数字化抽油机智能控制装置

数字化抽油机智能控制装置

一、概述

数字化抽油机智能控制装置是为配合新型数字化抽油机而研发的产品。本装置即可配套新型数字化抽油机，也可用于老式抽油机的数字化改造。

   本装置是根据数字化油田建设要求，以实现低成本开发上产的整体目标而开发的，具有结构简单、可靠性高、自动优化调整平衡和冲次等特点，能够进行远程数据传输、控制及井场视频监控，与油田数字化平台融合性好；符合各油田对抽油机低成本运行、低费用维护的要求，达到节能降耗、减员增效的目的。

二、主要功能

1、井口参数（压力、温度等）、电参数、示功图、平衡度等数据采集和远程传输； 

2、接收上位机指令实现抽油机远程启停，启动前语音提示； 

3、平衡度的自动测量及调整，可调整到更佳的平衡状况，降低峰值电流，起到保护减速机、减少机械冲击和节能的目的； 

4、更佳工作冲次的自动判定及调整，实时显示抽油机的冲次，可现场手动或远程手动无极调节冲次（采用变频调速原理），也可由上位机根据功图等数据确定更佳冲次，在保证产液量的情况下，冲次调整到更佳状态，达到更佳节能效果，同时减少设备磨损； 

5、实现软启动，降低启动惯性载荷，减少机械冲击，结合更佳平衡判定及调节技术，降低电机装机容量，降低井场电网容量； 

6、井场视频监控，实时了解井场（特别是边远井）的井场状况，杜绝原油及设备被盗现象，结合远程启停功能，降低管理费用； 

7、结合上位机后台软件，定时保存油井各项数据，供油田各部门实时调用、资源共享，提高办事效率，降低管理费用； 

8、后台软件采用地图界面实时显示现场油井状况，并提供各种数据报表，为生产管理提供决策依据。

三、主要优点

1、提供油井数字化管理手段，提升油井数字化管理水平，提高办事效率，降低管理费用； 

2、自动调节平衡、自动调节冲次，节能降耗； 

3、减少设备维护工作量，降低工人劳动强度，延长设备使用寿命； 

4、为今后数字化油田建设提供可靠的硬件及软件设施。 

四、型号说明

YSCSK—XX—XX/XX

输入电压：1140V/缺省380V

油井电机额定功率：5.5~45KW

变频器代号：汇川—HC、英威腾—YT、宝德—BD

控制柜代号：YSCSK

五、主要技术参数

额定工作电压：AC380V±15%；

电压频率：50Hz±10%；

变频运行频率：20~50 Hz；

海拔高度：≤2000m；

运行温度：-30℃~+50℃；

相对湿度：≤90%，无凝露；

防护等级：IP45；

六、功能及特点

1. 功能强大，接口丰富，使井场的系统配置更加简化；

2. 具有计算分析平衡度并自动调整的功能；

3. 具有常见变频器连接接口，可通过操作变频器实现冲次调整；

4. 对采集的功图数据进行分析，找到抽油机更佳工作冲次并执行相关操作；

5. 载荷、位移及电参数的实时采集与远程传输，实现远程监控；

6. 嵌入式软件结构，可靠性高，版本升级方便；

7. 符合《Q/SY CQ3399-2009弯梁变矩抽油机 》的相关条款； 

8. 符合《长庆油田Q/SY CQ3356—2009标准》的相关条款； 

9. RTU驱动程序符合“长庆油田数字化标准站控平台”和“油气院功图计量软件”的规定；

七、结构和电路原理

1、总体结构

柜体前部结构                柜体前室内部结构  

A前室内安装各种电器元件，前室内安装的变频器采用背后式散热，散热片通过安装板开孔伸入后室，确保热风不进入前室；后室内还安装有制动电阻，柜体后门冲有散热用百叶窗，后门内覆不锈钢网，防止异物进入，后门采用采用螺栓固定，便于检修维护。

控制柜前室分上下两层设计，上层为RTU控制系统，下层为工频和变频控制回路及接线端子，上下两层有各自独立的前门，下室前门上安装有小门，小门内安装操作面板，可供操作人员在不打开前门的前提下，操作控制，有效避免安全事故。

上层内安装有无线通讯模块、RTU、电参采集模块及开关电源。

下层为继电器、接触器、断路器、变频器、电流互感器、电机保护器和接线端子。

注：如用户有要求，可按用户要求的尺寸和结构设计加工柜体。

2、各部分电路

① 变频器

控制柜内变频器规格型号按用户要求配置，采用恒转矩变频器；变频器运行指令采用外部端子控制方式，频率指令采用RS485通讯指令和外部模拟量端子两种控制方式，自动频率调速（远程调速）由RS485通讯指令（RTU）控制，手动调速由外部模拟量端子（电位器）控制；变频器外接制动电阻。

变频器主要技术参数：

额定工作电压：AC380V±15%；

输出频率：20~50 Hz；

过载能力：150% 1min，180% 20s；

制动单元：内置（15kW及以下），外置（15kW以上）；

通讯接口：RS485/Modbus-RTU；

注：变频参数设置及操作详见配套变频器操作手册。

注意！本控制柜内有变频器及制动电阻，变频器通过降低频率实现冲次无级调节，非专业人员请勿随意调整变频器参数。安装调整时请勿打开配电柜背板，防止制动电阻烫伤。

②控制器

数字化抽油机控制器由RTU、电参采集模块、通讯模块、显示模块、喇叭、电流互感器组成；RTU通过外接载荷、位移传感器测量功图，经内部特殊算法，可实现自动调冲；RTU通过实时检测电机电流，计算平衡度，可实现自动调节平衡；RTU通过通讯接口，实现与电参采集模块通讯，获取实时电参数据；RTU通过通讯模块与上位机的实时通讯，实现远程监控；RTU通过通讯接口与显示模块通讯，提供冲次和平衡度的数据显示。

RTU主要技术参数：

工作电压：24VDC±5%；

处理器：32位嵌入式CPU，72MHz主频；

A/D分辨率：12位、精度0.1%FS；

编程语言：C语言；

端口数量：4路DI，6路DO，6路AI，1路语音，4路通讯；

电参模块主要技术参数：

工作电压：24VDC±5%；

电压量程：0~450VAC（线电压）；

电流量程：0~100A（外接电流互感器）；

数据采集：16位A/D转换，6通道，采样频率4kHz；

测量精度：0.5级；

通讯协议：Modbus-RTU；

3、2462操作面板

分三排摆放，见下图

第 一排：工频/变频、启动、停止、故障复位；

第二排：冲次调节（手动、自动、锁定）、冲次手动调节、冲次显示；

第三排：平衡调节（手动、自动、锁定）、平衡手动调节、平衡度显示；

4、出线端子

    连接电缆都需要经过机柜底部的过线孔，穿线时请勿将电缆外层胶圈去掉。过线孔的孔位如图所示。

注意！接线时一 定要确保线鼻子与接线端子完全接触，并且端子固定螺丝旋紧。若存在松动，则柜体在通电时端子处会出现打火现象，这样有可能会造成元器件的损坏。 

八、控制柜安装检查及调试

1、系统安装完毕后应进行安全性检查。

① 检查柜体进线、主电机出线和平衡电机出线等柜体端子接线有无松动，柜内元件及导线连接端子有无松动；

② 用万用表测量进线电压是否满足AC380V±15%的要求；

③ 将‘冲次调节’、‘平衡调节’转换开关放置到手动状态，手动冲次调节电位器放置更小位置； 

④ 闭合柜内断路器： 

2、相序检查,为保证抽油机在变频/工频状态下的运转方向正确，必须要进行相序检查。 

3、变频正转、工频反转

① 在工频状态下启动抽油机，观察抽油机的转动方向；

② 切换至变频状态下启动抽油机，观察抽油机的转动方向；

③ 若工频状态下抽油机反转，变频状态下正转，则需要将控制柜的进线（L1、L2、L3）中的任意两相交换；

④ 交换后再次测试。

4、变频反转、工频正转

① 在工频状态下启动抽油机，观察抽油机的转动方向；

② 切换至变频状态下启动抽油机，观察抽油机的转动方向；

③ 若工频状态下抽油机正转，变频状态下抽油机反转，则需要将控制柜的进线（L1、L2、L3）中的任意两相交换，还需要将主电机出线（U2、V2、W2）中的任意两相交换；

④ 交换后再次测试。

5、调平衡电机相序检查，若平衡电机反转。 

① 手动平衡旋钮转向‘前’，尾部配重向远离驴头方向运行；

② 手动平衡旋钮转向‘后’，尾部配重向驴头方向运行；

③ 将调平衡电机出线的U2、V2、W2任意两相进行交换。

九、控制柜操作

1、工频的启动/停止操作 

① 松开抽油机刹把； 

② 将‘工频/变频’旋钮旋转至‘工频’； 

③ 按下‘启动’按钮，抽油机运行； 

④ 当需要停机时，按下‘停止’按钮； 

⑤ 拉紧抽油机刹把。

2、变频的启动/停止操作 

① 松开抽油机刹把；

② 将‘工频/变频’旋钮旋转至‘变频’； 

③ 旋转‘冲次调节’旋钮，选择冲次调节方式（自动/手动）； 

④ 按下‘启动’按钮，抽油机运行 ； 

（a）若冲次调节为‘自动’，则冲次由RTU给定，手动冲次调节旋钮无效； 

（b）若冲次调节为‘手动’，则旋转‘手动冲次调节旋钮’调节冲次； 

⑤ 当需要停机时，按下‘停止’按钮； 

⑥ 拉紧抽油机刹把。

3、冲次调节 

① 冲次的手动调节

将‘冲次调节’旋钮转至‘手动’；在变频状态下启动系统；旋转前面板中的‘手动冲次调节’旋钮，从左至右速度逐渐增大；待抽油机运行若干周期后，观察显示模块中的冲次数，根据该数据再次转动旋钮调整冲次，直至达到所需冲次即可停止。

② 冲次的自动调节

将‘冲次调节’旋钮转至‘自动’；在变频状态下启动系统；RTU将根据冲次优化算法自动计算出更优的冲次。

4、平衡调节 

(1)手动平衡调节： 

(a)将‘平衡调节’旋钮旋转至‘手动’； 

(b)转动‘手动平衡调节’旋钮 

（欠平衡时的调节：尾挂向后调节） 

（过平衡时的调节：尾挂向前调节） 

(2)自动平衡调节： 

(a)将‘平衡调节’旋钮旋转至‘自动’； 

(b)平衡由RTU进行控制，手动平衡调节旋钮无效。根据每口井采集上来的电流功图进行计算，算出当前平衡度，如果算出来的平衡度超出或低于平衡度阈值，则平衡电机启动（每次调整步长为60s），直到平衡，平衡电机将不做调整。 

5、冲次及平衡度的显示 

在系统上电并运行若干周期后，显示模块即可显示出抽油机当前的冲次和平衡度。平衡度显示是将算出来的平衡度除以100，取小数点后一位(不进行四舍五入)，由于显示的数字是根据采集的功图计算的， RTU刚上电时不会正确显示冲次和平衡度，所以每采完一次功图显示的数字才有变化。

上层显示：抽油机当前冲次

如需要进行手动冲次调节，操作人员可依据当前冲次显示值进行调节。

下层显示：抽油机当前平衡度

如需要进行手动平衡调节，操作人员可依据当前平衡度显示值进行调节。

十、控制柜的日常维护

1、注意事项

① 维护人员必须熟悉控制柜的基本操作及原理。 

② 维护人员应具有电工操作基本知识。

③ 维护之前必须断开控制柜的总电源。 

④ 断电后等待5～10分钟，方可进行维护。

⑤ 工作中突然停机，应查明原因后，方可再次启动抽油机。

⑥ 严禁随意更改柜内接线。

2、运行状态维护 

对于连续运行的控制柜，可以从外部目视检查运行状态。定期对变频器进行巡视检查，检查变频器运行时是否有异常现象。通常应作如下检查：

① 观察柜内元件是否有异响；

② 变频器在显示面板上显示的输出电流、电压、频率等各种数据是否正确；

③ 显示面板上显示的字符是否清楚，是否缺少字符；

④ 用测温仪器检测变频器是否过热，是否有异味；

⑤ 变频器风扇运转是否正常，有无异常，散热风道是否通畅；

⑥ 变频器运行