一种稠油井智能加热控制装置

1.本实用新型属于稠油加热智能控制技术领域，具体涉及一种稠油井智能加热控制装置。


背景技术：

2.世界上稠油资源极为丰富，在世界油气资源中占有较大的比例，其分布也十分广泛。但稠油的含蜡量高、凝固点高，生产过程中易卡井导致油井不能正常生产。因此，要通过加热的方式使稠油的粘度降下来，我国大部分油田采用空心抽油杆电加热法。其原理是将中频交流电通过自悬连接器送到电加热抽油杆的终端，对空心杆杆体实现由上而下的非线性加热，通过热传导有效提高井筒内原油温度，降低原油粘度，增加其流动性。但是目前在很多油田现场，一般都是依靠经验值人为设定来控制加热电源的输出功率。采用人工经验值时，为了避免原油中的石蜡析出造成卡井等生产事故，往往会采用较大的加热功率来加热油管内的原油，导致电加热设备的耗电量是抽油机能耗的4至5倍。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种稠油井智能加热控制装置，以解决现有技术中，人为设定来控制加热电源的输出功率，耗电量过大的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种稠油井智能加热控制装置，包括智能控制器、井口温度传感器、抽油机数据采集模块、触摸屏和云平台；
6.所述智能控制器的信号输入端连接井口温度传感器和油机数据采集模块，所述智能控制器的信号输出端连接中频电源，用于控制中频电源的输出电流；
7.所述触摸屏通过rs485接口电路与所述智能控制器连接，所述触摸屏通过网口与云平台通信连接。
8.进一步的，所述抽油机数据采集模块包括电压传感器、电流传感器以及角度传感器；所述电压传感器的信号输出端、电流传感器的信号输出端以及角度传感器的信号输出端均与所述智能控制器的信号输入端连接。
9.进一步的，所述智能控制器内嵌在控制器外壳中。
10.进一步的，所述控制器外壳包括控制器底座和控制器上盖，所述控制器底座的一端安装有串口槽、指示灯和sd卡口，所述串口槽、指示灯和sd卡口均连接所述智能控制器。
11.进一步的，所述控制器上盖的一侧设置有控制器接线柱和接线端子，用于连接电源线。
12.进一步的，所述智能控制器包括stm32f103rdt6型主控芯片、电能参数采集卡和sd卡；所述stm32f103rdt6型主控芯片集成设置有复位电路、时钟电路和供电电路；所述电能参数采集卡连接所述电压传感器的信号输出端、电流传感器的信号输出端以及stm32f103rdt6型主控芯片；sd卡插在sd卡口中并与所述stm32f103rdt6型主控芯片连接。
13.进一步的，所述rs485接口电路采用sp3485esa芯片，所述sp3485esa芯片的u4 tx引脚、u4rx引脚分别与stm32f103rdt6型主控芯片的51引脚、52号引脚相连，所述sp3485esa芯片的a1引脚、b1引脚与触摸屏相连。
14.进一步的，所述时钟电路主频选用8mhz晶振，时钟rtc频率选用32.768khz。
15.进一步的，所述电能参数采集卡采用hlw8032芯片。
16.进一步的，所述供电电路采用lm1117
‑
3.3v芯片，输出3.3v电压。
17.本实用新型的有益效果如下：
18.1、本实用新型实施例提供的稠油井智能加热控制装置，包括智能控制器、井口温度传感器、抽油机数据采集模块和触摸屏。控制参数设定可由井场工作人员根据油田现场设备实际运行需求，经触摸屏进行设置。智能控制器依据预先设定的参数，根据抽油机电功率和井口油液温度来输出控制信号，控制中频电源，实现对中频电源输出功率的智能控制。
19.2、稠油井智能加热控制装置的实时运行数据可通过智能控制器上传至云平台，通过远程终端进行监测与控制。
附图说明
20.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1为本实用新型实施例稠油井智能加热控制装置的结构框图。
22.图2为本实用新型实施例中智能控制器外观图。
23.图3为本实用新型实施例中智能控制器的芯片连接外设的原理图。
24.图4为本实用新型实施例中智能控制器的芯片的供电电路原理图。
25.图5为本实用新型实施例中rs485接口原理图。
26.图6为本实用新型实施例中sd卡电路原理图。
27.图7为本实用新型实施例中rs232通讯电路原理图。
28.附图标记说明：1
‑
智能控制器；2
‑
控制器上盖；3
‑
串口槽；4
‑
指示灯；5
‑
sd卡口；6
‑
控制器接线柱；7
‑
接线端子；8
‑
控制器底座；9
‑
抽油机数据采集模块；10
‑
井口温度传感器；11
‑
触摸屏；12
‑
云平台。
具体实施方式
29.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本实用新型提供进一步的详细说明。除非另有指明，本实用新型所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本实用新型所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。
31.如图1所示，本实施例提供了一种稠油井智能加热控制装置，包括嵌入式的智能控制器1、井口温度传感器10、抽油机数据采集模块9、触摸屏11和云平台12。智能控制器1的信号输入端连接井口温度传感器10和油机数据采集模块，智能控制器1的信号输出端连接中
频电源，用于控制中频电源的输出电流；触摸屏11通过rs485接口电路与智能控制器1连接；触摸屏11通过网口与云平台12通信连接，将数据上传至云平台，实现数据传输。在本实施例中，抽油机数据采集模块9包括电压传感器、电流传感器以及角度传感器；电压传感器的信号输出端、电流传感器的信号输出端以及角度传感器的信号输出端均与智能控制器1的信号输入端连接，将抽油机的电压、电流、抽油机上下冲程位置及井口油液温度等运行参数，转换为标准的电压信号，输入智能控制器1，智能控制器1根据输入的参数对中频电源的输出电流进行控制。本实施例中，智能控制器1对中频电源进行控制，例如：当原油温度高于阈值时，控制中频电源输出电流减小，当原油温度低于阈值时，控制中频电源输出电流增大；当抽油机的电压、电流、抽油机上下冲程位置超出设定阈值时，控制中频电源输出电流减小，当抽油机的电压、电流、抽油机上下冲程位置低于设定阈值时，控制中频电源输出电流增大。另外还有其他的控制方式，本实施例中不再一一赘述。
32.本实用新型的一个优选实施例中，角度传感器，测量范围
‑
50
°‑
50
°
，输出4
‑
20madc电流信号，精度1％f
·
s，用于测量抽油机游梁运动的实时角度变化，并将采集到的角度信息传输给智能控制器1。井口温度传感器10支持单总线接口，采用温度变送器和热电偶，量程为0
‑
100℃，输出4
‑
20madc电流信号，精度
±
0.2％，用于测量油井井口油液温度，并将采集到的温度信息传输给智能控制器1。电压传感器，采用闭环霍尔电压传感器，测量范围
±
1200v，输出电流额定值为25ma，用于测量抽油机的电压值，并将采集到的电压信息传输给智能控制器1。电流传感器，采用闭环霍尔电流传感器，测量范围0
‑
100a，用于测量抽油机电流值，并将采集到的电流信息传输给智能控制器1。
33.如图2所示，本实用新型的一个优选实施例中，智能控制器1内嵌在控制器外壳中。控制器外壳包括控制器底座8和控制器上盖2，控制器底座8的一端安装有串口槽3、指示灯4和sd卡口5，串口槽3、指示灯4和sd卡口5均连接智能控制器1。串口槽3内设置rs232等接口。控制器上盖2的一侧设置有控制器接线柱6和接线端子7，接线端子7直接插在接线柱6上，接线端子7上连接有电源线以及信号线等。
34.如图3所示，本实用新型的一个优选实施例中，智能控制器1包括stm32f103rdt6型主控芯片、电能参数采集卡和sd卡。stm32f103rdt6型主控芯片，工作频率为72mhz，384k字节的闪存存储器，用于存放程序和数据，多达64k字节的内置sram，丰富的增强i/o端口和联接到两条apb总线的外设，其具有高性能、低成本、低功耗等优点。指示灯4直接与主控芯片的引脚相连，连接在主控芯片的第38和41引脚。stm32f103rdt6型主控芯片集成设置有复位电路、时钟电路、vbat外围电路和boot启动电路。复位电路为低电平复位，复位电路reset端连接主芯片第7复位管脚，当上电一瞬间，c5相当于通路接地，芯片自动复位，之后3.3v稳定，c5相当于断路，复位端reset一直为高电平。时钟电路，主频选用8mhz晶振，时钟rtc频率选用32.768khz。vbat外围电路，其原理是当接有电池和3.3v电源时，就会选择3.3v供电；当只接电池时，就会选择电池供；当不接电池仅有3.3v电源时，会选择3.3v供电。其功能是当vdd断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持rtc。boot0和boot分别通过10k电阻接地，方便串口下载，下载器控制boot0为高电平，下完后又将boot0恢复为低，stm32复位即可进入用户程序。电能参数采集卡基于hlw8032芯片，电能参数采集卡连接电压传感器的信号输出端、电流传感器的信号输出端以及stm32f103rdt6型主控芯片，电能参数采集卡的6、7引脚与主控芯片的第42、43引脚相连；可以测量线路电压和电流，实时计算出抽油机瞬时电功
率，通过uart端口通信数据。其采用5v电源，内置3.579m晶体振荡器和8pin sop封装，具有精度高、功耗低、可靠性高、适用环境强等优点。
35.如图4所示，本实用新型的一个优选实施例中，供电电路采用lm1117
‑
3.3v芯片输出3.3v和5v电压，lm1117
‑
3.3v芯片是一种低压差线性电压调节器，内部集成过热保护和限流电路；供电电路原理图中c30为输入电容，防止断电后出现电压倒置；c31、c32为输出滤波电容，作用是抑制自激振荡和稳定输出电压。
36.如图5所示，本实用新型的一个优选实施例中，触摸屏11有一个以太网接口、一个集成了rs232和rs485的串口，rs485接口电路采用sp3485esa芯片，sp3485esa芯片的u4 tx引脚、u4 rx引脚分别与stm32f103rdt6型主控芯片的51引脚、52号引脚相连，sp3485esa芯片的a1引脚、b1引脚与触摸屏11相连。
37.如图6所示，本实用新型的一个优选实施例中，sd卡电路原理图中采用microsd模块，使用spi模式通讯并采用3.3v供电。sd卡用来存放传感器采集的数据，以便测试查看。sd卡插在sd卡口5中，sd卡口5通过sd卡电路与stm32f103rdt6型主控芯片连接。sd卡电路中2、5、7、3引脚分别与主控芯片第33、34、35、36引脚连接。
38.如图7所示，本实用新型的一个优选实施例中，为rs232通讯电路原理图。原理图中采用max232双驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5v电源供电时提供eia/tia
‑
232
‑
e电平。max232芯片中有四条转换线路，其中两条是rs232转ttl，另外两条是ttl转rs232。本实用新型中仅使用其中两条转换线路，其中7、8为rs232引脚，9、10为ttl引脚，组成一组转换器。rs232引脚为9孔串口，9孔串口设置在串口槽3中，用于智能控制器1使用usb转9针串口连接线与pc端进行软件调试。
39.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。