专利名称：油田间歇抽油井智能控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田间歇抽油井智能控制装置，尤其涉及一种适用于游梁式抽油机的智能化节能控制装置。
背景技术：
游梁式抽油机在系统设计时是按照油井最大化的抽取量来设计的，并且还留有余量，随着油井的持续开采，对低产油井或处于开采中后期的油井，由于油层由浅入深的抽汲，井中动液面逐渐下降，泵的充满度越来越不足，油井供液能力不够，抽油机经常处于轻载或空载状态，如果不加以控制，不但会白白浪费大量电能，而且还会加大采油系统的机械磨损从而减少抽油机的寿命，增加维修费用。对于这样的油井，最简单的控制方法就是实行间抽，既让油井抽油机间歇工作，也就是当油井出液量不足或发生空抽时，关闭抽油机，以等待井下液量的蓄积，而当液面超过一定深度时，再开启抽油机，如此，就可以让抽油机始终工作在最优化状态，避免了设备的空耗，也节约了电能。
目前，对间歇抽油井抽油机的控制有三种方法一是由人工控制，即由人工启停抽油机，由于间歇油井出油时间不固定，存在没油继续抽、有油不能及时抽的现象，难以达到间歇油井间抽工作方式节能降耗的目的；二是定时开关机，即根据采油工作人员人工测量、总结的抽油井出油时间规律，制定开关机时间。由人工定时开关机或采用自动定时开关机设备自动启停抽油机，由于人工总结的抽油井出油时间规律不能准确反映真实井况，因此，这种控制方法也不能真正解决间歇油井空耗问题；三是智能化的全自动闭环控制，即利用传感器在线测量动液面高度或在线检测井上出油管路中的出液量，利用微电脑根据传感器给出的信号，控制抽油机实现有油就抽无油就停的自动间歇工作方式，但是由于成本或技术难度的原因，应用这种间歇油井控制方法的实用设备还仅仅处于理论研究或实验室设计阶段，并没有得到普及应用。
实用新型内容本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种低成本、便于安装维护和使用方便可靠的多功能间歇抽油井自适应智能间抽控制装置。
本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置，由下述部分构成出液量及含水率探测传感器，安装在抽油井输油管路的单向阀之前，能够在线探测到抽油井输油管路中原油的相对流量和相对含水率变化趋势，与检测控制单元相连并向其传送数据；检测控制单元，接收出液量及含水率探测传感器传送的数据，并与单片计算机分析运算控制系统相连相互传送数据和指令完成出液量及含水率相对变化趋势的检测；单片计算机分析运算控制系统与电动机工作控制系统相连，单片计算机分析运算控制系统设定最小出液量和最大含水率两个阈值，当出液量及含水率探测传感器探测到的原油瞬时出液量减小到最小设定阈值或原油瞬时含水率增大到最大设定阈值时，单片计算机分析运算控制系统给电动机工作控制系统发出控制信号，令抽油机停机；在抽油机停机期间，单片计算机分析运算控制系统以停机时间间隔的正序和倒序启动抽油机进行试抽，一旦出液量及含水率满足抽汲条件，则令抽油机正常工作，直至抽至无油或含水率过高，如此周而复始，始终让抽油机工作于有油就抽、无油就停的状态。
还设置供电电压检测单元与单片计算机分析运算控制系统相连并向其提供供电电压欠压和缺相信息进行电动机保护。
还设置安全检测及自动语音报警与单片计算机分析运算控制系统相连传递安全检测报警信号和语音报警控制信号。
还设置人机界面与单片计算机分析运算控制系统相连实现数据输入和显示。
本实用新型还设置人工启停、自动定时工作和掉电自恢复装置，其中人工启停是指根据油井需要，操作人员可以随意启停抽油机；自动定时是指操作人员可以通过人机界面输入开机时间和停机时间，按此参数自动控制抽油机周期性启停；掉电自恢复是指在自适应闭环状态或自动定时状态时，当自然掉电时，来电后恢复原来的运行状态。
所述单片计算机分析运算控制系统，由下述部分构成单片机U2的P0口与锁存器U3的数据输入端相连，U3的输出为单片机系统的低8位地址线；U2的P0口与数据存储器U5的数据线相连，数据存储器U1与U2相连；通讯接口芯片IC4与U2相连；通讯接口芯片IC6与U2相连；日历钟芯片IC5的数据端与U2的P0口相连；译码器U4与U2的P2口相连；触发器U7、U8、U9的输入端与U2的P0口相连；总线驱动器U6、U38的输出端与U2的P0口相连，总线驱动器U6的输入端与光电耦合器GO1~GO6的输出端相连，总线驱动器U10、U11的输出端及总线驱动器U39与J20相连并通过J20与人机界面相连，U10的输入端与U9的输出端相连，U11的输入端与U8的输出端相连，U39的输出端与总线驱动器U38的输入端相连，U39与反向器U40相连，U39的输出端与或门U37输入端相连，U39与U2外中断一相连；U4输出的片选信号与IC5相连，U4与或门U13相连，U2与U12和U13相连；U12分别与U7、U6、U8、U9相连，U13与U38相连；U7与或门U13相连，或门U13的输出端与三极管Q1相连进而控制继电器JDQ1的动作，经电动机工作控制系统使电动机停止运行，U7与或门U13相连，或门U13通过电阻R11与三极管Q2相连进而控制继电器JDQ2的动作，经电动机工作控制系统使电动机启动，或门U13的输出端通过电阻R12与三极管Q3相连进而控制继电器JDQ3的动作，经安全检测及自动语音报警进行自动语音报警；整流器ZLQ1与滤波电容E2相连，E2输出的直流电压经电阻R42连接光电耦合器GOU1的发光二极管侧，电位器W1中心抽头接模拟比较器U14U14的输出端与光电耦合器GOU4的发光二极管侧连接；ZLQ2与滤波电容E3相连，E3输出的直流电压经电阻R43连接光电耦合器GOU2的发光二极管侧，W2的中心抽头接模拟比较器U14，U14的输出端与光电耦合器GOU5的发光二极管侧连接；ZLQ3与滤波电容E5相连，E5输出的直流电压经电阻R44连接光电耦合器GOU3的发光二极管侧，W3的中心抽头接模拟比较器U14，U14的输出端与光电耦合器GOU6的发光二极管侧连接；U2的P0口经电阻R9与三极管NPN1相连，经J9控制检测控制单元的工作，U2的P0口与J7相连，实现U2与检测控制单元的数据、指令交换。
所述人机界面，由下述部分构成总线驱动器U1的数据输入端与J20相连，接收单片计算机分析运算控制系统传来的待显示的数据，输出端与数码管显示控制位相连；总线驱动器U2的数据输入端与J20相连，接收单片计算机分析运算控制系统传来的显示扫描信号，输出端分别与数码管连接；共阴极连接的发光二极管D1~D8的公共端与U2连接，D1~D8阳极分别与J20相连，按键S1~S6与J20连接。
所述电动机工作控制系统，由下述部分构成总电源开关空气断路器MCCB与电动机启停控制继电器KM连接，KM与热过载继电器FR连接，FR通过接线端子与电动机连接；熔断器FR-1、FR-2与控制变压器相连，控制变压器与母线板相连；人工启动按钮QD的常开触点与自动启动继电器KA1的常闭触点、KM的常开触点并联；QD的常开触点与FR的常闭触点、人工停止按钮TZ的常闭触点、自动停止继电器KA2的常闭触点、KM的线圈串联；过压抑制器YZ与KM的线圈并联；KM的常开触点与工作指示灯LP串联；母线板分别与5V开关电源、24V开关电源相连，5V开关电源、24V开关电源分别与控制电路相连，QD的常闭触点、TZ的常开触点分别与控制电路相连；KA1的线圈、KA2的线圈分别与控制电路相连。
所述人机界面的显示可以是LCD数码显示器或LCD点阵式显示屏。
本实用新型优点及效果1、本实用新型始终让抽油机工作在出液量最大、效率最高的有油就抽、无油就停的理想状态，达到节能的目的。
2、本实用新型可以检测到供电电压欠压和缺相，当供电电压欠压或缺相时，供电电压检测单元向单片计算机分析运算控制系统输出信号，令抽油机停机，对抽油机起保护作用。
3、本实用新型提供的利用红外和雷达探测技术的安全检测及自动语音报警功能，有效保护了抽油机附近的人畜安全。
图1是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置构成框图。
图2是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置的单片计算机分析运算控制系统线路图。
图3是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置的人机界面线路图。
图4是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置的电动机工作控制系统线路图。
具体实施方式
根据附图对本实用新型具体实施方式
说明如下实施例1图1是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置构成框图。
如图1所示，出液量及含水率探测传感器与检测控制单元相连并向其传送数据，检测控制单元与单片计算机分析运算控制系统相连并相互传送数据和指令完成出液量及含水率相对变化趋势的检测，供电电压检测单元与单片计算机分析运算控制系统相连并向其提供供电电压欠压和缺相信息进行电动机保护，单片计算机分析运算控制系统与电动机工作控制系统相连并通过它控制电动机启停，单片计算机分析运算控制系统与安全检测及自动语音报警相连传递安全检测报警信号和语音报警控制信号，单片计算机分析运算控制系统与人机界面相连实现键盘数据输入和LED数码管显示，LED数码管显示器还可以是LCD数码显示器或LCD点阵式显示屏。
图2是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置的单片计算机分析运算控制系统线路图。
如图2所示，U2是MCS-51系列单片计算机，U3是八D锁存器，U2的P0口与U3的数据输入端相连，U2的30脚与U3的11脚相连，U3的输出为单片机系统的低8位地址线；U5是静态数据存储器，U2的P0口与U5的数据线相连，U2的21脚、22脚、23脚、24脚和25脚分别与U5的25脚、24脚、21脚、23脚和2脚相连，U2的16脚、17脚分别与U5的22脚、27脚相连，U5的地址线分别与U2的21脚~25脚和U3的输出相连；U1是非易失性数据存储器，它的1脚、2脚、3脚和4脚分别与U2的7脚、8脚、15脚和14脚相连；IC4是RS232通讯接口芯片，它的11脚、12脚分别与U2的11脚、10脚相连；IC6是RS485通讯接口芯片，它的2脚、3脚分别与U2的10脚、11脚相连；IC5是带锂电池的日历钟芯片，它的数据端与U2的P0口相连，14脚、15脚分别与U2的16脚、30脚相连；U4是3-8译码器，它的地址输入端1脚、2脚、3脚分别与U2的P2口高三位地址线28脚、27脚、26脚相连；U7、U8、U9是八D触发器用于单片机U2的I/O口扩展，它们的输入端与U2的P0口相连；U6、U10、U11、U38、U39是总线驱动器，U6、U38的输出端与U2的P0口相连，U6的输入端与光电耦合器GO1~GO6的输出端相连，U10、U11的输出端、U39的2脚、4脚、6脚与J20相连并通过J20与人机界面相连，U10的输入端与U9的输出端相连，U11的输入端与U8的输出端相连，U39的输出端与U38的输入端相连，U39的输入端10脚与电阻R36相连、12脚与电阻R37相连、14脚与六反向器U40的2脚相连，U39的输出端与三三输入或门U37输入端相连，U39的12脚与U2的13脚外中断一相连；U4输出的片选信号9脚Y6与IC5的13脚相连，10脚~15脚分别与或门U13的2脚、或门U12的13脚、10脚、5脚、2脚相连，U2的17脚与U12的1脚、9脚和12脚相连，U2的1脚与U12的4脚和U13的1脚相连；U12的3脚与U7的1脚相连，U12的6脚与U6的1脚相连，U12的8脚与U8的1脚相连，U12的11脚与U9的1脚相连，U13的3脚与U38的1脚相连；U7的2脚、5脚分别与或门U13的4脚、5脚相连，或门U13的输出端6脚通过电阻R10与NPN型三极管Q1的1脚相连进而控制继电器JDQ1的动作，经电动机工作控制系统使电动机停止运行，U7的6脚、9脚分别与或门U13的9脚、10脚相连，或门U13的输出端8脚通过电阻R11与NPN型三极管Q2的1脚相连进而控制继电器JDQ2的动作，经电动机工作控制系统使电动机启动，U7的12脚、15脚分别与或门U13的12脚、13脚相连，或门U13的输出端11脚通过电阻R12与NPN型三极管Q3的1脚相连进而控制继电器JDQ3的动作，经安全检测及自动语音报警进行自动语音报警；全波整流器ZLQ1的2脚与滤波电容E2的正极相连，ZLQ1的4脚与滤波电容E2的负极相连，E2的正极输出的直流电压经电阻R42连接光电耦合器GOU1的发光二极管侧，GOU1的输出为A相缺相信号，W1是取样电位器，其中心抽头接模拟比较器U14的9脚，U14的输出端14脚与光电耦合器GOU4的发光二极管侧连接，GOU4的输出为A相欠压信号；ZLQ2的2脚与滤波电容E3的正极相连，ZLQ2的4脚与滤波电容E3的负极相连，E3的正极输出的直流电压经电阻R43连接光电耦合器GOU2的发光二极管侧，GOU2的输出为B相缺相信号，W2的中心抽头接模拟比较器U14的7脚，U14的输出端1脚与光电耦合器GOU5的发光二极管侧连接，GOU5的输出为B相欠压信号；ZLQ3的2脚与滤波电容E5的正极相连，ZLQ3的4脚与滤波电容E5的负极相连，E5的正极输出的直流电压经电阻R44连接光电耦合器GOU3的发光二极管侧，GOU3的输出为C相缺相信号，W3的中心抽头接模拟比较器U14的5脚，U14的输出端2脚与光电耦合器GOU6的发光二极管侧连接，GOU6的输出为C相欠压信号；U2的P0口6脚经电阻R9与三极管NPN1相连，经J9控制检测控制单元的工作，U2的P0口4脚与J7的3脚相连，实现U2与检测控制单元的数据、指令交换。
图3是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置的人机界面线路图。
如图3所示，U1是八总线驱动器，数据输入端(2脚、4脚、6脚、8脚、11脚、13脚、15脚和17脚)与J20的15脚~22脚相连，接收单片计算机分析运算控制系统传来的待显示的数据，输出端(18脚、16脚、14脚、12脚、9脚、7脚、5脚和3脚)与7段数码管led1~led5的段显示控制位(1脚~8脚)相连；U2是八总线驱动器，数据输入端(2脚、4脚、6脚、8脚、11脚、13脚)与J20的8脚~14脚相连，接收单片计算机分析运算控制系统传来的LED显示扫描信号，输出端(18脚、16脚、14脚、12脚、9脚)分别与led1~led5的9脚和10脚连接；D1~D8是发光二极管成共阴极连接，公共端与U2的7脚连接，D1~D8阳极分别与J20的15脚~22脚相连，S1~S6是按键与J20连接。
图4是本实用新型油田间歇抽油井智能控制装置的电动机工作控制系统线路图。
如图4所示，MCCB是空气断路器，是装置的总电源开关，它与电动机启停控制继电器KM连接，KM与热过载继电器FR连接，FR通过接线端子(U、V、W、N)与电动机连接；熔断器FR-1、FR-2与控制变压器相连，控制变压器与225V母线板相连；人工启动按钮QD的常开触点与自动启动继电器KA1的常闭触点、KM的常开触点并联；QD的常开触点与FR的常闭触点、人工停止按钮TZ的常闭触点、自动停止继电器KA2的常闭触点、KM的线圈串联；过压抑制器YZ与KM的线圈并联；KM的常开触点与工作指示灯LP串联；225V母线板与5V开关电源相连，5V开关电源与控制电路相连，225V母线板与24V开关电源相连，24V开关电源与控制电路相连，QD的常闭触点与控制电路相连；TZ的常开触点与控制电路相连；KA1的线圈与控制电路相连，KA2的线圈与控制电路相连。
权利要求1.一种油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于，由下述部分构成出液量及含水率探测传感器，安装在抽油井输油管路的单向阀之前，能够在线探测到抽油井输油管路中原油的相对流量和相对含水率变化趋势与检测控制单元相连并向其传送数据；检测控制单元，接收出液量及含水率探测传感器传送的数据，并与单片计算机分析运算控制系统相连相互传送数据和指令完成出液量及含水率相对变化趋势的检测；单片计算机分析运算控制系统与电动机工作控制系统相连，单片计算机分析运算控制系统设定最小出液量和最大含水率两个阈值，当出液量及含水率探测传感器探测到的原油瞬时出液量减小到最小设定阈值或原油瞬时含水率增大到最大设定阈值时，单片计算机分析运算控制系统给电动机工作控制系统发出控制信号，令抽油机停机；在抽油机停机期间，单片计算机分析运算控制系统以停机时间间隔的正序和倒序启动抽油机进行试抽，一旦出液量及含水率满足抽汲条件，则令抽油机正常工作，直至抽至无油或含水率过高，如此周而复始，始终让抽油机工作于有油就抽、无油就停的状态。
2.按照权利要求1所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于还设置供电电压检测单元与单片计算机分析运算控制系统相连并向其提供供电电压欠压和缺相信息进行电动机保护。
3.按照权利要求1所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于还设置安全检测及自动语音报警与单片计算机分析运算控制系统相连传递安全检测报警信号和语音报警控制信号。
4.按照权利要求1所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于还设置人机界面与单片计算机分析运算控制系统相连实现数据输入和显示。
5.按照权利要求1所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于还设置人工启停、自动定时工作和掉电自恢复装置，其中人工启停是指根据油井需要，操作人员可以随意启停抽油机；自动定时是指操作人员可以通过人机界面输入开机时间和停机时间，按此参数自动控制抽油机周期性启停；掉电自恢复是指在自适应闭环状态或自动定时状态时，当自然掉电时，来电后恢复原来的运行状态。
6.按照权利要求1所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于，所述单片计算机分析运算控制系统，由下述部分构成单片机U2的P0口与锁存器U3的数据输入端相连，U3的输出为单片机系统的低8位地址线；U2的P0口与数据存储器U5的数据线相连，数据存储器U1与U2相连；通讯接口芯片IC4与U2相连；通讯接口芯片IC6与U2相连；日历钟芯片IC5的数据端与U2的P0口相连；译码器U4与U2的P2口相连；触发器U7、U8、U9的输入端与U2的P0口相连；总线驱动器U6、U38的输出端与U2的P0口相连，总线驱动器U6的输入端与光电耦合器GO1~GO6的输出端相连，总线驱动器U10、U11的输出端及总线驱动器U39与J20相连并通过J20与人机界面相连，U10的输入端与U9的输出端相连，U11的输入端与U8的输出端相连，U39的输出端与总线驱动器U38的输入端相连，U39与反向器U40相连，U39的输出端与或门U37输入端相连，U39与U2外中断一相连；U4输出的片选信号与IC5相连，U4与或门U13相连，U2与U12和U13相连；U12分别与U7、U6、U8、U9相连，U13与U38相连；U7与或门U13相连，或门U13的输出端与NPN型三极管Q1相连进而控制继电器JDQ1的动作，经电动机工作控制系统使电动机停止运行，U7与或门U13相连，或门U13通过电阻R11与三极管Q2相连进而控制继电器JDQ2的动作，经电动机工作控制系统使电动机启动，或门U13的输出端通过电阻R12与三极管Q3相连进而控制继电器JDQ3的动作，经安全检测及自动语音报警进行自动语音报警；整流器ZLQ1与滤波电容E2相连，E2输出的直流电压经电阻R42连接光电耦合器GOU1的发光二极管侧，电位器W1中心抽头接模拟比较器U14，U14的输出端与光电耦合器GOU4的发光二极管侧连接；ZLQ2与滤波电容E3相连，E3输出的直流电压经电阻R43连接光电耦合器GOU2的发光二极管侧，W2的中心抽头接模拟比较器U14，U14的输出端与光电耦合器GOU5的发光二极管侧连接；ZLQ3与滤波电容E5相连，E5输出的直流电压经电阻R44连接光电耦合器GOU3的发光二极管侧，W3的中心抽头接模拟比较器U14，U14的输出端与光电耦合器GOU6的发光二极管侧连接；U2的P0口经电阻R9与三极管NPN1相连，经J9控制检测控制单元的工作，U2的P0口与J7相连，实现U2与检测控制单元的数据、指令交换。
7.按照权利要求4所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于，所述人机界面，由下述部分构成总线驱动器U1的数据输入端与J20相连，接收单片计算机分析运算控制系统传来的待显示的数据，输出端与数码管显示控制位相连；总线驱动器U2的数据输入端与J20相连，接收单片计算机分析运算控制系统传来的显示扫描信号，输出端分别与数码管连接；共阴极连接的发光二极管D1~D8的公共端与U2连接，D1~D8阳极分别与J20相连，按键S1~S6与J20连接。
8.按照权利要求1所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于，所述电动机工作控制系统，由下述部分构成总电源开关空气断路器MCCB与电动机启停控制继电器KM连接，KM与热过载继电器FR连接，FR通过接线端子与电动机连接；熔断器FR-1、FR-2与控制变压器相连，控制变压器与母线板相连；人工启动按钮QD的常开触点与自动启动继电器KA1的常闭触点、KM的常开触点并联；QD的常开触点与FR的常闭触点、人工停止按钮TZ的常闭触点、自动停止继电器KA2的常闭触点、KM的线圈串联；过压抑制器YZ与KM的线圈并联；KM的常开触点与工作指示灯LP串联；母线板分别与5V开关电源、24V开关电源相连，5V开关电源、24V开关电源分别与控制电路相连，QD的常闭触点、TZ的常开触点分别与控制电路相连；KA1的线圈、KA2的线圈分别与控制电路相连。
9.按照权利要求4所述的油田间歇抽油井智能控制装置，其特征在于所述人机界面的显示可以是LCD数码显示器或LCD点阵式显示屏。
专利摘要本实用新型涉及一种油田间歇抽油井智能控制装置，由下述部分构成出液量及含水率探测传感器与检测控制单元相连向其传送数据，检测控制单元与单片计算机分析运算控制系统相连并相互传送数据和指令完成出液量及含水率相对变化趋势的检测，供电电压检测单元与单片计算机分析运算控制系统相连并向其提供供电电压欠压和缺相信息进行电动机保护，单片计算机分析运算控制系统与电动机工作控制系统相连并由它控制电动机启停，单片计算机分析运算控制系统与安全检测及自动语音报警相连传递安全检测报警信号和语音报警控制信号，单片计算机分析运算控制系统与人机界面相连实现数据输入和显示。本实用新型能达到明显的节能效果，使抽油机工作于有油就抽、无油就停的状态，同时对抽油机起保护作用。
文档编号G05B15/00GK2775297SQ20042011364
公开日2006年4月26日 申请日期2004年11月24日 优先权日2004年11月24日
发明者田景利, 赵文治 申请人:田景利