专利名称：无游梁煤层气抽气机的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于工矿企业油气田开发工程领域，具体涉及一种无游梁煤层气抽气机的控制系统。
背景技术：
抽油机是广泛应用于各种油气田开发的抽油设备，经过多年的发展，其产品系列化、标准化和通用化程度较高，可基本满足油田的需要。但煤层气开采刚刚起步，还没有形成自己的体系，从抽油设备移植过来的排采设备在选型方法上主要依赖采油方面的经验。 我国目前钻煤层气井2600多口，投入排采1000多口，均使用的是开采常规油气时常用的抽油机、抽油管、抽油杆和抽油泵等设备，随着我国煤层气规模化开发的来临，大量排采问题相继显现，目前的排采设备已经不能满足一些特殊地质与工程条件下的排采要求，严重影响煤层气井的产量，目前，国内尚无适用于煤层气开采的专用排采设备。现有技术中采用大功率异步电动机作为驱动源，经过机械传动机构将电机的旋转运动转化为抽油杆的直线往复运动，实现油或水的抽采。而煤层气井的排采与抽油机的采油对电气控制系统的要求不一样，它要求排采时液面要勻速、缓慢下降，有时需要控制液面稳定在某一水平上，有时需要一天内均速抽取多少方水。而现有的地面电气控制系统仅控制地面电气设备的运转，井下的参数是由人工定时寻井来完成的，不能做到井下参数的实时监测，所以也就无法实现排采液面的水位控制或流量控制。
发明内容
本发明要解决的关键技术问题是现有抽气机的地面电气控制系统不适宜于煤层气开发的问题，故本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便，能实时监测、适宜于煤层气开采中使用的无游梁煤层气抽气机控制系统。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案本发明包括位于井底的水压传感器和位于井口的瓦斯气体气压传感器，所述的水压传感器和瓦斯气体气压传感器均与可编程控制器的输入端相连接，可编程控制器通过电机控制器连接至电机。所述的电机为开关磁阻电机，所述的电机控制器为开关磁阻电机控制器。在所述抽油管至排水管的通路上设置流量传感器，所述的流量传感器与可编程控制器的输入端相连接。所述的可编程控制器还与触摸屏相连接。所述可编程控制器的输入端还与限定冲程的行程开关和确定冲程初始位置的接近开关相连接。所述的可编程控制器还与电加热器和降温风扇相连接。采用上述技术方案的本发明，本发明中采用可编程控制器PLC为主控单元，使用开关磁阻电机及其控制器为驱动源，使用流量传感器和压力传感器作为检测单元，使用触摸屏为人机交互界面，编制了相应的控制程序，构成了无游梁煤层气抽气机的控制系统，该控制系统能实时监控井下的各种状态，便于控制，完全能满足煤层气开采的特殊要求。
图1为本发明的整体结构图；图2为本发明的原理框图；图3为本发明的电路图；图4为本发明中液面降速控制程序流程图；图5为本发明中流量控制程序流程图。
具体实施例方式实施例1如图1所示，在地下打固井管4，固井管4内设置抽油管5，抽油管5内设置抽油杆 6，抽油杆6在抽油管5内作直线式往复运动，且抽油杆6的运动速度和运动状态由电机10 控制。本发明在井底设置水压传感器1，在井口设置瓦斯气体气压传感器2。水压传感器 1和瓦斯气体气压传感器2构成本发明中的液压降速控制采集装置，通过液压降速控制采集装置实时采集的数据，可以得出井下液面下降的速度，从而便于控制系统根据实时采集的结果作出相应的控制指令。上述的水压传感器1和瓦斯气体气压传感器2均与可编程控制器9的输入端相连接，可编程控制器9通过电机控制器连接至电机10，如图2所示。上述的可编程控制器9位于地面电气柜中，以方便控制。需要说明的是，上述的电机10可以为开关磁阻电机，相应的电机控制器为开关磁阻电机控制器。另外，电机10还可以为永磁同步电机，相应的电机控制器为变频器。 如图3所示，开关磁阻电机M通过管脚Al、A2、Bl、B2、Cl、C2与开关磁阻电机控制器Ul相连，开关磁阻电机控制器Ul的故障输出端子E0K、E0G、E0B，转速信号输出端子SO+、 SO-和转向信号输出端子D0+、D0均连接可编程控制器的输入端。在本实施例中，可编程控制器由三部分组成，其中U2-1为主控部分，采用SIEMENS S7-200 ；U2-2为模拟量输入模块， 采用SIEMENS EM231 ;U2-3为模拟量输出模块，采用SIEMENS EM232。另外，开关磁阻电机控制器Ul的启动端子ST、转向端子FR、故障复位端子RE、正向点动端子PJ、反向点动端子 NJ、控制信号公用端子GD连接可编程控制器的输出端。所述流量传感器4和压力传感器5 与可编程控制器3的模拟量输入模块U2-2相连。上述可编程控制器PLC中的程序为控制系统核心，并以液面降速控制子程序是实现自动控制的核心单元，该程序从可编程控制器PLC的模拟量输入输出接口实时读入井口和井底压力数据，根据控制参数进行处理后输出到开关磁阻电机控制器，及时调整开关磁阻电机的运行速度，提高或降低冲次，从而实现了日产排液量的控制和井底液面下降速率的自动调节。如图4所示，上述液面降速控制子程序使用PID进行调节。首选分别读取井底压力值和井口压力值，并将它们分别标准化；然后将井底压力值减去井口压力值得到实际水深；接着，每30s更新一次PID参数中的“当前值”，最后通过可编程控制器PLC中的PID控
4制模块进行调节，使得最后输出的转速数据传送至开关磁阻电机控制器中。实施例2本实施例与实施例1不同的是，本实施例在实施例1的基础上，在抽油管5至排水管8的通路上设置流量传感器3，流量传感器3与可编程控制器9的输入端相连接。一般来说，用井底的水压值减去瓦斯气体的气压，得到的即为井中水的压力，从而得到每天抽取多少方水。但是在实际作业中，往往存在偏差，所以增加流程传感器3用于测量抽取水的立方数值。如图5所示，上述的流程控制程序流程图同样采用PID进行调节。当程序开始时， 首选读取排水流量值并将其标准化，然后每30s更新一次PID参数中的“当前值”，最后通过可编程控制器PLC中的PID控制模块进行调节，使得最后输出的转速数据传送至开关磁阻电机控制器中。其他技术特征与实施例1相同。实施例3本实施例与实施例1不同的是，本实施例在实施例1、实施例2的基础上增加触摸屏人机交互界面，上述的触摸屏通过RS-232通信电缆与可编程控制器9的通信接口相连。触摸屏作为人机交互界面，通过它可以实时监控井底压力、套管压力、流量和冲程冲次，还可实时显示系统累计运行时间、配重位置、电机转速、故障报警、正反转运行状态、 运行、换向、制动器状态等设备运行状态参数。可以通过触摸屏的设置选择流量控制方式或液面下降速率控制方式，并可以在线调整控制参数。如图4、图5所示，在每次都取传感器采集的数据之前，首先需要判断是否通过触摸屏进行了参数改变；如果通过触摸屏有相应的改变，则读取触摸屏的设定值，得到液面下降的设定速度和设定的日排水量，并将其转换为目标水深，然后更新PID参数中的“设定值”，通过PID控制模块进行调节。其他技术特征与实施例1、实施例2相同。实施例4本实施例与实施例1不同的是，本实施例在实施例1、实施例2和实施例3的基础上增加行程开关和接近开关，上述的行程开关和接近开关均与可编程控制器9的输入端相连接。其中，行程开关用于限定冲程，接近开关用于确定冲程的初始位置。其他技术特征与实施例1、实施例2和实施例3相同。需要说明的是，本发明中的控制系统基于可编程控制器开发，当然也可以基于单片机、DSP等其他元器件开发，这均为本领域普通技术人员所熟知的技术。同时，为保证系统的安全运行，使电气柜中的温度保持在安全范围，上述的可编程控制器还与电加热器和降温风扇相连接。
权利要求
1.一种无游梁煤层气抽气机的控制系统，其特征在于它包括位于井底的水压传感器和位于井口的瓦斯气体气压传感器，所述的水压传感器和瓦斯气体气压传感器均与可编程控制器的输入端相连接，可编程控制器通过电机控制器连接至电机。
2.根据权利要求1所述的无游梁煤层气抽气机的控制系统，其特征在于所述的电机为开关磁阻电机，所述的电机控制器为开关磁阻电机控制器。
3.根据权利要求1或2所述的无游梁煤层气抽气机的控制系统，其特征在于在所述抽油管至排水管的通路上设置流量传感器，所述的流量传感器与可编程控制器的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的无游梁煤层气抽气机的控制系统，其特征在于所述的可编程控制器还与触摸屏相连接。
5.根据权利要求4所述的无游梁煤层气抽气机的控制系统，其特征在于所述可编程控制器的输入端还与限定冲程的行程开关和确定冲程初始位置的接近开关相连接。
6.根据权利要求5所述的无游梁煤层气抽气机的控制系统，其特征在于所述的可编程控制器还与电加热器和降温风扇相连接。
全文摘要
本发明公开了一种无游梁煤层气抽气机的控制系统，它包括位于井底的水压传感器和位于井口的瓦斯气体气压传感器，所述的水压传感器和瓦斯气体气压传感器均与可编程控制器的输入端相连接，可编程控制器通过电机控制器连接至电机。采用上述技术方案的本发明，本发明中采用可编程控制器PLC为主控单元，使用开关磁阻电机及其控制器为驱动源，使用流量传感器和压力传感器作为检测单元，使用触摸屏为人机交互界面，编制了相应的控制程序，构成了无游梁煤层气抽气机的控制系统，该控制系统能实时监控井下的各种状态，便于控制，完全能满足煤层气开采的特殊要求。
文档编号G05B19/05GK102220852SQ20101014536
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者倪小明, 王泰华, 苏现波, 郭宇, 郭红玉 申请人:河南长江石油机械有限公司