专利名称：抽油机全自动节电控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型与抽油机动力控制装置有关，尤其与抽油机控制器有关。
背景技术：
我国油田采油都使用抽油机。在不使用抽油机控制器的情况下，只要给抽油机供电，抽油机不管油井有无原油都在不停地工作，这样既浪费电力资源，又增加抽油机磨损。为此，抽油机控制器应运而生。
已有的抽油机控制器都采用定时的方法进行间歇式抽油，一般称抽油机定时控制器。其结构特点如图1所示。
抽油机定时控制器的工作过程接通断路器给变压器初级、交流接触器输入端供电。变压器将动力电变换为低压交流电，向主控机提供电源。定时器设定工作时间，向主控机提供定时信号，有定时信号时主控机输出启动信号，接通交流接触器，向抽油机的电动机提供动力电，使抽油机工作；无定时信号时，抽油机停止工作。在抽油机工作期间，交流互感器将动力感应电流信号提供给主控机，主控机根据此信号判断动力电是否缺相，负载(抽油机)是否短路、过载。若有缺相、短路、过载事故发生，主控机输出停止信号，断开交流接触器，切断抽油机的电动机动力电，使抽油机停止工作。
抽油机定时控制器的功能缺陷如下1、不能探测油井井口是否原油流出。因为没有任何传感器，所以抽油机定时控制器不能探测油井井口是否有原油流出。
2、影响油井产量。由于抽油机定时控制器使用定时器，油井有油时抽油机定时控制器可能会使抽油机不工作，而油井无油时又可能使抽油机停止工作。这样会使油井出油量不充分，影响油井产量。
3、达不到理想的节电效果。从较长时间(比如5年)来看，油井的出油量会随抽油机地不断抽取而逐年下降。由于使用定时器，在油井储油量不丰富时，抽油机定时控制器会使抽油机作大量的无用功，浪费大量电力资源，这样就达不到理想的节电效果。
4、不方便管理。由于油井的储油量逐年下降，每隔一段时间(如6个月)，需要让抽油机的工作时间缩短，因此需要调节抽油机定时控制器的定时时间。油田油井分布极广，且抽油机定时控制器的操作比较复杂，所以，不方便管理。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能探测油井是否出油而控制抽油机工作，节能，便于管理，不影响油井产量的抽油机全自动节电控制器。
本实用新型是这样实现的本实用新型为抽油机全自动节电控制器，包括与主控机(1)连接的电流互感器(2)、变压器(3)、交流接触器(4)，断路器(5)与变压器(3)初级和交流接触器(4)连接，交流接触器(4)与电动机(6)连接，其特征在于有传感器(7)与主控机(1)连接，传感器(7)置于油管上，其壳体相对两壁上分别设置光发射电路(8)和光接收电路(9)，中间有原油油料通道(10)与油管相通，光接收电路(9)输出与主控机(1)相连接。
光发射电路(8)由限流电阻器(R16、R17)和发光二极管(LED3，LED4)组成，光接收电路(9)由限流电阻器(R24)和光敏电阻(RX1，RX2)组成，光敏电阻(RX1，RX2)的输出接比较器(U1)的2脚，电阻(R25、R12)接比较器(U1)的3脚，U1的1脚经二极管(D8)接三极管(Q2)的基极，主控机(1)为单片机(U2)，三极管(Q2)的集电极接(U2)的P3.0端口。
单片机(U2)为89C2051单片机，电流互感器(2)为三相交流互感器(T2、T3、T4)，其输出经三个桥式整流器(B1、B2、B3)后经三套阻容平滑电路分别接单片机(U2)的P3.2，P3.3，P3.4端口，阻容平滑电路包括限压二极管(DW1、DW2、DW3)，干扰抑制电容(C12，C11，C10)和下拉负载电阻(R8、R9、R10)。
断路器(5)为空气开关(K)与变压器(T1)的初级和交流接触器(TOUCH)连接，单片机(U2)的P3.5端口与三极管(Q3)的基极连接，三极管(Q3)的发射极与功率驱动管(Q4)的基极连接，功率驱动管(Q4)的集电极与中间继电器(REL1)连接，REL1与交流接触器TOUCH连接。
单片机(U2)的复位端RST与电解电容(E4)和电阻(R7)连接，其振荡器端口(XTAL1、XTAL2)与石英晶体(X1)和电容器(C1，C2)组成的振荡器连接。
抽油机全自动节电控制器有如下优点1，能够探测油井是否出油。因为抽油机全自动节电控制器有一个专用传感器。
2，不会影响油井产量。有油时，抽油机全自动节电控制器启动抽油机工作，无油时，抽油机全自动节电控制器停止抽油机工作。
3，能达到理想的节电效果。有油时，抽油机全自动节电控制器启动抽油机工作，无油时，抽油机全自动节电控制器停止抽油机工作。不会使抽油机作无用功，不会浪费电力资源，所以，节电效果良好。
4，管理方便。只要将各线路连接好并无误后，将空气开关合闸，整个抽油系统(抽油机全自动节电控制器和抽油机)就能正常运转。所以，需要的人力少，花的时间少，方便管理。
图1为已有的抽油机控制器框图。
图2为本实用新型的框图。
图3为传感器结构图。
图4为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
抽油机全自动节电控制器的工作过程接通空气开关给变压器初级、交流接触器输入端供电。变压器将动力电变换为低压交流电，向主控机提供电源。在井口装有一专用传感器，采取先试抽的方法，主控机内程序自动检测传感器信号，分析计算后发出是否启、停抽油机工作的指令。若有油主控机发出启动信号，接通交流接触器，向抽油机的电动机提供动力电，使抽油机工作；若无油主控机发出停止信号，断开交流接触器，使抽油机的电动机得不到动力电，抽油机停止工作。等待一段时间后再进行试抽，以此控制抽油机工作。在抽油机工作期间，交流互感器将动力感应电流信号提供给主控机，主控机根据此信号判断动力电是否缺相。若有缺相事故发生，主控机输出停止信号，断开交流接触器，切断抽油机的电动机动力电，使抽油机停止工作。在负载(抽油机)出现短路、过载故障时，空气开关还起保护作用。
抽油机全自动节电控制电原理图见图4。
现结合抽油机全自动节电控制器电路原理图详细叙述其工作原理R16、R17为限流电阻器，LED3、LED4为发光二极管，由R16、R17LED3、LED4组成光发射电路。R24为限流电阻器，RX1、RX2为光敏电阻器，由R24、RX1、RX2组成光接收电路。光发射电路和接收电路安装于原油油料通道内(见图3)。有油通过时，油流对光照射有遮挡、散射、折射效应，接收电路中光敏电阻器RX1、RX4的电阻值将发生变化，此变化含有油流的数据信息。在原油油料通道内没有原油通过时，光接收电路接收到的是稳定和均匀的光信号，此信号送入主控机由单片。机程序分析计算后控制交流接触器断开动力电源，使抽油机停止工若原油油料通道内有原油通过，光接收电路将接收不均匀的光信号，该信号送入主控机由单片机程序分析计算后控制交流接触器接通动力电源使抽油机开始工作。
U1为比较器，将该信息电平(U第2脚)，与由电阻器R25、R12构成的门限电平(U1第3脚)进行比较，由比较器U1第1脚产生TTL电平，经二极管D8单向导通后由电阻器R23限流送至三极管Q2基极。在三极管Q2集电极输出信号到单片机U2的P3.0端口，单片机U2对该信号进行分析计算。电阻器R22为三极管Q2的集电极负载电阻，电容器C13为抗高频干扰电容。
T2、T3、T4为电流互感器，U、V、W三相交流电通过交流互感器T2、T3、T4后接至交流接触器TOUCH输入端子，交流接触器TOUCH输出端再接到抽油机电动机M1的接线端子上。当三相交流电正常时，抽油机的电动机M1正常运行，三个交流互感器T2、T3、T4会分别送出三路互感电压经三个桥式整流器B1、B2、B3变为直流电压，分别经电解电容器E1、E12、电阻器R6、R1；电解电容器E2、E13、电阻器R2、R4；电解电容器E3、E14、电阻器R3、R5三套阻容平滑电路将脉动直流电压变为平滑直流电压，再分别送至单片机U2的P3.2、P3.3、P3.4三个端口。三套电路中DW1、DW2、DW3分别是限压(稳压)二极管，作用是防止送给单片机的三个电压电平信号超过TTL电平，电容器C12、C11、C10是高频干扰制电容，电阻器R8、R9、R10为下拉负载电阻。如果三相交流电源缺少一相或两相时，三个电压电平就会缺少一个或两个，单片机U2从其P3.2、P3.3、P3.4三个端口检测判断是否缺相。
U2为89C2051型单片机，PST为其复位端，复位由电解电容E4、电阻器R7实现。XTAL1、XTAL2为其振荡器端口，该端口由石英晶体X1、电容器C1、C2组成振荡器。当单片机U2的P3.0端口接收到传感器信号时，单片机U2内部程序会自动检测P3.2、P3.3、P3.4三个端口电压电平是否正常。若正常，则由单片机U2的P3.5端口输出高电平控制信号，经电阻器R11限流送到三极管Q3基极，电阻器R20为上拉电阻，三极管Q3将该电压电平进行电流放大后由电阻器R21限流送到功率驱动管Q4的基极，功率驱动管Q4集电极输出低电压，中间继电器REL1的线包产生磁场，使中间继电器常开点闭合，同时380V交流电加到交流接触器TOUCH的驱动线圈上，使交流接触器TOUCH的触点闭合，三相动力电通过交流接触器TOUCH闭合触点加到抽油机电动机M1相应的三相电源接线端，电动机M1获得三相动力电后开始运转，抽油机便开始工作。二极管D6与继电器REL1线包并接，防止电流反向冲击，保护功率驱动管Q4，以免烧坏。
以下三种情况使抽油机停止工作1、停电。这时，无交流电源，本机不工作，抽油机自然也不工作。
2、缺相。三相电力线如果缺相，会造成电动机损坏，因此，不能让电动机运转。由于缺相，电流互感器T2、T3、T4中会有某一线圈感应不到交流电压信号。因而，单片机U2的P3.2、P3.3、P3.4中相应的端口就得不到正常电压电平信号，单片机U2检测到后会让其P3.5端口输出低电压电平控制信号。这样，三极管Q3和功率驱动管Q4处于截止状态，从而，使中间继电器REL1触点断开，不能向交流接触器TOUCH的驱动线圈提供380V电压，交流接触器TOUCH三相触点不能闭合，动力电不能送给抽油机的电动机M1，因此，抽油机停止工作。同时，单片机U2的P3.7端口输出高电平，经电阻器R13限流送到三极管Q5基极，电阻器R15为上拉电阻，三极管Q5电流放大后由电阻器R14限流，加到发光二极管LED2上，使LED2发光。LED2起缺相指示作用，此时，表示有缺相故障。
3、如果电力线不缺相，单片机U2的P3.2、P3.3、P3.4端口电压电平正常，但单片机U2的P3.1端口得不到传感器送来的原油油料通过信号，单片机U2的P3.5端口也会输出低电压电平控制信号，三极管Q3和功率驱动管Q4处于截止状态，从而，使中间继电器REL触点断开，不能向交流接触器TOUCH的驱动线圈提供380V电压，交流接触器TOUCH三相触点不能闭合，动力电不能送给抽油机的电动机M1，因此，抽油机停止工作。
单片机U2的VCC端口接5V直流电源，电解电容器E10电容器C3起滤波作用，GND端口接地，其余端口都不用。
电源部分由变压器T1将380V交流电变为低压16V交流电，再由整流二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路变为直流电。电解电容器E5、E9、E6作为平滑脉冲直流而设置，由三极管Q1、电阻器R18稳压二极管DW4、二极管D5组成12V直流稳压器。二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路输出的直流电压送到三极管Q1集电极，并通过电阻器R18向三极管Q1基极和稳压二极管DW4提供电流，由于稳压二极管DW4的稳压作用，使三极管Q1的发射极输出直流电压稳定在13V左右，再经二极管D5单向导通送出12V直流电压。12V直流电压经电阻R19限流，使发光二极管LED1发光，发光二极管LED1被点亮表示主控机处于工作状态。三端稳压器U3为5V直流稳压器，其输入端Vin接收12V直流电压，输出端Vout输出5V直流电压，接地端GND接地，电容器C7、C6、C8、C9均为高频干扰抑制电容，设置它们的目的是防止高频干扰，电解电容器E7为5V滤波电解电容。
J1、J2、J3为三相交流电引入接线端子。K为空气开关，在各线路连接好并检查无误后，将空气开关K合闸，整个抽油系统(抽油机全自动节电控制器和抽油机)就能正常运转。
权利要求1.抽油机全自动节电控制器，包括与主控机(1)连接的变压器(3)、交流接触器(4)，断路器(5)与变压器(3)初级和交流接触器(4)连接，交流接触器(4)与电动机(6)连接，其特征在于有传感器(7)与主控机(1)连接，传感器(7)置于油管上，其壳体相对两壁上分别设置光发射电路(8)和光接收电路(9)，中间有原油油料通道(10)与油管相通，光接收电路(9)输出与主控机(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的抽油机全自动节电控制器，其特征在于光发射电路(8)由限流电阻器(R16、R17)和发光二极管(LED3，LED4)组成，光接收电路(9)由限流电阻器(R24)和光敏电阻(RX1，RX2)组成，光敏电阻(RX1，RX2)的输出接比较器(U1)的2脚，电阻(R25、R12)接比较器(U1)的3脚，U1的1脚经二极管(D8)接三极管(Q2)的基极，主控机(1)为单片机(U2)，三极管(Q2)的集电极接(U2)的P3.0端口。
3.根据权利要求1所述的抽油机全自动节电控制器，其特征在于单片机(U2)为89C2051单片机与交流互感器(2)连接，电流互感器(2)为三相交流互感器(T2、T3、T4)，其输出经三个桥式整流器(B1、B2、B3)后经三套阻容平滑电路分别接单片机(U2)的P3.2，P3.3，P3.4端口，阻容平滑电路包括限压二极管(DW1、DW2、DW3)，干扰抑制电容(C12，C11，C10)和下拉负载电阻(R8、R9、R10)。
4.根据权利要求3所述的抽油机全自动节电控制器，其特征在于断路器(5)为空气开关(K)与变压器(T1)的初级和交流接触器(TOUCH)连接，单片机(U2)的P3.5端口与三极管(Q3)的基极连接，三极管(Q3)的发射极与功率驱动管(Q4)的基极连接，功率驱动管(Q4)的集电极与中间继电器(REL1)连接，REL1与交流接触器TOUCH连接。
5.根据权利要求1所述的抽油机全自动节电控制器，其特征在于单片机(U2)的复位端RST与电解电容(E4)和电阻(R7)连接，其振荡器端口(XTAL1、XTAL2)与石英晶体(X1)和电容器(C1，C2)组成的振荡器连接。
专利摘要本实用新型为抽油机全自动节电控制器，包括与主控机(1)连接的电流互感器(2)、变压器(3)、交流接触器(4)，断路器(5)与变压器(3)初级和交流接触器(4)连接，交流接触器(4)与电动机(6)连接，其特征在于有传感器(7)与主控机(1)连接，传感器(7)置于油管上，在其壳体相对两壁上分别设置光发射电路(8)和光接收电路(9)，中间有原油油料通道(10)与油管相通，光接收电路(9)输出与主控机(1)相连接。
文档编号H02H7/08GK2613928SQ0323371
公开日2004年4月28日 申请日期2003年3月27日 优先权日2003年3月27日
发明者李德俊, 刘统贵, 刘薇 申请人:李德俊, 刘统贵, 刘薇