专利名称：抽油机间抽与功率切换控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机运行控制装置，尤其是一种使抽油机节能与安全运行的抽油机间抽与功率切换控制装置。
针对上述两方面问题，常用的方法也分为两类一是采用Δ/Y自动切换技术使电动机输出功率与实际需求近似匹配；二是通过对油井供液状态进行监测实现抽油机的自动间抽控制。这些方法虽然可在一定程度上缓解上述矛盾，但仍存在较大问题。
对于前者，目前Δ/Y接线切换技术大都只能单向进行，即电机起动时采用Δ形接法，启动后改为Y形接法并一直维持在这一状态。实践证明，这种做法存在很大的安全隐患，抽油机运行过程中常常出现卡泵，结蜡，管线封冻等故障，此时电机负载将急剧增大，以至于超出Y形接法的负荷范围。若不及时调整，电机将因功率超载而被烧毁。
对于后者，目前虽然有各种供液状态监测方法，如直接监测井下环空液面的高度，实时分析反映抽油机功耗状态的示功图，监测井口输油管处的油液流量，监测电机回路的电参数等等。实践表明，这些监测方法都存在测试准确度差，难以达到实用化程度的共同问题，因而目前最为行之有效的办法仍是根据油田地质部门提供的采油作业周期进行人工间抽控制。
本实用新型的目的是这样实现的一种抽油机间抽与功率切换控制装置，它包括功率变送器、单片机控制器、A/D转换电路和开关量输出电路；其中，功率变送器接电机的主回路，具体地接电机的电源空气开关与接触器回路中间。将电机的输出功率转换成电流信号，经过A/D转换器进行模数转换，送至控制装置的单片机控制器，单片机口线接程序存储器和数据存储器，单片机输出通过开关输出量通过继电器直接控制抽油机电控箱的交流接触器。单片机输入端接轻触式按键和显示器。
所述的控制装置通过串行E2PROM芯片扩充外部数据存储器，用于人工设定参数的掉电保存。
本实用新型包括可以测量抽油机电机功耗的功率变送器、基于单片机的主控仪表。功率变送器接入到抽油机电控箱中的电机回路中。当抽油机工作时，可以测出电机实时功率信号。该信号送入主控仪表后，经过单片机的特殊分析运算产生相应控制信号。该信号再经过输出电路对抽油机电路中的接触器进行控制，使电机在Δ形运行、Y形运行、超载停机或定时停机四种状态间进行自动选择，从而实现对抽油机的功率切换和间抽控制。
本实用新型的特点是电机起动时能自动采取Δ方式以适应带载起动的要求，启动后可根据电机负载情况和间抽要求在Δ形运行、Y形运行、过载停机或间抽停机四个状态之间自动选择，从而保证了抽油机的节能与安全运行，克服了存在Δ/Y形切换的单向性和一般间抽控制难以为现场接受的现状。
图2是本实用新型的双向切换控制流程图。
图3是本实用新型的定时间抽控制流程图。
图4是本实用新型的硬件系统方框图。
图5是本实用新型主控仪表输出继电器与交流接触器的主回路电气连接图。
典型的抽油机电机负载功率如
图1所示，图中A-B为上冲程段，B-C为下冲程段，上下冲程中都出现一个功率峰值。实践表明，当抽油过程中因故障造成电机负荷增大时，将出现功率曲线的整体或局部上移。为此，采用功率变送器对电机功耗进行实时测量，通过微处理器进行数据分析，找到每一冲程中对应的最大功率峰值Pmax，将该值与临界控制值进行比较，根据比较结果决定应采取的接线方式，从而可使电机输出功率自动与抽油机负载变化相适应。
功率峰值Pmax与应采取的接线方式可由以下关系决定Y方式 Pmax＜PΔΔ方式 PC＞Pmax≥PY停机报警Pmax≥PC式中PΔ，PY和PC分别代表Δ向Y切换的临界值，Y向Δ切换的临界值以及停机报警的临界值。
本实用新型的整个装置由功率变送器，单片机系统，A/D和开关量输出电路组成，其结构原理如图4所示。功率变送器将当前电机的输出功率转换成4-20mA的电流信号，经过A/D转换器进行数模转换。采用MCS-80C52单片机作为控制系统核心，其内含的8KE2PROM程序存储器和256字节数据存储器大大简化了外围电路。采用串行E2PROM芯片扩充外部数据存储器用于人工设定参数的掉电保存。开关输出量通过3路仪表继电器J1-J3直接控制抽油机电控箱的3只交流接触器C1-C3(电路连接参见图5)，人机界面由5只轻触式按键和4位LED显示器组成，以供进行设定和显示。
Δ/Y双向切换控制的程序流程如图2所示。仪器上电并经过初始化和参数设置后，先以Δ形接法启动电机，此后，在软件的控制下开始功率信号的采样和数据分析。若判断电极为超载状态(Pmax≥PC)则立即终止电机运行，显示故障信息，等待人工排除故障；若判断电极为欠载运行状态(Pmax≤Py)，则还需要进一步判断电机负载是否满足Pmax＜PΔ，若满足则将电机切换至Y形接法，否则继续保持Δ形接法。如此循环进行便实现了电机的Δ/Y双向自动切换和过载保护。为避免因功耗信号的偶然增大或减小引起接触器的频繁切换，系统在发出切换指令前需要对数据进行多次核实。
为实现间抽控制，需要设置开机周期TS和停机周期TE两个参数，并按照图3所示的控制流程进行工作。具体过程为，开机后首先检查停机周期参数TE是否为零。若该值为零，说明无需考虑间抽控制，因而只需完全按照图2的程序流程进行控制。反之，若TE值不为零，说明需要考虑间抽控制，因而开机后要实时检查是否已到达开机周期TS规定的运行时间。若没有到达TS时间，电机继续运行。若已到TS时间，则立即中止电机运转，转入停机等待状态，并在停机后实时监测停机周期TE规定的等待时间，直至时间到后自动开机。
权利要求1.一种抽油机间抽与功率切换控制装置，其特征在于它包括功率变送器、单片机控制器、A/D转换电路和开关量输出电路；其中，功率变送器接电机的主回路，将电机的输出功率转换成电流信号，经过A/D转换器进行模数转换，送至控制装置的单片机控制器，单片机口线接程序存储器和数据存储器，单片机输出通过开关输出量通过继电器直接控制抽油机电控箱的交流接触器。
2.根据权利要求1所述的抽油机间抽与功率切换控制装置，其特征在于所述的控制装置接用于人工设定参数的掉电保存的串行E2PROM芯片扩充外部数据存储器。
3.根据权利要求1所述的抽油机间抽与功率切换控制装置，其特征在于所述的单片机输入端接轻触式按键和显示器。
4.根据权利要求1所述的抽油机间抽与功率切换控制装置，其特征在于所述的功率变送器接电机的电源空气开关与接触器回路中间。
专利摘要一种抽油机间抽与功率切换控制装置，它包括功率变送器、单片机控制器、A/D转换电路和开关量输出电路。功率变送器接电机的主回路，具体地接电机的电源空气开关与接触器回路中间。将电机的输出功率转换成电流信号，经过A/D转换器进行模数转换，送至控制装置的单片机控制器，单片机口线接程序存储器和数据存储器，单片机输出通过开关输出量通过继电器直接控制抽油机电控箱的交流接触器。单片机输入端接轻触式按键和显示器。本实用新型将Δ/Y双向切换与定时间抽控制功能合为一体，实现Δ/Y双向自动切换和具有定时间抽功能的智能控制，使得抽油机可以在更加节能与安全的状态下运行。
文档编号E21B43/12GK2558767SQ0127478
公开日2003年7月2日 申请日期2001年12月28日 优先权日2001年12月28日
发明者林立, 邢兆栋, 张宏 申请人:石油大学(北京)