本发明专利技术涉及测量领域，具体公开了一种游梁式抽油机示功图软测量方法及装置。其测量方法是采用一种示功图软测量装置采集抽油机游梁倾角、驱动电机输入电参数，根据建立的游梁倾角、驱动电机输入电参数与抽油机悬点位移、载荷之间的数学模型，实现对抽油机示功图的软测量。其抽油机示功图软测量装置由抽油机驱动电机电参量采集单元、抽油机驱动电机电参量处理单元、输出执行单元三大工作单元组成。本发明专利技术是一种典型的“以软代硬”间接软测量方法，不受抽油杆交变载荷拉伸影响，稳定性好、寿命长，也不受曲柄转角测量传感器安装位置影响，维护方便，工程实用性强。工程实用性强。工程实用性强。
【技术实现步骤摘要】
一种游梁式抽油机示功图软测量方法及装置
[0001]本专利技术属于油田采油生产过程状态监测及机采提效控制
，涉及一种游梁式抽油机示功图软测量方法及装置。
技术介绍
[0002]游梁式抽油机示功图的准确测量是分析油田生产运行动态、制定和优化油田开发方案的关键技术。通过测量抽油机示功图，可以了解地层井筒油液供排关系，分析抽油机系统运行状况以及各类异常故障现象，有效提高油田采收率和管控水平。
[0003]目前本领域公知的测量方法主要有载荷位移传感器法和电参数反演法。载荷位移传感器法是利用载荷传感器测量抽油机悬点实时载荷、用直线或角位移传感器测量光杆实时位移直接获得示功图，例如装在抽油机悬点处、游梁处的各种示功仪等，这类方法简单直接，至今仍然占据市场主导地位，但不足之处在于其测力传感器长期承受交变载荷拉伸影响，容易发生零点漂移现象，稳定性差、寿命短；电参数反演法是通过研究电机、皮带、减速器的效率与扭矩传递之间的变化规律，建立基于电参数的示功图求解模型，得到示功图，但此类方法中悬点位移、载荷的计算普遍以曲柄转角为基础，受曲柄转角测量传感器安装位置狭小、安装方式较困难、维护不方便等因素制约，此法在工程应用中难以有效发挥作用。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有方法的不足，提供一种游梁式抽油机示功图软测量方法及装置，通过实时监测抽油机游梁倾角、驱动电机输入电参量来实现示功图的在线软测量。
[0005]本专利技术所述游梁式抽油机示功图的软测量方法，包括以下实施步骤：
[0006]步骤一、通过游梁式抽油机示功图(以下简称抽油机示功图)软测量装置的三相电压检测模块和三相电流检测模块采集抽油机驱动电机的瞬时电压值u
ai
(t)、u
bi
(t)、u
ci
(t)和瞬时电流值i
ai
(t)、i
bi
(t)、i
ci
(t)，由安装于抽油机游梁处的游梁倾角测量模块测量游梁前臂与水平线X夹角Ω
i
(即游梁倾角)对应的电流值I
si
(t)，由抽油机示功图软测量装置的DSP系统模块计算获得驱动电机输入的瞬时合相有功功率值p
i
(t)、游梁倾角Ω
i
(当游梁前臂在水平线以上时取为正值，在水平线以下时为负值)，再由平均有功功率定义计算获得驱动电机输入平均有功电功率值P
i
，其中下标a、b、c分别表示三相交流电制中的a相、b相、c相电，下标i表示一个冲程周期内第i个采样点，i＝1，2，3
…
；
[0007]步骤二、由DSP系统模块计算获得游梁倾角Ω
i
变化周期T，即抽油机冲程周期T，由抽油机示功图软测量装置的单片机系统模块根据公式(1)计算悬点位移S
i
，
[0008][0009]在公式(1)中，S
i
表示某个冲程周期悬点位移的第i个采样点，i＝1，2，3
…
，参考附图1(四连杆结构图)，A为游梁前臂长度、C为游梁后臂长度、R为曲柄长度、K为基杆长度(也
称极距，减速器输出轴中心到曲柄销轴承中心的距离)、P为连杆长度(横梁轴承中心到曲柄销轴承中心的距离)、H为游梁支承中心到减速器输出轴中心的垂直距离、I为游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离，单位均为米(m)，当抽油机型号确定时，这些参数就是确定和已知的，Ω
i
为游梁倾角(游梁前臂与水平线X的夹角)，由装设在游梁O1处的倾角传感器在线测量，单位为度(
°
)；
[0010]步骤三、由抽油机示功图软测量装置的单片机系统模块根据公式(2)计算扭矩因数
[0011][0012]其中，
[0013][0014][0015][0016]在公式(2)、(3)、(4)、(5)中，如附图1(四连杆结构图)所示，β1为K4与K2的夹角、β2为R与K4的夹角、单位均为度(
°
)，K1、K2、K3、K4为各虚线的长度，单位均为米(m)；
[0017]步骤四、由抽油机示功图软测量装置的单片机系统模块根据公式(6)计算抽油机悬点载荷W
i
(以曲柄平衡方式为例描述)，
[0018][0019]公式(6)中，W
i
表示某个冲程周期悬点载荷的第i个采样点，i＝1，2，3
…
，η为驱动电机效率、η
E
是驱动电机到曲柄轴的传动效率、n为驱动电机轴转速、B为结构不平衡重，当驱动电机型号、减速器输出轴转速和抽油机型号确定时，这些参数就是确定和已知的，Q
e
是曲柄平衡块重力与曲柄自重的等效载荷，随着平衡块调整时测量一次即可已知；
[0020]步骤五、由抽油机示功图软测量装置的CPLD逻辑与组合系统模块根据一个冲程周期T内的悬点位移S
i
、载荷W
i
在液晶屏上绘制出示功图。
[0021]本专利技术所述一种抽油机示功图的软测量装置，包括：
[0022]抽油机驱动电机电参量采集单元、抽油机驱动电机电参量处理单元和输出执行单元。其中：
[0023]所述抽油机驱动电机电参量采集单元由三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块和遥信检测与闭锁模块组成；
[0024]所述抽油机驱动电机电参量处理单元由单片机系统模块、DSP系统模块、CPLD逻辑与组合系统模块、模拟信号调理电路模块、数字信号调理电路模块、串行通信模块、液晶显示模块和键盘模块组成；
[0025]所述输出执行单元由光电耦合器和控制输出模块组成；
[0026]所述三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块的输出端分别接入所述抽油机驱动电机电参量处理单元内的所述模拟信号调理电路模块的输入端，所述遥信检测与闭锁模块的输出端接入所述抽油机驱动电机电参量处理单元内所述数字信号调理电路模块的输入端；
[0027]所述模拟信号调理电路模块的输出端接至所述DSP系统模块的输入端，所述数字信号调理电路模块的输出端接至所述CPLD逻辑与组合系统模块，所述DSP系统模块通过标准SPI总线与所述单片机系统模块电连接，同时通过通用并行输入输出口与所述CPLD逻辑与组合系统模块电连接，所述单片机系统模块通过通用并行输入输出口和所述CPLD逻辑与组合系统模块电连接，所述串行通信模块通过第一个磁耦合器模块隔离后与所述单片机系统模块内嵌的UART串行口电连接，所述键盘模块的输出端经第三个磁耦合器模块隔离后与所述CPLD逻辑与组合系统模块的输入端电连接，所述CPLD逻辑与组合系统模块的显示输出端经第二个磁耦合器模块隔离后与所述液晶显示模块的输入端电连接；
[0028]所述控制输出模块通过所述光电耦合器隔离后与所述抽油机驱动电机电参量处理单元内所述CPLD逻辑与组合系统模块的输出端电连接。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种游梁式抽油机示功图的软测量装置，其特征是包括：抽油机驱动电机电参量采集单元、抽油机驱动电机电参量处理单元和输出执行单元；其中：所述抽油机驱动电机电参量采集单元由三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块和遥信检测与闭锁模块组成；所述抽油机驱动电机电参量处理单元由单片机系统模块、DSP系统模块、CPLD逻辑与组合系统模块、模拟信号调理电路模块、数字信号调理电路模块、串行通信模块、液晶显示模块和键盘模块组成；所述输出执行单元由光电耦合器和控制输出模块组成；所述三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块的输出端分别接入所述抽油机驱动电机电参量处理单元内的所述模拟信号调理电路模块的输入端，所述遥信检测与闭锁模块的输出端接入所述抽油机驱动电机电参量处理单元内所述数字信号调理电路模块的输入端；所述模拟信号调理电路模块的输出端接至所述DSP系统模块的输入端，所述数字信号调理电路模块的输出端接至所述CPLD逻辑与组合系统模块，所述DSP系统模块通过标准SPI总线与所述单片机系统模块电连接，同时通过通用并行输入输出口与所述CPLD逻辑与组合系统模块电连接，所述单片机系统模块通过通用并行输入输出口和所述CPLD逻辑与组合系统模块电连接，所述串行通信模块通过第一个磁耦合器模块隔离后与所述单片机系统模块内嵌的UART串行口电连接，所述键盘模块的输出端经第三个磁耦合器模块隔离后与所述CPLD逻辑与组合系统模块的输入端电连接，所述CPLD逻辑与组合系统模块的显示输出端经第二个磁耦合器模块隔离后与所述液晶显示模块的输入端电连接；所述控制输出模块通过所述光电耦合器隔离后与所述抽油机驱动电机电参量处理单元内所述CPLD逻辑与组合系统模块的输出端电连接。2.权利1一种游梁式抽油机示功图软测量装置的测量方法，其特征是，包括以下实施步骤：步骤一、通过三相电压检测模块和三相电流检测模块采集抽油机驱动电机的瞬时电压值u
ai
(t)、u
bi
(t)、u
ci
(t)和瞬时电流值i
ai
(t)、i
bi
(t)、i
ci
(t)，由安装于抽油机游梁处的游梁倾角测量模块测量游梁前臂与水平线X的游梁夹角Ω
i
，即游梁倾角对应的电流值I
si
(t)，由DSP系统模块计算获得驱动电机输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡定兴，赵怀军，李靖，高贝，张佳辉，梁旭涛，
申请(专利权)人：西安华瑞网电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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