一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统的制作方法
【专利摘要】一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统，涉及抽油机控制领域。解决了抽油机的机械调整多为人工操作，调整时间长、响应速度慢，使采油工作无法正常进行，进而导致抽油机采油效率低的问题。所述控制系统的角度传感器固定安装在抽油机的机架支点上，用于检测抽油杆的摆动角度，并将检测信号发送给交流伺服控制系统，交流伺服控制系统的控制信号输出端与同步电机的控制信号输入端连接，交流伺服控制系统的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机的三相电流检测信号输出端连接，电机编码器用于检测同步电机转子位置、转子转速和转子方向，同步电机的动力输出端通过传动机构驱动抽油杆摆动。本发明适用于对抽油机的抽油杆摆动进行控制。
【专利说明】一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及抽油机控制领域。
【背景技术】
[0002]当前石油采油方式多为地面抽油机为主。而抽油机的控制也多采用人工操作，即人员到每一 口油井采集功图并加以分析，然后人工进行相应的机械调整，费时费力，响应速度也慢，控制效率较低，影响最终的采油效率。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决抽油机的机械调整多为人工操作，调整时间长、响应速度慢，进而导致抽油机采油效率低的问题，提出了一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统。
[0004]一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统包括角度传感器、同步电机、交流伺服控制系统和电机编码器，所述角度传感器固定安装在抽油机的机架支点上，用于检测抽油杆的摆动角度，交流伺服控制系统的抽油杆摆动角度检测信号输入端与角度传感器的抽油杆摆动角度检测信号输出端连接，交流伺服控制系统的控制信号输出端与同步电机的控制信号输入端连接，交流伺服控制系统的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机的三相电流检测信号输出端连接，电机编码器用于检测同步电机转子位置、转子转速和转子方向，所述电机编码器的同步电机转子位置检测信号输出端与交流伺服控制系统的同步电机转子位置检测信号输入端连接，电机编码器的同步电机转子转速和方向检测信号输出端与交流伺服控制系统的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，同步电机的动力输出端通过传动机构驱动抽油杆摆动。
[0005]所述交流伺服控制系统3包括抽油杆摆动角度检测电路、抽油杆摆动角度预设电路、抽油杆摆动角度比较电路、同步电机转子转速和方向预设电路、同步电机转子转速和方向比较电路、同步电机转子转速和方向检测电路、同步电机矢量电流预设电路、同步电机矢量电流比较电路、同步电机三相电流检测电路、同步电机转子位置检测电路、电流矢量变换电路、信号调制电路和数据处理电路，
[0006]抽油杆摆动角度检测电路的抽油杆摆动角度检测信号输入端作为交流伺服控制系统的抽油杆摆动角度检测信号输入端与角度传感器的抽油杆摆动角度检测信号输出端连接，
[0007]抽油杆摆动角度检测电路的抽油杆摆动角度检测信号输出端与抽油杆摆动角度比较电路的抽油杆摆动角度检测信号输入端连接，
[0008]抽油杆摆动角度预设电路的抽油杆摆动角度预设信号输出端与抽油杆摆动角度比较电路的抽油杆摆动角度预设信号输入端连接，
[0009]抽油杆摆动角度比较电路的信号输出端与信号调制电路的抽油杆摆动角度差信号输入端连接，
[0010]同步电机转子转速和方向预设电路的同步电机转子转速和方向预设信号输出端与同步电机转子转速和方向比较电路的同步电机转子转速和方向预设信号输入端连接，
[0011]同步电机转子转速和方向检测电路的同步电机转子转速和方向检测信号输入端作为交流伺服控制系统的同步电机转子转速和方向检测信号输入端与电机编码器的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，
[0012]同步电机转子转速和方向检测电路的同步电机转子转速和方向检测信号输出端与同步电机转子转速和方向比较电路的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，
[0013]同步电机转子转速和方向比较电路的同步电机转子转速和方向比较信号输出端与信号调制电路的同步电机转子转速和方向比较信号输入端连接，
[0014]同步电机转子位置检测电路的同步电机转子位置检测信号输入端作为交流伺服控制系统的同步电机转子位置检测信号输入端与电机编码器的同步电机转子位置检测信号输出端连接，
[0015]同步电机转子位置检测电路的同步电机转子位置检测信号输出端与电流矢量变换电路的同步电机转子位置检测信号输入端连接，
[0016]同步电机三相电流检测电路的同步电机三相电流检测信号输入端作为交流伺服控制系统的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机的三相电流检测信号输出端连接，
[0017]同步电机三相电流检测电路的同步电机三相电流检测信号输出端与电流矢量变换电路的同步电机三相电流检测信号输入端连接，
[0018]电流矢量变换电路的电流矢量变换信号输出端与同步电机矢量电流比较电路的电流矢量变换信号输入端连接，
[0019]同步电机矢量电流预设电路的同步电机矢量电流预设信号输出端与同步电机矢量电流比较电路的同步电机矢量电流预设信号输入端连接，
[0020]同步电机矢量电流比较电路的同步电机矢量电流比较信号输出端与信号调制电路的同步电机矢量电流比较信号输入端连接，
[0021]信号调制电路的调制信号输出端与数据处理电路的调制信号输入端连接，
[0022]数据处理电路的控制信号输出端作为交流伺服控制系统的控制信号输出端与同步电机的控制信号输入端连接。
[0023]有益效果:本发明中所述的角度传感器实时地对抽油机的抽油杆的摆动角度进行检测，电机编码器实时地对同步电机的转子转速和方向、同步电机的矢量电流进行检测，同时将检测结果送入交流伺服控制系统，该交流伺服控制系统将检测结果与预设值相比较后的结果经过处理后，再根据处理结果控制同步电机的转子，通过同步电机带动抽油杆工作，以反馈式的数据处理方式实现对抽油杆的实时检测和控制，使抽油机在进行机械调整时避免了人工操作由于调整时间过长、响应速度慢的问题，进而使采油效率提高了 5%以上，本发明还提供了可供技术人员对抽油机工作姿态进行分析的抽油功图生成电路，使技术人员能够了解抽油机的工作状况。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为【具体实施方式】一所述的角度传感器1、同步电机2和交流伺服控制系统3安装在抽油机的位置示意图；[0025]图2为本发明所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统的电气结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一、结合图1和图2说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统包括角度传感器1、同步电机2、交流伺服控制系统3和电机编码器4，所述角度传感器I固定安装在抽油机的机架支点上，用于检测抽油杆的摆动角度，交流伺服控制系统3的抽油杆摆动角度检测信号输入端与角度传感器I的抽油杆摆动角度检测信号输出端连接，交流伺服控制系统3的控制信号输出端与同步电机2的控制信号输入端连接，交流伺服控制系统3的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机2的三相电流检测信号输出端连接，电机编码器4用于检测同步电机2转子位置、转子转速和转子方向，所述电机编码器4的同步电机转子位置检测信号输出端与交流伺服控制系统3的同步电机转子位置检测信号输入端连接，电机编码器4的同步电机转子转速和方向检测信号输出端与交流伺服控制系统3的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，同步电机2的动力输出端通过传动机构驱动抽油杆摆动。
[0027]【具体实施方式】二、结合图2说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统的区别在于，所述交流伺服控制系统3包括抽油杆摆动角度检测电路3-9、抽油杆摆动角度预设电路3-2、抽油杆摆动角度比较电路3-10、同步电机转子转速和方向预设电路3-3、同步电机转子转速和方向比较电路3-11、同步电机转子转速和方向检测电路3-4、同步电机矢量电流预设电路3-5、同步电机矢量电流比较电路3-12、同步电机三相电流检测电路3-6、同步电机转子位置检测电路3-8、电流矢量变换电路3-13、信号调制电路3-14和数据处理电路3_15，
[0028]抽油杆摆动角度检测电路3-9的抽油杆摆动角度检测信号输入端作为交流伺服控制系统3的抽油杆摆动角度检测信号输入端与角度传感器I的抽油杆摆动角度检测信号输出端连接，
[0029]抽油杆摆动角度检测电路3-9的抽油杆摆动角度检测信号输出端与抽油杆摆动角度比较电路3-10的抽油杆摆动角度检测信号输入端连接，
[0030]抽油杆摆动角度预设电路3-2的抽油杆摆动角度预设信号输出端与抽油杆摆动角度比较电路3-10的抽油杆摆动角度预设信号输入端连接，
[0031]抽油杆摆动角度比较电路3-10的信号输出端与信号调制电路3-14的抽油杆摆动角度差信号输入端连接，
[0032]同步电机转子转速和方向预设电路3-3的同步电机转子转速和方向预设信号输出端与同步电机转子转速和方向比较电路3-11的同步电机转子转速和方向预设信号输入端连接，
[0033]同步电机转子转速和方向检测电路3-4的同步电机转子转速和方向检测信号输入端作为交流伺服控制系统3的同步电机转子转速和方向检测信号输入端与电机编码器4的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，
[0034]同步电机转子转速和方向检测电路3-4的同步电机转子转速和方向检测信号输出端与同步电机转子转速和方向比较电路3-11的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，
[0035]同步电机转子转速和方向比较电路3-11的同步电机转子转速和方向比较信号输出端与信号调制电路3-14的同步电机转子转速和方向比较信号输入端连接，
[0036]同步电机转子位置检测电路3-8的同步电机转子位置检测信号输入端作为交流伺服控制系统3的同步电机转子位置检测信号输入端与电机编码器4的同步电机转子位置检测信号输出端连接，
[0037]同步电机转子位置检测电路3-8的同步电机转子位置检测信号输出端与电流矢量变换电路3-13的同步电机转子位置检测信号输入端连接，
[0038]同步电机三相电流检测电路3-6的同步电机三相电流检测信号输入端作为交流伺服控制系统3的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机2的三相电流检测信号输出端连接，
[0039]同步电机三相电流检测电路3-6的同步电机三相电流检测信号输出端与电流矢量变换电路3-13的同步电机三相电流检测信号输入端连接，
[0040]电流矢量变换电路3-13的电流矢量变换信号输出端与同步电机矢量电流比较电路3-12的电流矢量变换信号输入端连接，
[0041]同步电机矢量电流预设电路3-5的同步电机矢量电流预设信号输出端与同步电机矢量电流比较电路3-12的同步电机矢量电流预设信号输入端连接，
[0042]同步电机矢量电流比较电路3-12的同步电机矢量电流比较信号输出端与信号调制电路3-14的同步电机矢量电流比较信号输入端连接，
[0043]信号调制电路3-14的调制信号输出端与数据处理电路3-15的调制信号输入端连接，
[0044]数据处理电路3-15的控制信号输出端作为交流伺服控制系统3的控制信号输出端与同步电机2的控制信号输入端连接
[0045]【具体实施方式】三、结合图2说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】与【具体实施方式】二所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统的区别在于，所述交流伺服控制系统3还包括循环周期检测电路3-17和抽油功图生成电路3-16，
[0046]循环周期检测电路3-6用于检测抽油杆运动的循环周期，
[0047]循环周期检测电路3-6的循环周期检测信号输出端与数据处理电路3-8的循环周期检测信号输入端连接，
[0048]数据处理电路3-8的抽油功图合成信号输出端与抽油功图合成电路3-11的抽油功图合成信号输入端连接。
[0049]本实施方式中增加了循环周期检测电路3-17和抽油功图生成电路3-16，循环周期检测电路3-17通过检测抽油杆的运动周期，数据处理电路3-8通过对抽油杆不同运动周期的工作姿态进行处理后发送给抽油功图生成电路3-16中合成抽油功图，使技术人员通过抽油功图掌握和了解抽油机的实时工作状态。
[0050]【具体实施方式】四、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统的区别在于，所述角度传感器I采用型号为Sick-SRS50的角度传感器。
【权利要求】
1.一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统，其特征在于，它包括角度传感器(I)、同步电机(2)、交流伺服控制系统(3)和电机编码器(4)，所述角度传感器(I)固定安装在抽油机的机架支点上，用于检测抽油杆的摆动角度，交流伺服控制系统(3)的抽油杆摆动角度检测信号输入端与角度传感器(I)的抽油杆摆动角度检测信号输出端连接，交流伺服控制系统(3)的控制信号输出端与同步电机(2)的控制信号输入端连接，交流伺服控制系统(3)的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机(2)的三相电流检测信号输出端连接，电机编码器(4)用于检测同步电机(2)转子位置、转子转速和转子方向，所述电机编码器(4)的同步电机转子位置检测信号输出端与交流伺服控制系统(3)的同步电机转子位置检测信号输入端连接，电机编码器(4)的同步电机转子转速和方向检测信号输出端与交流伺服控制系统(3)的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接，同步电机(2)的动力输出端通过传动机构驱动抽油杆摆动。
2.根据权利要求1所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统，其特征在于，所述交流伺服控制系统(3)包括抽油杆摆动角度检测电路(3-9)、抽油杆摆动角度预设电路(3-2)、抽油杆摆动角度比较电路(3-10)、同步电机转子转速和方向预设电路(3-3)、同步电机转子转速和方向比较电路(3-11)、同步电机转子转速和方向检测电路(3-4)、同步电机矢量电流预设电路(3-5)、同步电机矢量电流比较电路(3-12)、同步电机三相电流检测电路(3-6)、同步电机转子位置检测电路(3-8)、电流矢量变换电路(3-13)、信号调制电路(3-14)和数据处理电路(3-15)， 抽油杆摆动角度检测电路(3-9)的抽油杆摆动角度检测信号输入端作为交流伺服控制系统(3)的抽油杆摆动角度检测信号输入端与角度传感器(I)的抽油杆摆动角度检测信号输出端连接， 抽油杆摆动角度检测电路(3-9 )的抽油杆摆动角度检测信号输出端与抽油杆摆动角度比较电路(3-10)的抽油杆摆动角度检测信号输入端连接， 抽油杆摆动角度预设电路(3-2)的抽油杆摆动角度预设信号输出端与抽油杆摆动角度比较电路(3-10)的抽油杆摆动角度预设信号输入端连接， 抽油杆摆动角度比较电路(3-10)的信号输出端与信号调制电路(3-14)的抽油杆摆动角度差信号输入端连接， 同步电机转子转速和方向预设电路(3-3)的同步电机转子转速和方向预设信号输出端与同步电机转子转速和方向比较电路(3-11)的同步电机转子转速和方向预设信号输入端连接， 同步电机转子转速和方向检测电路(3-4)的同步电机转子转速和方向检测信号输入端作为交流伺服控制系统(3)的同步电机转子转速和方向检测信号输入端与电机编码器(4)的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接， 同步电机转子转速和方向检测电路(3-4)的同步电机转子转速和方向检测信号输出端与同步电机转子转速和方向比较电路(3-11)的同步电机转子转速和方向检测信号输入端连接， 同步电机转子转速和方向比较电路(3-11)的同步电机转子转速和方向比较信号输出端与信号调制电路(3-14)的同步电机转子转速和方向比较信号输入端连接， 同步电机转子位置检测电路(3-8)的同步电机转子位置检测信号输入端作为交流伺服控制系统(3)的同步电机转子位置检测信号输入端与电机编码器(4)的同步电机转子位置检测信号输出端连接， 同步电机转子位置检测电路(3-8 )的同步电机转子位置检测信号输出端与电流矢量变换电路(3-13)的同步电机转子位置检测信号输入端连接， 同步电机三相电流检测电路(3-6)的同步电机三相电流检测信号输入端作为交流伺服控制系统(3)的同步电机三相电流检测信号输入端与同步电机(2)的三相电流检测信号输出端连接， 同步电机三相电流检测电路(3-6)的同步电机三相电流检测信号输出端与电流矢量变换电路(3-13)的同步电机三相电流检测信号输入端连接， 电流矢量变换电路(3-13)的电流矢量变换信号输出端与同步电机矢量电流比较电路(3-12)的电流矢量变换信号输入端连接， 同步电机矢量电流预设电路(3-5)的同步电机矢量电流预设信号输出端与同步电机矢量电流比较电路(3-12)的同步电机矢量电流预设信号输入端连接， 同步电机矢量电流比较电路(3-12)的同步电机矢量电流比较信号输出端与信号调制电路(3-14)的同步电机矢量电流比较信号输入端连接， 信号调制电路(3-14)的调制信号输出端与数据处理电路(3-15)的调制信号输入端连接， 数据处理电路(3-15)的控制信号输出端作为交流伺服控制系统(3)的控制信号输出端与同步电机(2)的控制信号输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统，其特征在于，所述交流伺服控制系统(3)还包括循环周期检测电路(3-17)和抽油功图生成电路(3-16)， 循环周期检测电路(3-6)用于检测抽油杆运动的循环周期， 循环周期检测电路(3-6)的循环周期检测信号输出端与数据处理电路(3-8)的循环周期检测信号输入端连接， 数据处理电路(3-8)的抽油功图合成信号输出端与抽油功图合成电路(3-11)的抽油功图合成信号输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种实时记录和控制抽油机姿态的控制系统，其特征在于，所述角度传感器(I)采用型号为Sick-SRS50的角度传感器。
【文档编号】H02K11/00GK103647494SQ201310665423
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】李凉, 杜红斌, 王庆海, 王君 申请人:大庆油田自动化仪表有限公司