机在制动或者下放位能性负载过程中,电动机处于再生制动状态，传动系统中的机械能通过电动机转换成电能，变频器中续流二极管将这种能量回馈到变频器直流侧电容C中，使直流侧电压升高，产生泵升电压，若不及时释放这部分能量，则势必会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。泵升电压经过电阻耗散能量，不仅浪费了能源，有时也会产生某些副作用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本技术的目的在于提供一种抽油机节能控制系统，实现了高效节能自动控制的目的。本技术的技术方案是这样实现的：一种油田抽油机节能控制系统，包括PLC模块、变频器、能量回馈单元和数据采集单元，所述PLC模块、变频器和能量回馈单元设于电控室的控制柜内，所述变频器通过RS485的方式与PLC模块连接，所述PLC模块通过变频器控制抽油机驱动电机的启停，所述能量回馈单元的输入端与变频器连接，其输出端与电网电源连接，所述数据采集单元与PLC模块连接。进一步，所述数据采集单元包括称重传感器、载荷和角位移传感器和智能电表，所述重传感器和载荷和角位移传感器设于抽油机运行现场，所述智能电表设于电控室的控制柜内，所述称重传感器通过模拟量输入模块与PLC模块连接，所述载荷和角位移传感器通过Zigbee模块与PLC模块连接，所述智能电表通过RS485的方式与PLC模块连接。进一步，所述数据采集单元还包括称重传感器单井计量装置，所述单井计量装置设于抽油机运行现场，所述单井计量装置均通过RS485的方式与PLC模块连接。进一步，还包括HMI，所述HMI设于电控室的控制柜内，并通过RS485的方式与PLC模块连接。进一步，还包括上位监控终端，所述上位监控终端通过通信模块与PLC模块连接。进一步，所述通信模块包括GRM无线终端、工业级交换机和无线路由器。进一步，所述上位监控终端包括手机移动终端和PC终端。本技术的有益效果是：(1)本技术的一种油田抽油机节能控制系统，PLC模块根据称重传感器采集的油井出液梁和智能电表采集的抽油机驱动电机运行的电参数判断是否需要启动或停止抽油机，并通过变频器控制抽油机驱动电机的启动和停止，以抽油机驱动电机带动抽油机运动，实现了抽油机自动间歇运行，达到了节能控制的目的。(2)能量回馈单元的输入端与变频器连接，其输出端与电网电源连接，当抽油机下行时，变频器将抽油机机械能产生的交流电转换成直流电，能量回馈单元则将直流电能通过PSG逆变技术转换成同频同相位的交流电能，进而把97.5％的再生电能回馈给局域电网，供附近设备使用，能量回馈单元完全取代电阻制动，效率更高，输出纯正弦波，始终回馈洁净电能，节电率高达20％。(3)通过通信模块连接上位监控终端与PLC模块，通信模块包括GRM无线终端、工业级交换机和无线路由器，上位监控终端包括手机移动终端和PC终端，实现了远程无线数据传输、远程控制操作，使该系统可用于无人值守、野外环境、定期巡井等的油田抽油机控制。附图说明图1为一种油田抽油机节能控制系统的原理图；图2为抽油机驱动电机主电路电气原理图；图3为抽油机驱动电机控制电路电气原理图；图4为电动抱闸控制电路电气原理图；图5为一种油田抽油机节能控制方法的流程图；具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合本技术的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。实施例一：如图1所示，一种油田抽油机节能控制系统，包括PLC模块、变频器、能量回馈单元、数据采集单元、HMI和上位监控终端，所述PLC模块、变频器、能量回馈单元和HMI设于电控室的控制柜内，所述变频器和HMI通过RS485的方式与PLC模块连接；所述数据采集单元包括称重传感器、载荷和角位移传感器、智能电表和单井计量装置，所述称重传感器设于抽油机机旁，与进出油管连接，通过模拟量输入模块与PLC模块连接，用于续液重量(即油井出液量)的检测；所述载荷和角位移传感器设于抽油机的游梁之上，通过Zigbee模块与PLC模块连接，用于抽油杆载荷和抽油机冲程中的角位移的检测；所述单井力量单元设于抽油机机旁，与进出油管连接，通过RS485的方式与PLC模块连接，用于抽油机实际续液量、续液时间、油和液的(日、月、总)产量、含油比等的检测；所述智能电表设于电控室的控制柜内，通过RS485的方式与PLC模块连接，用于抽油机运行过程中电参数的检测；所述上位监控终端通过通信模块与PLC模块连接，所述通信模块包括GRM无线终端、工业级交换机和无线路由器，所述上位监控终端包括手机移动终端和PC终端，所述能量回馈单元的输入端与变频器连接，其输出端与电网电源连接。上述结构实现了抽油机运行数据的远程传输和抽油机的远程操作控制，使该系统可用于无人值守、野外环境、定期巡井等的油田抽油机控制。如图2所示，抽油机驱动电机主电路，所述抽油机驱动电机主电路包括智能电表、断路器QF1、抽油机驱动电机工频运行主电路、抽油机驱动电机变频运行主电路和能量回馈单元，所述智能电表连接于AC380V进线端，所述智能电表通过RS485触头与PLC模块连接，本实施例智能电表优选为EDA9033AC三相工频电采集模块，所述断路器QF1为主电路的主断路器，控制整个主电路电源的通断，其主触头进线端连接于智能电表之后，其主触头出线端连接抽油机驱动电机工频运行主电路和抽油机驱动电机变频运行主电路。所述抽油机驱动电机工频运行主电路包括断路器QF2、接触器KM2和热继电器FR，所述断路器QF2主触头进线端与断路器QF1主触头出线端连接，断路器QF2主触头出线端与接触器KM2主触头进线端连接，接触器KM2主触头出线端通过热继电器FR与抽油机驱动电机电源进线端连接。所述抽油机驱动电机变频运行主电路包括变频器、接触器KM1、接触器KM3、中间继电器KA1和中间继电器KA2，所述接触器KM1主触头进线端与断路器QF1主触头出线端连接，接触器KM1主触头出线端与变频器R、S、T触头连接，变频器U、V、W触头与抽油机驱动电机电源进线端连接，所述变频器X1触头和COM触头之间连接有接触器KM3的常开辅助触头，用于控制变频器的启动和关闭，所述变频器TA触头和+24v触头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田抽油机节能控制系统，其特征在于，包括PLC模块、变频器、能量回馈单元和数据采集单元，所述PLC模块、变频器和能量回馈单元设于电控室的控制柜内，所述变频器通过RS485的方式与PLC模块连接，所述能量回馈单元的输入端与变频器连接，其输出端与电网电源连接，所述数据采集单元与PLC模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种油田抽油机节能控制系统，其特征在于，包括PLC模块、变频器、能量回馈单元和数据采集单元，所述PLC模块、变频器和能量回馈单元设于电控室的控制柜内，所述变频器通过RS485的方式与PLC模块连接，所述能量回馈单元的输入端与变频器连接，其输出端与电网电源连接，所述数据采集单元与PLC模块连接。2.如权利要求1所述的一种油田抽油机节能控制系统，其特征在于，所述数据采集单元包括称重传感器、载荷和角位移传感器和智能电表，所述重传感器和载荷和角位移传感器设于抽油机运行现场，所述智能电表设于电控室的控制柜内，所述称重传感器通过模拟量输入模块与PLC模块连接，所述载荷和角位移传感器通过Zigbee模块与PLC模块连接，所述智能电表通过RS485的方式与PLC模块连接。3.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文琦，董永峰，杨贵柱，刘珍，郑贵玉，权小龙，韩旭，景朝，
申请(专利权)人：北京华远众科科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11