抽油机智能控制系统研制

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抽油机智能控制系统研制

姜 浩,丛 晶,冷祥伟

(1.中国石油大学(华东)机电工程学院,山东东营257061;2.中国石油管道局,北京102488)

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DevelopmentofIntelligenceConservationControlDeviceforPumpingUnit

JIANGHao1,CONGJing1,LENGXiang wei2

(1.ChinaUniversityofPetroleum(Huadong)CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,Dongying257061,China;

2.ThePetroleumPipeBureauofChina,Beijing102488,China)

摘要:研制了一种新型的抽油机智能控制系统,以单片机为控制核心,变频器作为执行部件,以监测抽油机实时载荷和功率为控制依据,通过系统的智能算法,在保证油井产量的前提下,最大限度地节约

电能,降低机械磨损;通过GPS通讯手段,实现了油井实时数据的被动式传输和故障信息的主动式报警功能.

关键词:抽油机;变频器;智能控制;节能中图分类号:TP273文献标识码:A

文章编号:1001 2257(2010)07 0017 02Abstract:Anewkindofintelligenceconserva tioncontroldeviceforpumpingunitwasdevel oped.ItisbasedonMPUtechnology,byusingFrequencyTransformertodrivemotor,monitoringtherealtimeloadofpumpingunitandpowerofmotor,creatingaintelligencealgorithmtosteadyoiloutput,savepowerandreducemechanismabra sionmaximumly.WithGPS,thesystemrealizedthefunctionofreal timedataofoilwellpassiveandfaultqueryinformationactivetransmission.

Keywords:pumpingunit;frequencytrans former;intelligencecontrol;savepower

量,正常运行时都是带载启动,需要较大的启动力矩,为使抽油机顺利启动,一般按最大转矩选配电动机,而正常运行时只需启动力矩的约三分之一,所以抽油机正常工作时,电动机的实际输出功率比较小,功率因数很低,如何提高电动机的效率是一个问题;在一些稠油区块,由于稠油的粘度大和流动性差,在抽油的下冲程时,光杆无法以正常速度下落,容易造成光杆压弯的现象,所以抽油机不能以正常的速度运行,如果调整转速,抽油的效率又很低下,提高稠油的产量是一个亟待解决的问题;抽油机一般都是远离采油小队,有的路途遥远,一旦采油现场出现电气、机械和人为等故障,无法及时获取故障信息,原油生产就会产生不必要的损失,如何及时获取采油现场实时数据,在出现事故时及时报警,也是一个亟待解决问题.针对上述问题,研制开发了智能型抽油机控制系统,较好地解决了抽油机效率不高、稠油采收量小和油井事故无法及时发现等问题.

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1 系统总体方案设计

抽油机运行过程中大多数情况下电动机处于轻载状态,运行效率和功率因数都很低.其主要原因是抽油机载荷特性与普通三相异步电动机的工作特性不匹配,通过在抽油机上安装变频调速器,可以实现矢量控制,根据抽油机的特性自动调节电动机的输出功率,提高了系统的功率因数(可由原来的0 25~0.5提高到0.9以上),从而减少供电电流,减轻了电网及变压器的负担,降低了线损.

针对稠油井采油效率低下的问题,充分利用变频器频率可调功能,采用闭环控制,实时监测油井的载荷数据,将抽油机的动态示功图曲线和电动机的速度建立联系,将电动机的功率因数曲线和输出扭矩建立联系,实现了动态的调整抽油机速度的自适

0 引言

随着油田建设规模的迅速发展和石油需求的增长,我国油田节能降耗面临的压力愈来愈大,对现今常用的抽油机进行节能技术改造已成为迫切任务.抽油机在设计时系统的功率都留有一定的裕

收稿日期:2010 04 09

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应、自学习模式,在抽油机上冲程时,提高冲次,在下冲程时降低冲次,防止碰撞光杆,这样既提高了原油的获取,又减少了事故的发生.

针对抽油机数据无法实时获得和故障无法及时发现的问题,系统采用实时数据的被动式传输和故障信息的主动式报警方式,以GPS无线数传模块为载体,可根据用户的需求实现数据透明传输和短信2种数据获取方式.当上位机发出所要实时数据的命令时,现场控制的智能系统将根据上位机的要求发送实时的抽油机工作电压、工作电流、输入功率、输出功率、功率因数、冲次和示功图等信息;当用户使用短信模式时,可通过短信模式实现现场基本数据的获取.2种方式均同时在线.

抽油机智能控制系统以高性能微处理器STC89C516RD+芯片为核心,该芯片具有44个I/O口,3个定时计数器,内部EEPROM达到64kB,可以很好地满足电路设计的要求.变频器采用富士FRS30G11S 4CX,采用现场总线控制,以标准帧作为通讯协议,可实现实时控制.采用高精度电流、电压互感器,高性能电力参数采集模块,0.5级载荷传感器,以及具有数据和短信同时在线的GPS模块实现系统配置.系统总体设计如图1所示

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参数可对电动机进行实时检测,具有过流、缺相、过压、短路、过载和故障记忆保存等功能,液晶显示现场实时参数;具有工频、变频手动切换功能;可根据设置载荷、功率参数自动调节抽油机的冲次,提高原油获取率;能够自动采集示功图、冲次、上冲程最大电流、下冲程最大电流、电流平衡度和系统运行总时间;无线数传GPS模块可以实现实时数据的被动传输和故障信息的主动报警,减少了油田小队巡井工作量,能够及时处理现场故障,减少不必要的停井时间.系统功能如图2所示

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图2 智能控制系统软件功能

3 软件实现

控制软件采用C51语言编制

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,以监测油井实

时的载荷为基本依据,以监测油井电机的实时输出功率、功率因数曲线为辅助依据,对每一口井的初始特性、稳态特性(空抽特性、满抽特性)进行分析,从而对每口油井建立自己的动态载荷、功率因数曲线,

图1 智能控制系统总体设计

2 系统功能设计

抽油机智能控制系统是根据油田数字化管理的现有状况,运用数字处理及智能控制技术,实时监测

抽油机的运行状态,并根据负载的变化,在满足电动机运行转矩的情况下,自动选择最佳功率点提供抽油机电动机的用电,实现电动机的软启动、软停止,节省了的能耗,减少了抽油机机械的磨损,达到节能降耗的目的.

该系统采用高性能微处理技术,内置的专用控制软件能及时准确地动态调整电动机的运行状态、检测运行参数,保障电动机的正常稳定运行;通过键盘可以在现场针对每台抽油机的电动机运行特点和参数进行设定,参数不会因停电而丢失;根据设置的

根据所获得数据,确定系统的冲次,从而实现在不减少产量的前提下,尽可能地减少系统的实际能量消耗.

针对稠油井,系统采取冲次自动调整的方法,根据现场设置参数,以悬点载荷为参考依据,设置抽油机运行的上限和下限频率,将运行频率段细分与悬点载荷的最大最小值建立动态对应关系,实现抽油机冲次的在线实时调整,很好地解决了抽油开采的问题.

为了便于现场数据的分析,系统留有9针通讯接口,现场数据读取只需采用笔记本电脑接上串行通信电缆,启动数据分析软件,即可实时获取抽油机的各种数据信息,亦可实时采集抽油机的示功图,将数据保存后,就可实现当前抽油机数据的报表打印、线绘制等操作,便于现场数据的分析.

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基于混沌理论的动态密钥产生器设计及其应用

钱 涛

(苏州工业职业技术学院电子工程系,江苏苏州215104)

DynamicKeyBasedonChaosTheoryandItsApplicationGeneratorDesign

QIANTao

(DepartmentofElectronicEngineering,SuzhouInstituteofIn …… 此处隐藏：3648字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……