抽油机平衡游标的调节控制装置及其控制方法
【专利摘要】一种抽油机平衡游标的调节控制装置及其控制方法。为了克服传统抽油机平衡调节的不足，本发明包括游标执行控制总成和地面采集分析控制总成，游标执行控制总成以太阳能储能为电源，并与地面采集分析控制总成之间采用无线通讯方式进行控制联系；地面采集分析控制总成通过对抽油机平衡度参数进行采集和分析，向游标执行控制总成发送指令控制平衡游标的移动用以调节抽油机平衡，以及其对应的控制方法。其有益效果是无需外接任何电源，解决了安全隐患和电缆寿命问题，并增大抽油机平衡度调节范围，同时提高系统自动化程度。
【专利说明】抽油机平衡游标的调节控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种游梁式抽油机平衡游标，尤其是涉及一种具有抽油机电参量、载荷、压力等数据采集和分析控制模块、利用无线通信技术进行控制的抽油机平衡游标的调节控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]针对自主平衡游梁式抽油机其平衡游标的运动控制，目前采用的技术是使用外接220/380V电源，通过拨动地面控制柜内相应的控制按钮，经由PLC分析，输出控制信号，触发相应的继电器或接触器动作，驱动平衡游标拖动电机正转或反转，从而控制平衡游标的前进或后退，达到调节抽油机平衡的目的。其缺点是:
[0003]1、在抽油机尾游梁平衡游标移动控制部分使用220/380V电源，动力装置为交流电机，且为有线连接，能耗较大，且容易发生电源线弯折断裂，很可能导致漏电、触电等安全事故和无法运行等质量问题；
[0004]2、平衡游标有效行程较短，以致调节抽油机平衡度的范围较小；
[0005]3、控制装置体积较大，现场安装、维修不方便；
[0006]4、智能化、集成化程度较低，操作较为复杂。
【发明内容】
[0007]为了克服上述缺陷，本发明提供一种智能化程度高、安装操作方便且使用安全的抽油机平衡游标的调节控制装置及其控制方法。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:抽油机平衡游标的调节控制装置，包括游标执行控制总成和地面采集分析控制总成，游标执行控制总成以太阳能储能为电源，并与地面采集分析控制总成之间采用无线通讯方式进行控制联系；地面采集分析控制总成通过对抽油机平衡度参数进行采集和分析，向游标执行控制总成发送指令控制平衡游标的移动用以调节抽油机平衡。
[0009]游标执行控制总成包括太阳能电池板、蓄电池、电池充放电控制器、游标控制器、电机控制器和电机、天线。其中，游标执行控制总成通过电池充放电控制器将太阳能电池板获得的能量对蓄电池进行充电，蓄电池为游标控制器和电机控制器提供电力。
[0010]游标控制器基于分析抽油机的运行状态，控制电机控制器带动电机正转或者反转，控制平衡游标的前进或者后退移动用以调节抽油机平衡。
[0011]游标执行控制总成还包括游标移动极限位置检测单元，当平衡游标移动到达极限位置时移动停止。游标移动极限位置检测单元包括游标后退极限位置开关、游标前进极限位置开关。
[0012]地面采集分析控制总成包括地面采集分析控制器，并连接基于检测抽油机电机电流信号而判断平衡度的电流检测单元和人机界面，游标执行控制总成将平衡调节的相关数据传送到地面采集分析控制器，并在人机界面中显示和数据存储。
[0013]地面采集分析控制总成还包括载荷传感器和压力传感器，地面采集分析控制器通过接受载荷传感器和压力传感器采集的抽油机载荷信号和压力信号，绘制出抽油机的示功图，在人机界面中显示。地面采集分析控制总成将电流检测单元采集的抽油机电机电流信号、载荷传感器的载荷信号、压力传感器的压力信号、电机电压信号，游标执行控制总成将将平衡游标位置信号、游梁倾角信号、蓄电池电压信号，电机控制器控制状态信号，通过远程通讯模块与上位机进行数据传送。
[0014]抽油机平衡游标调节控制装置的控制方法，包括以下步骤:
[0015]I)启动运行抽油机和地面采集分析控制器；
[0016]2)根据电流检测单元采集的抽油机电机电流信号和地面采集分析控制器接收游标控制器发送的游梁倾角信号计算出抽油机的平衡度，判断平衡度数值是否小于或者大于设定的要求值；
[0017]3)如平衡度数值大于或者小于设定的要求值时，地面采集分析控制器在没有接收到任何故障信息的情况下，向游标控制器发出相应的平衡游标后退或者前进的指令；
[0018]4)游标控制器在没有接收到任何故障信息且没有收到游标运行方向极限位置开关被触发信息的情况下，通过其内置的倾角传感器检测到抽油机运行到下死点位置时，启动电机控制器，控制电机动作，带动平衡游标后退或者前进移动；
[0019]5)当需要停止时，地面采集分析控制器通过无线通讯方式向游标控制器发送停止指令，游标控制器通过电机控制器使得电机停止运行，从而停止平衡游标的移动；
[0020]6)平衡游标在后退或者前进移动过程中触动游标后退极限位置开关或游标前进极限位置开关时，游标控制器立即控制电机停止，从而停止平衡游标的移动。
[0021]地面采集分析控制器向游标控制器发出平衡游标后退或者前进的指令的步骤，以及地面采集分析控制器通过无线通讯方式向游标控制器发送停止指令的步骤是适用于手动方式调节过程。
[0022]地面采集分析控制器向游标控制器发出平衡游标后退或者前进的指令的步骤，以及地面采集分析控制器通过无线通讯方式向游标控制器发送停止指令的步骤是根据地面采集分析控制器检测到抽油机平衡度是否满足设定的要求值而采用自动方式的调节过程。
[0023]在平衡游标后退或者前进过程中触动游标后退极限位置开关或游标前进极限位置开关时，电机执行游标控制器的停止步骤后，游标控制器向地面采集分析控制器发出平衡调节到达极限位置信号，并在人机界面中显示到达平衡调节极限。
[0024]本发明的有益效果是:抽油机尾游梁上平衡调节游标移动的动力完全由太阳能储能提供，无需外接任何电源，有效避免了因采用联接电缆所存在的安全隐患和电缆寿命问题；装置设计结构紧凑，增大有效调节行程，从而增大抽油机平衡度调节范围；优化设计，控制装置的安装、维修方便；使用了地面采集分析控制器，便于操作，系统自动化程度高，具有抽油机井口压力信号采集、抽油机示功图采集、显示功能，可以根据示功图对抽油机运行状态进行分析并自动调节抽油机平衡度。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明的控制流程图。
[0026]图2是本发明的技术方案示意图。
[0027]图3是本发明的控制装置结构示意图。
[0028]1.电源插头，2.电流检测单元，3.通讯天线，4.地面采集分析控制器，5.人机界面，6.通讯天线，7.可插拔式接线端子，8.电池充放电控制器，9.可插拔式接线端子排，
10.电机控制器，11.电路板，12.游标控制器，13.游标后退极限位置开关，14.游标前进极限位置开关，15.太阳能电池板，16.蓄电池，17.电机，18.载荷传感器，19.压力传感器，20.地面采集分析控制总成，30.游标执行控制总成。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的【具体实施方式】，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
[0030]参见附图1-3。本发明抽油机平衡游标的调节控制装置主要包括游标执行控制总成30和地面采集分析控制总成20。地面采集分析控制总成20的地面采集分析控制器4有连接电源的电源插头I和通讯天线3，连接有可检测抽油机主电机电流的电流检测单元2和人机界面5，内置有无线通讯模块，通常电流检测单元2可采用钳形电流互感器、电流互感器、电流变送器、具有通讯功能的电流检测装置如变频器或智能电量变送器等。平衡游标的调节控制装置中游标执行控制总成30的各个控制器器件分布于平衡游标内；电路板11集成了电池充放电控制器8、电机控制器10、游标控制器12、通讯天线6等控制器件，太阳能电池板15以及蓄电池16接入电路板11的可插拔式接线端子7上；游标移动极限位置检测单元、电机17的电源线、电机17的控制信号线通过专用接头接入可插拔式端子排9上，由此形成抽油机平衡游标的调节控制装置。
[0031]太阳能充放电过程:
[0032]由电池充放电控制器8将太阳能电池板15获得的能量对蓄电池16进行充电；蓄电池16为游标控制器12、电机控制器10提供电力。
[0033]数据无线远程通讯功能:
[0034]由地面采集分析控制器4采集抽油机电机电流的检测单元2的电流信号、载荷传感器18的载荷信号、压力传感器19的压力信号、电机电压信号、游标控制器12的游梁倾角信号、蓄电池16电压信号、电机控制器10的控制状态信号等信息，通过远程通讯模块与上位机进行数据传送，实现现场运行状态的远程监控。
[0035]抽油机平衡度手动调节过程:
[0036]首先，启动抽油机运行控制柜，抽油机正常运行；
[0037]然后，对地面采集分析控制器4、人机界面5的相关调节参数进行设置，按下地面采集分析控制器4的人机界面5内“平衡调节方式”下方的“手动调节”按钮；待抽油机至少运行一个冲程周期后，观察人机界面5中平衡度的数值，判断抽油机当前平衡状态；
[0038]若抽油机“欠平衡”或“过平衡”，即平衡度值小于或大于要求值，则按下人机界面5上的“后退”或“前进”按钮，地面采集分析控制器4在没有接收到任何故障信息的情况下，通过通讯天线3和通讯天线6向游标控制器12发出平衡游标后退或前进的指令；游标控制器12在没有接收到任何故障信息且没有触发游标后退极限位置开关13或游标前进极限位置开关14的信息情况下，通过其内置的倾角传感器检测到抽油机运行到下死点位置时，启动电机控制器10，控制电机17动作，带动平衡游标后退或前进。当需要停止时，按下地面采集分析控制器4的人机界面5上的“停止”按钮，地面采集分析控制器4通过通讯天线3和通讯天线6向游标控制器12发送停止指令，游标控制器12控制电机控制器10控制电机17停止，从而停止平衡游标的动作；若在按下地面采集分析控制器4人机界面5上的“停止”按钮之前，平衡游标触动游标后退极限位置开关13或游标前进极限位置开关14时，则游标控制器12立即控制电机17停止，同时向地面采集分析控制器4发出平衡调节到达极限位置信号，并在地面采集分析控制器4的人机界面5中显示到达平衡调节极限。
[0039]抽油机平衡度自动调节过程:
[0040]首先，启动抽油机运行控制柜，抽油机正常运行；
[0041 ] 然后，对地面采集分析控制器4的人机界面5的相关调节参数进行设置；按下地面采集分析控制器4的人机界面5内“平衡调节方式”下方的“自动调节”按钮；
[0042]地面采集分析控制器4通过电流检测单元2采集的电流信号和游标控制器12中内置的倾角传感器检测到的游梁倾角信号将自动判断抽油机的平衡度，当确定抽油机平衡度不满足地面采集分析控制器4人机界面5中设定的平衡度要求值时，地面采集分析控制器4通过通讯天线3和通讯天线6向游标控制器12发出平衡游标后退或前进指令，游标控制器12在没有接收到任何故障信息且没有触发游标后退极限位置开关13或游标前进极限位置开关14的信息情况下，通过其内置的倾角传感器检测到抽油机运行到下死点位置时，启动电机控制器10，控制电机17动作，带动平衡游标后退或前进；当地面采集分析控制器4检测到抽油机平衡度满足地面采集分析控制器4的人机界面5中设定的平衡度要求值时，地面采集分析控制器4通过无线通讯方式向游标控制器12发送停止指令，游标控制器12控制电机17停止，平衡自动调节结束。若地面采集分析控制器4未检测到抽油机平衡度满足地面采集分析控制器4人机界面5中设定的平衡度要求值，而平衡游标已触动游标后退极限位置开关13或游标前进极限位置开关时，则游标控制器4立即控制电机17停止，同时通过无线通讯方式向地面采集分析控制器4发出平衡调节到达极限位置信号，并在地面采集分析控制器4的人机界面5中显示到达平衡调节极限。
[0043]实施例:在抽油机平衡自动调节模式下，当地面采集分析控制器4检测到抽油机运行过程中发生“欠平衡”，则通过无线通讯方式向游标控制器12发出平衡游标“后退”动作指令，游标控制器12接到指令后，首先检测蓄电池16的电量是否满足使用要求、游标后退极限位置开关13是否触发、电机控制器10是否有故障信号等信息，若满足动作要求，则游标控制器12通过内置的倾角传感器检测到抽油机运行到下死点位置时，向电机控制器10发出控制指令，电机控制器10控制电机17启动运行，带动平衡游标“后退”;地面采集分析控制器4在抽油机的每个运行周期检测一次抽油机的平衡度，自动判断平衡度值是否达到在地面采集分析控制器4的人机界面5中设定的平衡度要求值。
[0044]当检测到平衡度达到设定值时，游标控制器12立即向电机控制器10发出停止指令，电机控制器10控制电机17停止，同时游标控制器12向地面采集分析控制器4发出平衡调节完毕信号，整个平衡调节过程结束。
[0045]应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。
【权利要求】
1.一种抽油机平衡游标的调节控制装置，包括游标执行控制总成和地面采集分析控制总成，其特征是:所述游标执行控制总成(30)以太阳能储能为电源，并与所述地面采集分析控制总成(20)之间采用无线通讯方式进行控制联系；所述地面采集分析控制总成(20)通过对抽油机平衡度参数进行采集和分析，向所述游标执行控制总成(30)发送指令控制平衡游标的移动用以调节抽油机平衡。
2.根据权利要求1所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述游标执行控制总成(30)包括太阳能电池板(15)、蓄电池(16)、电池充放电控制器(8)、游标控制器(12)、电机控制器(10)和电机(17)，其中，所述游标执行控制总成(30)通过所述电池充放电控制器(8 )将所述太阳能电池板(15 )获得的能量对所述蓄电池(16 )进行充电，所述蓄电池(16)为所述游标控制器(12)和所述电机控制器(10)提供电力。
3.根据权利要求2所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述游标控制器(12)基于分析抽油机的运行状态，控制所述电机控制器(10)带动所述电机(17)正转或者反转控制平衡游标的前进或者后退移动用以调节抽油机平衡。
4.根据权利要求3所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述游标执行控制总成(30)还包括游标移动极限位置检测单元，当平衡游标移动到达后退或前进极限位置时移动停止。
5.根据权利要求4所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述游标移动极限位置检测单元包括游标后退极限位置开关(13)，游标前进极限位置开关(14)。
6.根据权利要求1至5中任一所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述地面采集分析控制总成(20)包括地面采集分析控制器(4)，并连接基于检测抽油机电机电流信号而判断平衡度的电流检测单元(2)和人机界面(5)，所述游标执行控制总成(30)将平衡调节的相关数据传送到所述地面采集分析控制器(4)，并在所述人机界面(5)中显示和数据存储。
7.根据权利要求6所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述地面采集分析控制总成(20)还包括载荷传感器(18)和压力传感器(19)，所述地面采集分析控制器(4)通过接收所述载荷传感器(18)和所述压力传感器(19)采集的抽油机载荷信号和压力信号，绘制出抽油机的示功图，在所述人机界面(5)中显示。
8.根据权利要求7所述抽油机平衡游标的调节控制装置，其特征是:所述地面采集分析控制总成将所述电流检测单元(2)采集的抽油机电机电流信号、所述载荷传感器(18)的载荷信号、所述压力传感器(19)的压力信号、电机电压信号，所述游标执行控制总成(30)将平衡游标位置信号、游梁倾角信号、所述蓄电池(16)电压信号，所述电机控制器(10)控制状态信号，通过远程通讯模块与上位机进行数据传送。
9.一种权利要求1所述抽油机平衡游标的调节控制装置的控制方法，其特征是，所述方法包括以下步骤: O启动运行抽油机和地面采集分析控制器(4)； 2)根据电流检测单元(2)采集的抽油机电机电流信号、地面采集分析控制器(4)接收游标控制器(12)发送的游梁倾角信号计算出抽油机的平衡度，判断平衡度数值是否小于或者大于设定的要求值； 3)如平衡度数值大于或者小于设定的要求值时，地面采集分析控制器(4)在没有接收到任何故障信息的情况下，向游标控制器(12)发出相应的平衡游标后退或者前进的指令； 4)游标控制器(12)在没有接收到任何故障信息且没有收到游标运行方向极限位置开关被触发信息的情况下，通过其内置的倾角传感器检测到抽油机运行到下死点位置时，启动电机控制器(10),控制电机(17)动作,带动平衡游标后退或者前进移动； 5)当需要停止时，地面采集分析控制器(4)通过无线通讯方式向游标控制器(12)发送停止指令，游标控制器(12 )通过电机控制器(10 )使得电机(17 )停止运行，从而停止平衡游标的移动；6)平衡游标在后退或者前进移动过程中触动游标后退极限位置开关(13)或游标前进极限位置开关(14)时，游标控制器(12)立即控制电机(17)停止，从而停止平衡游标的移动。
10.根据权利要求9所述抽油机平衡游标调节控制装置的控制方法，其特征是:所述地面采集分析控制器(4)向游标控制器(12)发出平衡游标后退或者前进的指令的步骤，以及所述地面采集分析控制器(4)通过无线通讯方式向游标控制器(12)发送停止指令的步骤适用于手动方式调节过程。
11.根据权利要求9所述抽油机平衡游标调节控制装置的控制方法，其特征是:所述地面采集分析控制器(4)向游标控制器(12)发出平衡游标后退或者前进的指令的步骤，以及所述地面采集分析控制器(4)通过无线通讯方式向游标控制器(12)发送停止指令的步骤是根据地面采集分析控制器(4)检测到抽油机平衡度是否满足设定的要求值而采用自动方式的调节过程。
12.根据权利要求9至11中任一所述抽油机平衡游标调节控制装置的控制方法，其特征是:在所述平衡游标后退或者前进过程中触动游标后退极限位置开关(13)或游标前进极限位置开关(14)时，电机(17)执行游标控制器(12)的停止步骤后，游标控制器(12)向地面采集分析控制器(4)发出平衡调节到达极限位置信号，并在人机界面(5)中显示到达平衡调节极限。
【文档编号】E21B43/00GK104166403SQ201310184886
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】邹祥城, 郭庆荣, 王雷, 王绍军, 胡勇, 刘建鹏, 韩民强, 王增强, 王润玲, 董贺茹, 刘俊, 王泽香, 朱宏伟, 张振江, 郎帆, 孟鑫, 王庆山, 周海芳, 张军梅 申请人:中国石油集团渤海石油装备制造有限公司, 渤海石油装备（天津）新世纪机械制造有限公司