专利名称：智能抽油机控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田自动化控制设备，尤其是一种能够在恶劣条件下工作，易于现场安装，易于现场操作和维护，易于联网的智能抽油机控制器。
背景技术：
许多油田的抽油井包括油管、套管、阀门等部分。抽油机包括机架、抽油泵、抽油杆、平衡块、电机和启动箱等部分。工作时，抽油井的产油状态会发生变化，抽油机的工作状态也会发生变化，可能会发生空抽、半抽等浪费能源的情况，还可能发生油管堵塞、渗漏、抽油杆卡杆、断杆等故障。 通过对油井现场参数的采集、处理可以判断抽油井和抽油机的状态和各种故障，以便控制抽油机的动作，使抽油井、抽油机工作在最佳状态，以便提高原油产量、减少电能损耗。为此，油田都配备了巡井车和巡井人员定时巡井，以便及时了解抽油机的工作状况，及时处理抽油机的各种故障。另外，油田还有专门的技术人员定期测井，了解油井的产油情况，为安排原油生产提供依据。因此，油田巡井测井是两项非常重要的工作，须投入大量的人员和设备。由于抽油井与抽油井之间一般距离都很远，地区环境比较恶劣，这就给巡井。测井带来不便，难以做到及时准确。随着自动化、通讯、计算机网络技术的提高，油田生产管理领域出现了在油田自动化检测、管理网络中起着重要作用的智能抽油机控制器。智能抽油机控制器主要负责抽油井和抽油机的控制。抽油机控制器可将油井现场采集的数据就地显示，也可以实现远传进入油田自动化管理网络，它可现场操作，也可实现遥控，因此它具有现场显示和通讯功能。 但是目前投放市场的抽油机控制器，有的功能过于强大，致使结构复杂。成本高，掌握使用非常困难；有的结构简单，但功能太少，无现场显示，且兼容性差，联网困难，使用不便。
发明内容本实用新型的技术解决问题是针对目前抽油机控制器存在的功能过于强大、结构复杂、成本高、掌握使用困难，或功能太少、无现场显示、且兼容性差、联网困难、使用不便的问题，提供一种易于现场安装，操作、维护方便，易于联网，可与已有产品兼容的抽油机控制器。本实用新型的技术解决方案是智能抽油机控制器，包括输入模块、输出模块、主控模块、端子板模块以及电源模块；其中，所述输入模块，用于向主控模块输入指令；所述输出模块，用于输出主控模块的输出结果；所述主控模块，其通过输入接口与输入模块相连，通过输出接口与输出模块相连， 通过扩展接口插座与端子板模块相连；其通过端子板模块不断采集输入数据，并对所述数据进行处理和计算，生成各种量值的可读数据和图表送到输出模块；同时其将采集的数据与设定参数进行比较，根据比较结果产生相应的输出控制信号送到端子板模块；[0010]所述端子板模块，其通过相应端子与主控模块、电源模块及抽油机各部件相连；其接收主控模块送来的控制信号，控制抽油机的运行；所述电源模块，其输入端与端子板模块的交流电源输出端(220VAC)相连，将交流电转换为直流电输出到端子板模块的直流电源输入端(24VDC)。所述数据包含模拟信号和数字信号。所述图表包含示功图、电流图、运行时间的历史数据。进一步地，所述智能抽油机控制器还包括告警器，其与所述端子板模块的输出端子相连。进一步地，所述智能抽油机控制器还包括电台，由所述电源模块供电，其串行通讯口与所述主控模块的串口相连，其射频通讯口与天线的馈线相接。进一步地，所述智能抽油机控制器还包括门控开关，其用于监控机箱门的状态。如果现场机箱门被打开，中心控制器将及时得到报警，了解现场情况，防止非操作人员操作。进一步地，所述输出模块为显示屏，所述主控模块通过显示屏接口插座与所述显示屏相连。进一步地，所述输入模块为键盘，所述主控模块通过键盘接口插座与所述键盘相连。进一步地，所述主控模块通过CPU内部管脚集成有模拟量输入通道、数字量输入通道、数字量输出通道、RS232通讯通道、RS485通讯通道和网络通讯通道。优选地，所述端子板模块通过端口 Pl的3、4号端子与油压变送器相连，通过端口 Pl的5、6号端子与回压变送器相连，通过端口 Pl的7、8号端子与套压变送器相连；所述端子板模块通过端口 P2的1、2、3号端子与PT100热电阻传感器相连；所述端子板模块通过端口 P3的1、2、3号端子与角位移传感器信号相连，通过端口 P3的4、5号端子与负荷传感器信号相连；所述端子板模块通过端口 P4的4、5号端子与电机控制柜的启停状态信号相连，通过端口 P4的6、7号端子与电机控制柜的手自动开关状态信号相连；所述端子板模块通过端口 P5的1、2、3号端子与抽油机的遥开节点相连，通过端口 P5的4、5、6号端子与抽油机的遥关节点相连；所述端子板模块通过端口 P6的2、3号端子与现场的220V交流电相连；所述端子板模块通过端口 P7与主控模块的扩展接口插座相连；所述端子板模块通过端口 P9的1、2号端子与电源模块的24V正、负端子相连，通过端口 P9的3号端子接告警器的XI，端口 P9的4号端子与端口 Pll的3号端子相连；所述端子板模块通过端口 PlO的1号端子接门控开关的COM端，端口 PlO的2号端子接门控开关的NC端；所述端子板模块通过端口 Pll的3号端子与端口 P9的4号端子相连，端口 Pll的 4号端子接告警器的X2相连，告警器的Xl与端口 P9的3号端子相连；所述端子板模块通过端口 P12的1、2号端子与电源模块的220V输入端子L、N相连。所述电源模块的电源输入L、N端子与端子板模块的端口 P12的1、2号端子相连， 24V输出端子24V+J4V-与端子板模块的端口 P9的1、2号端子相连，12V输出端子12V+、24V-与电台的电源输入端子相连。本实用新型抽油机控制器的工作原理是主控模块0M201通过端子板模块0M202 不断采集输入的模拟和数字信号，并对信号数据进行处理和计算，生成各种量值的可读数据，示功图、电流图、运行时间的历史数据。同时，主控模块0M201将采集的信号数据与设定参数进行比较，根据比较结果产生相应的输出控制信号，传送给端子板模块0M202输出，控制抽油机的运行。显示屏、键盘通过主控模块读取数据和参数，实现就地显示和控制。在现场使用便携式计算机可通过主控模块的串口 1 (coml)读取控制器的数据和参数。中控室通过电台和主控模块的串口 2 (com2)读取数据和参数，实现远程显示和控制。本实用新型与现有技术相比具有如下优点(1)本实用新型的主控模块通过端子板模块不断采集输入数据，并对所述数据进行处理和计算，生成各种量值的可读数据和图表送到输出模块；同时主控模块将采集的数据与设定参数进行比较，根据比较结果产生相应的输出控制信号送到端子板模块；端子板模块接收主控模块送来的控制信号，控制抽油机的运行。其结构简单，便于现场安装，且操作、维护方便，可与已有产品兼容。(2)本实用新型通过增加电台，从而实现远程操控功能。(3)本实用新型的主控模块通过CPU内部管脚集成有模拟量输入通道、数字量输入通道、数字量输出通道、RS232通讯通道、RS485通讯通道和网络通讯通道。能够支持多种通讯协议，具有多种控制方式，易于联网，可更好地适用现场要求。
图1为根据本实用新型的智能抽油机控制器原理示意图；图2为根据本实用新型的智能抽油机控制器电路接线图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的实施例进行说明。抽油机控制器需要采集的现场模拟信号有抽油机当前负荷，最大最小负荷，负荷跨度(最大最小负荷差)判断负荷是否超限，由此可判断抽油杆故障等；并可显示出示功图(抽油机负荷与抽油杆位移的关系曲线)， 它反映油井产油及抽油机工作状态。抽油机油管压力、套管压力、油温判断抽油机故障。抽油机电机电流电压判断电机是否过压、欠压、过流、缺项等故障；并可显示电流图(抽油机电机电流与抽油杆位移的关系曲线)，它反映抽油杆的工作状态。抽油机控制器需要采集的现场开关信号有电机启停状态反映抽油机的工作状态。抽油机需要输出的控制信号有电机启停控制信号用于抽油机的启停控制；启动报警控制信号电机启动前的报警，目的是为了保证遥控时现场人身安全。为满足上述采集、控制要求，抽油机控制器提供了 8路模拟信号输入通道、8路数字信号输入通道，4路数字信号输出通道。在8路模拟信号输入通道中，有一路热电阻输入以采集油温，一路采集抽油机负荷量，一路采集角位移量；在8路数字量信号输入通道中， 采集电机启停状态；在4路数字信号输出通道中，有两路输出电机的启停信号，另外两路一路输出电机启动报警信号，另一路备用。另外，控制器还提供了 3个串行通信接口，其中一个接无线电台实现远程通讯，另2路作为控制器扩展使用。一个可用于现场抽油机控制器与便携计算机的连接以便读取控制器数据。抽油机控制器通过接口模块采集现场数据，根据预先设定的参数对采集数据进行计算、比较、处理，判断抽油井和抽油机的状态，给出不同的输出控制信号，控制抽油机的运行。对抽油机的控制可以是自动的，也可以通过远程和现场操作来完成。图1和图2给出了本实用新型所述抽油机控制器各元器件的连接关系，现对各元器件的功能及连接关系作进一步说明抽油机控制器由主控模块0M201、显示屏模块IXD、键盘模块KEY、端子板模块 0M202、电源模块P0W、门控开关DOOR及电台MDS等组成。1)主控模块0M201是整个抽油机控制器运行的核心，它有8路RS232、1路RS485、1 路网络接口、8路模拟量输入通道、8路数字量输入通道、4路数字量输出通道、带显示屏LCD 接口、带键盘KEY接口。主控模块0M201通过以下连线与其它模块及现场信号相连a)扩展接口插座J12通过D型连接电缆将主控模块0M201与端子板模块0M202 相连。主控模块0M201通过D型连接电缆采集端子板上接入的现场信号，端子板模块0M202 通过D型连接电缆为主控模块提供工作所需的MV电源。D型连接电缆连接关系如下主控模块0M201的D型插头(44针公插头)的广44与端子板模块0M202的D型插头(44针公插头)的广44 一一对应相连；b)显示屏接口插座J15通过显示屏连接电缆将主控模块0M201与显示模块IXD 相连。并为显示模块提供工作所需5V电源。显示屏连接电缆连接关系如下IDC型插头(40针插头，2. 54mm间距)的广40与显示模块IXD的IDC型插头(40 针插头，2. 54mm间距)的广40 —一对应相连；c)键盘接口插座J15通过键盘连接电缆将主控模块0M201与键盘模块KEY相连。键盘连接电缆连接关系如下IDC型插头(16针插头，2. 54mm间距)的广16与键盘模块KEY的IDC型插头(16 针插头，2. OOmm间距)的Γ16 一一对应相连；d) RS232串行接口 串口 2与电台MDS相连，连接关系如下串口 2 (9-pin 母接头)的 2 (RXD)、3 (TXD)、5 (GND)、7 (RTS)、8 (CTS)与电台 (MDS)串口(25-pin 针接头)的 3 (TXD)、2 (RXD)、7 (GND)、4 (RTS)、5 (CTS)分别相连。2)显示模块IXD实现现场的显示，其接口关系如下显示屏模块IXD的插座通过显示屏连接电缆与主控模块0M201的J15相连，接线关系已在主控模块0M201的显示屏连接电缆中给出。3)键盘模块KEY实现现场显示的操作，其接口关系如下[0070]键盘模块KEY的插座通过键盘连接电缆与主控模块0M201的J6相连，接线关系已在主控模块0M201的键盘连接电缆中给出。4)端子板模块0M202通过端口 Pl的3、4号端子与油压变送器相连；通过端口 Pl 的5、6号端子与回压变送器相连；通过端口 Pl的7、8号端子与套压变送器相连；a)端子板模块0M202通过端口 P2的1、2、3号端子与PT100热电阻传感器相连；b)端子板模块0M202通过端口 P3的1、2、3号端子与角位移传感器信号相连；通过端口 P3的4、5号端子与负荷传感器信号相连；c)端子板模块0M202通过端口 P4的1、2、3号端子与位置开关信号相连；通过端口 P4的4、5号端子与电机控制柜的启停状态信号相连；通过端口 P4的6、7号端子与电机控制柜的手自动开关状态信号相连；d)端子板模块0M202通过端口 P5的1、2、3号端子与抽油机的遥开节点相连；通过端口 P5的4、5、6号端子与抽油机的遥关节点相连；e)端子板模块0M202通过端口 P6的2、3号端子与现场的220V交流电相连；f)端子板模块0M202通过端口 P7与主控模块0M201的扩展接口插座J12相连；g)通过端口 P9的1、2号端子与电源模块POW的24V正、负端子相连；通过端口 P9 的3号端子接告警器FM的Xl ；端口 P9的4号端子与端口 Pll的3号端子相连；h)通过端口 PlO的1号端子接门控开关DOOR的COM端，端口 PlO的2号端子接门控开关DOOR的NC端；i)通过端口 Pll的3号端子与端口 P9的4号端子相连，端口 Pll的4号端子接告警器FM的X2相连，告警器FM的Xl与端口 P9的3号端子相连j)通过端口 P12的1、2号端子与电源模块POW的220V输入端子L、N相连；5)电源模块POW电源输入L、N端子与端子板模块0M202的端口 P12的1、2号端子相连；24V输出端子MV+、24V-与端子板模块0M202的端口 P9的1、2号端子相连；12V输出端子12V+J4V-与电台MDS的电源输入端子相连；6)电台MDS的电源输入端子与电源模块POW的12V直流电源输出端子12V+、 MV-相连；串行通讯口与主控模块0M201的串口 2相连；射频通讯口 RF与天线的馈线相接；本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰， 均仍属本实用新型技术方案的保护范围。
权利要求1.智能抽油机控制器，其特征在于包括输入模块、输出模块、主控模块(0M201)、端子板模块(0M202)以及电源模块(POW)；其中，所述输入模块，用于向主控模块输入指令；所述输出模块，用于输出主控模块的输出结果；所述主控模块(0M201)，其通过输入接口与输入模块相连，通过输出接口与输出模块相连，通过扩展接口插座(JU)与端子板模块(01120 相连；其通过端子板模块不断采集输入数据，并对所述数据进行处理和计算，生成各种量值的可读数据和图表送到输出模块；同时其将采集的数据与设定参数进行比较，根据比较结果产生相应的输出控制信号送到端子板模块；所述端子板模块(01120 ，其通过相应端子与主控模块、电源模块及抽油机各部件相连；其接收主控模块送来的控制信号，控制抽油机的运行；所述电源模块(POW)，其输入端与端子板模块的交流电源输出端相连，将交流电转换为直流电输出到端子板模块的直流电源输入端。
2.根据权利要求1所述的智能抽油机控制器，其特征在于还包括告警器，其与所述端子板模块的输出端子相连。
3.根据权利要求2所述的智能抽油机控制器，其特征在于还包括电台(MDS)，由所述电源模块供电，其串行通讯口与所述主控模块的串口相连，其射频通讯口(RF)与天线的馈线相接。
4.根据权利要求3所述的智能抽油机控制器，其特征在于还包括门控开关(DOOR)，用于监控机箱门的状态。
5.根据权利要求1或2或3所述的智能抽油机控制器，其特征在于所述输出模块为显示屏，所述主控模块通过显示屏接口插座(J15)与所述显示屏相连。
6.根据权利要求1或2或3所述的智能抽油机控制器，其特征在于所述输入模块为键盘，所述主控模块通过键盘接口插座(J6)与所述键盘相连。
7.根据权利要求1所述的智能抽油机控制器，其特征在于所述主控模块(0M201)通过CPU内部管脚集成有模拟量输入通道、数字量输入通道、数字量输出通道、RS232通讯通道、RS485通讯通道和网络通讯通道。
8.根据权利要求1所述的智能抽油机控制器，其特征在于所述数据包含模拟信号和数字信号。
9.根据权利要求2或3所述的智能抽油机控制器，其特征在于所述端子板模块 (0M202)通过端口 Pl的3、4号端子与油压变送器相连，通过端口 Pl的5、6号端子与回压变送器相连，通过端口 Pl的7、8号端子与套压变送器相连；所述端子板模块(0M202)通过端口 P2的1、2、3号端子与PT100热电阻传感器相连；所述端子板模块(01120 通过端口 P3的1、2、3号端子与角位移传感器信号相连，通过端口 P3的4、5号端子与负荷传感器信号相连；所述端子板模块(0M202)通过端口 P4的4、5号端子与电机控制柜的启停状态信号相连，通过端口 P4的6、7号端子与电机控制柜的手自动开关状态信号相连；所述端子板模块(0M202)通过端口 P5的1、2、3号端子与抽油机的遥开节点相连，通过端口 P5的4、5、6号端子与抽油机的遥关节点相连；所述端子板模块(0M202)通过端口 P6的2、3号端子与现场的220V交流电相连； 所述端子板模块(01120 通过端口 P7与主控模块(0M201)的扩展接口插座(J12)相连；所述端子板模块(0M202)通过端口 P9的1、2号端子与电源模块(POW)的24V正、负端子相连，通过端口 P9的3号端子接告警器(FM)的XI，端口 P9的4号端子与端口 Pll的3 号端子相连；所述端子板模块(0M202)通过端口 PlO的1号端子接门控开关(DOOR)的COM端，端口 PlO的2号端子接门控开关(DOOR)的NC端；所述端子板模块(0M202)通过端口 Pll的3号端子与端口 P9的4号端子相连，端口 Pll的4号端子接告警器(FM)的X2相连，告警器(FM)的Xl与端口 P9的3号端子相连； 所述端子板模块(0M202)通过端口 P12的1、2号端子与电源模块(POW)的220V输入端子L、N相连。
专利摘要智能抽油机控制器，包括输入模块，用于向主控模块输入指令；输出模块，用于输出主控模块的输出结果；主控模块，其通过输入接口与输入模块相连，通过输出接口与输出模块相连，通过扩展接口插座与端子板模块相连，其通过端子板模块不断采集输入数据，并对所述数据进行处理和计算，生成各种量值的可读数据和图表送到输出模块，同时其将采集的数据与设定参数进行比较，根据比较结果产生相应的输出控制信号送到端子板模块；端子板模块，其通过相应端子与主控模块、电源模块及抽油机各部件相连，其接收主控模块送来的控制信号，控制抽油机的运行；以及电源模块。本实用新型易于现场安装，操作、维护方便，易于联网，可与已有产品兼容。
文档编号G05B19/418GK202093367SQ20112003335
公开日2011年12月28日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者俞凌 申请人:北京安控科技股份有限公司