专利名称：抽油机智能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田抽油机的自动化控制系统，特别是一种抽油机智能控制器。
背景技术：
一般而言，活塞式抽油机普遍存在抽取能力大于油井实际负荷的问题。因此，常常发生的问题是抽空或空捞现象，使抽油机常常处于半负荷或轻负荷状态，做无功运行。面对这一问题，传统的解决方法是使用定时器，令抽油机井间歇运行。这种做法只能部分解决上述问题。为什么这么说呢？因为抽油机的运行时间与停机时间是事先设置好，而不是根据油井的实际情况确定的，如果运行时间定得过长或停机时间定得过短，则仍然要出现抽空或空捞现象，如果如果运行时间定得过短或停机时间定得过长，则就要影响油井产量。要想完全解决这个问题，最好的方法是自动跟踪抽油机的负荷变化，自行判断运行与停机时间。
要自动跟踪抽油机的负荷变化，首先要测定电动机的负荷率。到目前为止，用于抽油机上测定电动机负荷率的方法有两种电流法和功率因数法。不论电流法还是功率因数法，它们都是间接而不是直接测定电动机的负荷率。由于拖动抽油机的电动机的负荷率很低，而且抽油机在1个冲程中还有负功和不变的无功功率，用电流法来判定电动机的负荷率是很难保证其准确度的。功率因数反应有功变化的相对值，在低负荷率的情况下，功率因数很低，变化率也不是很大，因此用功率因数法来判定电动机的负荷率虽然可行，但是其灵敏度和准确度都不可能很高。
实用新型内容本实用新型针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能够通过检测电动机的实时功率来直接测定电动机的负荷率，以便能够确定抽油机是否应该继续运行、或者以节能方式运行、或者间抽运行的抽油机智能控制器。
本实用新型的技术方案如下抽油机智能控制器，包括设置有DSP系统的中央处理板、人机对话板和开关电源，所述人机对话板与所述中央处理板以串行通讯的方式相连接，其特征在于所述中央处理板还设置有与所述DSP系统电连接的可实时采集电动机电流电压的模拟量输入回路，以及通过光电隔离装置分别连接于所述DSP系统的开关量输出回路和开关量输入回路。
所述模拟量输入回路设置有至少6个模拟量输入变换器，其中至少3个交流电流变换器和至少3个交流电压变换器，用于将电机的三相电压和三相电流分别隔离变换为与所述DSP系统的模拟通道相适配的输入信号。
所述开关量输出回路包括3路开关量输出，所述开关量输入回路包括12路开关量输入。
所述开关量输出回路设置有达林顿管，用于放大从所述DSP系统的I/O口输出的驱动电机继电器的信号。
所述DSP系统采用TMS320LF2407A构成DSP数据采集和处理系统，采用表面贴安装工艺和抗干扰的设计，采用X5043作看门狗和重要的参数保存，采用DS1302Z串行硬时钟芯片和高性能电池以保证数据不丢失和时钟的准确性。
所述中央处理板还设置有测频回路，该测频回路通过光电隔离装置连接于所述DSP系统。
所述DSP系统设置有内置算法程序的计算装置，用于对实时采集到的电动机的电流电压输入信号通过付氏算法计算出每周波的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，并根据以上数据计算出某一时间内的平均数据，用以完成抽油机的电参数测量。
所述DSP系统没置有内置算法程序的自动控制装置，该自动控制装置连接驱动电机的所述开关量输出回路，用于确定三相全冲程平均有功功率的数值大小与抽油机电机运行模式之间的对应关系。
所述抽油机电机运行模式为继续运行、节能运行和间抽运行。
所述人机对话板配有便捷的键盘和数码管显示。
本实用新型的技术效果如下由于本实用新型抽油机智能控制器，通过可实时采集电动机电流电压的模拟量输入回路电连接于DSP系统，这就能够通过检测电动机的实时功率来直接测定电动机的负荷率，然后通过DSP系统的开关量输出回路和开关量输入回路，以及以串行通讯的方式连接中央处理板的人机对话板，这就比现有技术中采用电流法或功率因数法等间接测定电动机负荷率的装置更灵敏、也更准确，便于有效确定抽油机是否应该继续运行、或者以节能方式运行、或者间抽运行。
由于模拟量输入回路设置有至少6个模拟量输入变换器，其中至少3个交流电流变换器和至少3个交流电压变换器，这就可以将电机的三相电压和三相电流分别隔离变换为与DSP系统的模拟通道相适配的输入信号，能够同步实时采集三相电压和三相电流的信号数据，有利于对抽油机电机运行状态的精确控制。
由于中央处理板还设置有测频回路，该测频回路通过光电隔离装置连接于DSP系统，这就可以实时掌握频率偏差。由于DSP系统设置有内置算法程序的计算装置，能够对实时采集到的电动机的电流电压输入信号通过付氏算法计算出每周波的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，并根据以上数据计算出某一时间内的平均数据，用以完成抽油机的电参数测量。由于DSP系统设置有内置算法程序的自动控制装置，该自动控制装置连接驱动电机的所述开关量输出回路，能够确定三相全冲程平均有功功率的数值大小与抽油机电机运行模式之间的对应关系，从而实现精确控制，使得电机的运行模式即继续运行、节能运行和间抽运行能够自动适用油井供液能力的变化，避免发生抽油机运行过程中的抽空或空捞现象。
由于人机对话板配有便捷的键盘和数码管显示，为用户提供了操作界面；该板与中央处理板以串行通讯的方式相连接，接收主系统的测量数据、开关量数据及各种故障告警信息供用户浏览，同时用户还可以调整系统开入量的去抖时间、修改PT和CT的变比、设置装置的通讯地址、传动实验、整定定值、整定系统的时间等，增加了系统使用的灵活性。
图1为本实用新型的电路结构框图；图2为本实用新型的开关量输出回路原理图；图3为本实用新型的模拟量输入回路原理图。
图中标记列示如下101-人机对话板；102-DSP系统；103-看门狗；104-复位；105-串行EEPROM；106-光电隔离装置；107-开关量输入回路；108-开关量输出回路；109-光电隔离装置；110-时钟；111-光电隔离装置；112-测频回路；113-模拟量输入回路；114-继电器；115-隔离变压器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，本实用新型抽油机智能控制器由三部分构成，包括中央处理板、MMI板即人机对话板101和开关电源，其中中央处理板设置有DSP系统102，人机对话板101与中央处理板的DSP系统102以串行通讯的方式相连接，可实时采集电动机电流电压的模拟量输入回路113，即模拟通道0至模拟通道10，与DSP系统102电连接；开关量输出回路108和开关量输入回路107分别通过光电隔离109和106与DSP系统102连接。模拟量输入回路113设置有6个模拟量输入变换器，其中3个交流电流变换器和3个交流电压变换器，用于将电机的三相电压和三相电流分别隔离变换为小电压信号，隔离后的小电压信号通过LM6144运放调理为0-3伏的脉动交流信号输入到DSP系统102的A/D回路，模拟量输入回路113的电路原理如图3所示，图中115为隔离变压器。
开关量输出回路108的电路原理如图2所示，由DSP系统102的I/O口输出的信号通过光电隔离并经达林顿管放大驱动24伏的继电器114，三个继电器的触点分别用以启动抽油机的电机、使抽油机星接运行、角接运行、停止运行、继续运行或间抽运行。
DSP系统由TMS320LF2407A构成DSP数据采集和处理系统，采用表面贴安装工艺和抗干扰的设计；采用了X5043作看门狗103、复位104和串行EEPROM105作重要的参数保存；采用DS1302Z串行硬时钟芯片和高性能电池以保证数据不丢失和时钟110的准确性，TMS320LF2407A内部有16个10位的A/D转换器、32K Words FLASH、2.5K Words RAM、SPI、SCI、CAN、PWM等。
中央处理板还设置有测频回路112，该测频回路112通过光电隔离装置111连接于所述DSP系统102。人机对话板101配有便捷的键盘和数码管显示。DSP系统102设置有内置算法程序的计算装置和内置算法程序的自动控制装置。
以上所述，仅为本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说，基于本实用新型同样的发明创造原理，还可以做出若干变型和改进，以及本技术方案在其他相似领域的应用，但这些均落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.抽油机智能控制器，包括设置有DSP系统的中央处理板、人机对话板和开关电源，所述人机对话板与所述中央处理板以串行通讯的方式相连接，其特征在于所述中央处理板还设置有与所述DSP系统电连接的可实时采集电动机电流电压的模拟量输入回路，以及通过光电隔离装置分别连接于所述DSP系统的开关量输出回路和开关量输入回路。
2.根据权利要求1所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述模拟量输入回路设置有至少6个模拟量输入变换器，其中至少3个交流电流变换器和至少3个交流电压变换器，用于将电机的三相电压和三相电流分别隔离变换为与所述DSP系统的模拟通道相适配的输入信号。
3.根据权利要求2所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述开关量输出回路包括3路开关量输出，所述开关量输入回路包括12路开关量输入。
4.根据权利要求3所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述开关量输出回路设置有达林顿管，用于放大从所述DSP系统的I/O口输出的驱动电机继电器的信号。
5.根据权利要求4所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述DSP系统采用TMS320LF2407A构成DSP数据采集和处理系统，采用表面贴安装工艺和抗干扰的设计，采用X5043作看门狗和重要的参数保存，采用DS1302Z串行硬时钟芯片和高性能电池以保证数据不丢失和时钟的准确性。
6.根据权利要求5所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述中央处理板还设置有测频回路，该测频回路通过光电隔离装置连接于所述DSP系统。
7.根据权利要求6所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述DSP系统设置有内置算法程序的计算装置，用于对实时采集到的电动机的电流电压输入信号通过付氏算法计算出每周波的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，并根据以上数据计算出某一时间内的平均数据，用以完成抽油机的电参数测量。
8.根据权利要求7所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述DSP系统设置有内置算法程序的自动控制装置，该自动控制装置连接驱动电机的所述开关量输出回路，用于确定三相全冲程平均有功功率的数值大小与抽油机电机运行模式之间的对应关系。
9.根据权利要求8所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述抽油机电机运行模式为继续运行、星接运行、角接运行和间抽运行。
10.根据权利要求9所述的抽油机智能控制器，其特征在于所述人机对话板配有便捷的键盘和数码管显示。
专利摘要本实用新型提供一种能够通过检测电动机的实时功率来直接测定电动机的负荷率，以便能够确定抽油机是否应该继续运行、或者以节能方式运行、或者间抽运行的抽油机智能控制器，包括设置有DSP系统的中央处理板、人机对话板和开关电源，所述人机对话板与所述中央处理板以串行通讯的方式相连接，其特征在于所述中央处理板还设置有与所述DSP系统电连接的可实时采集电动机电流电压的模拟量输入回路，以及通过光电隔离装置分别连接于所述DSP系统的开关量输出回路和开关量输入回路。
文档编号F24C15/20GK2660352SQ0320885
公开日2004年12月1日 申请日期2003年9月2日 优先权日2003年9月2日
发明者李春久 申请人:北京美兰尼尔电子技术有限公司