[發明專利]一種抽油機自適應變速驅動控制系統及控制方法有效
| 申請號： | 201711101811.0 | 申請日： | 2017-11-10 |
| 公開（公告）號： | CN107703758B | 公開（公告）日： | 2020-09-18 |
| 發明（設計）人： | 高肇凌;張少雷;劉凱輝;陳艷東;許宏奇;邢福林;林慶合;蘇尚文 | 申請（專利權）人： | 河北華北石油榮盛機械制造有限公司 |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 北京萬科園知識產權代理有限責任公司 11230 | 代理人： | 杜澄心;張亞軍 |
| 地址： | 062552 河*** | 國省代碼： | 河北;13 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 抽油機 自適應 變速 驅動 控制系統 控制 方法 | ||
1.一種抽油機自適應變速驅動控制系統，由遠程控制單元(RTU)提供抽油機兩種自適應變速驅動控制模式，將數據信號送給遠程上位機，遠程控制單元(RTU)或上位機站控根據自適應變速驅動控制模式，下達命令信號，控制可變速驅動模塊(VFD)，控制抽油機整套運轉流程；該系統包括：抽油泵、抽油桿、抽油機、載荷傳感器、角位移傳感器、用來控制和驅動所述抽油機運轉的可變速驅動模塊(VFD)、遠程控制單元(RTU)、電量模塊、無線通信模塊和上位機站控；其特征在于，所述的上位機站控通過無線通信模塊來讀取數據和監控遠程控制單元(RTU)，其輸入/輸出端通過無線方式連接所述的無線通信模塊的輸出/輸入端，所述的無線通信模塊的輸入/輸出端通過有線方式連接所述的遠程控制單元(RTU)的輸出/輸入端；遠程控制單元(RTU)采集角位移傳感器和載荷傳感器的信號，通過有線方式傳遞模擬量信號；所述的遠程控制單元(RTU)的輸出端通過有線方式連接所述的可變速驅動模塊(VFD)的輸入端，并向其發送對抽油機自適應變速驅動控制模式的控制命令；所述的可變速驅動模塊(VFD)的輸出端通過有線方式連接所述的抽油機的輸入端；所述的抽油機的輸出端通過有線方式連接所述的遠程控制單元(RTU)的輸入端；所述的抽油機的輸入/輸出端連接到所述的抽油桿的輸出/輸入端，帶動所述抽油桿實現上下運動；所述抽油桿帶動所述抽油泵運動；所述的抽油桿的輸入/輸出端連接到所述的抽油泵的輸出/輸入端；所述的電量模塊輸出端通過有線方式連接所述的遠程控制單元(RTU)的輸入端；所述的角位移傳感器的輸出端和載荷傳感器的輸出端通過有線方式連接到所述的遠程控制單元(RTU)的輸入端；抽油機控制柜控制抽油機進行變速運行，安裝在抽油機上的角位移傳感器和載荷傳感器進行功圖數據的采集，遠程控制單元(RTU)接收功圖數據后進行分析判斷，對功圖數據進行計算，分析井下狀態，其特征在于，遠程控制單元(RTU)提供兩種自適應變速驅動控制模式供人工選擇，一種計算抽油泵的效率，使用實時計算的泵效數據與當前沖次下的標準數據模型進行對比，得出抽油泵效率，然后調節沖次數據；另一種模式經濟效益最高，通過抽油泵排量Q、抽油機電能消耗量W、當前油價r1、當前電價r2的聯動計算，采用冒泡排序法得出最大值，確定沖次調節數據，兩種模式的沖次數據都通過遠程控制單元(RTU)將沖次調整命令下達給可變速驅動模塊(VFD)，完成對抽油機沖次的自動智能調節，一定時間后再次計算當前的實時功圖數據，并進行數據對比，再次進行沖次調節，如此反復，直至抽油機沖次符合要求或達到最優；
抽油機的兩種自適應變速驅動控制模式，通過人工進行選擇切換；第一種自適應變速驅動控制模式，抽油泵效率計算公式，其工作原理如下：
步驟一：遠程控制單元(RTU)104通過角位移傳感器106和載荷傳感器108在采樣間隔時間內分別采集72個下沖程的載荷和角位移數據點和72個下沖程的載荷和角位移數據點，建立數據分析庫；
步驟二：提取數據庫中采集數據，計算出上沖程最大載荷、下沖程最小載荷、上沖程加載線斜率和下沖程卸載線斜率，推導出理想示功圖；
步驟三：利用幾何面積法計算抽油泵的效率；
抽油泵的效率為實測示功圖面積/理想示功圖面積，因為角位移上下一致，則計算時，將角位移數據約去，公式為：
η為抽油泵充滿度，S實測和S理想為實測示功圖面積和理想示功圖面積，P上沖程和P下沖程為上、下沖程中的實測示功圖的載荷數據，和P′上沖程和P′下沖程為理想上、下沖程示功圖的載荷數據值；
步驟四：自適應調整運行沖次；
在充滿度為90％以上時，說明地層供液充足，不用調整；
在充滿度為60％～90％時，說明地層供液略顯不充足，需要稍微調整，可緩慢降低抽油機沖次，降幅不必過大；
在充滿度為低于60％時，說明地層供液不充足，需要調整，可降低抽油機沖次，滿足充滿度要求
抽油機的兩種自適應變速驅動控制模式，通過人工進行選擇切換；第二種自適應變速驅動控制模式，經濟效益聯動法計算公式，其工作原理如下：
步驟一：由單位時間內示功圖計算抽油泵排量；
Q＝1440×Ap×Sc×N×η
式中，Q為抽油泵排量，Ap為抽油泵柱塞橫截面積，Sc為柱塞有效沖程，N為抽油機沖次，η為抽油泵充滿度；
步驟二：計算單位時間內三相電能消耗量；
式中，W為抽油機單位時間內電能消耗量，ua(k)、ub(k)、uc(k)為在單位沖次內第k次采樣的a、b、c三相電壓瞬時有效值，ia(k)、ib(k)、ic(k)為在單位沖次內第k次采樣的a、b、c三相電流的瞬時有效值，n為單位時間內采集數量；
步驟三：計算單位時間內聯動油價和電價的抽油機經濟效益；
B＝r1×Q-r2×W
式中，B為抽油機經濟效益，r1為當前油價，r2為當前電價，油價和電價由上位機站控101聯動控制；
步驟四：自適應調整運行沖次；
計算不同沖次下對應的抽油機經濟效益的數值，通過冒泡排序法比較得出的最大值，確定抽油機的運行沖次；冒泡法排序方法是，通過相鄰兩個經濟效益數值的比較，將大的經濟效益數值后移，并將小的經濟效益數值前移，確定經濟效益最大點，從而得出最大經濟效益對應的輸出沖次。
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