一种塔式抽油机控制方法.pdf

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。

实施例

如图2所示，为本发明提供的一种塔式抽油机控制方法的总体流程图，其步骤为：

步骤1、塔式抽油机上电后初始化，通电后把需要初始化的参数设定初始值，如将步骤12中要用到的计数器D300清0等；在上电初始化后，读取上次停电带记忆参数，读取上次停电保留在EEPROM参数的状态，这样系统控制方式和上次保持一致。

步骤2、读取预先设定的参数并检查各输入输出接口的状态，随后系统进行自检；

步骤3、计算并设定上下冲程频率及变频器加减速时间；

如图3所示，为上述步骤的原理说明图，在该图纸中，F＝ma为牛顿力学第二定律，F为力，m为质量，a为加速度。

当钢丝绳拉负载速度按V1曲线运行，钢丝绳产生的拉力为F1曲线，在0到t1时间段，速度由0加速到V11，加速度为V11/t1，钢丝绳产生拉力为F12。在t1到t4时间段，速度由V11恒速运行，加速度为0，钢丝绳产生拉力为F10＝G，G为本身重力。在t4到t5时间段，速度由V11降到0，加速度为V11/(t5-t4)，钢丝绳产生拉力为F10降为0。

当钢丝绳拉负载速度按V2曲线运行，钢丝绳产生的拉力为F2曲线，在0到t2时间段，速度由0加速到V12，加速度为V12/t2，钢丝绳产生拉力为F11。在t2到t3时间段，速度由V12恒速运行，加速度为0，钢丝绳产生拉力为F10＝G。G为本身重力。在t3到t5时间段，速度由V12降到0，加速度-V11/(t5-t3)钢丝绳产生拉力为F10降为0。由图和以上描述：加速中，产生的力是F12和F11；恒速中产生的力为F10＝G，本身重力；减速中，产生的力由F10＝G降为0。

如图4所示，为步骤3的流程图，由该图可知，步骤3包括：

步骤3.1、设定同步电机的参数，该参数包括：额定频率F0、极数、电压等；设定系统参数电机每转一圈钢丝绳提升长度J5、上冲程J1、下冲程J2、上冲程时间T1、下冲程时间T2；

步骤3.2、计算额定转速R0＝额定频率F0/极数*2，总长J3＝J1+J2，上升时平均电机转速R1＝J3/J5/T1，电机上升运行转速R2＝R1*2，对应电机上升运行频率F1＝额定频率F0/额定转速R0*R2，若电机上升运行频率F1大于电机额定频率F0，则设定电机上升运行频率F1＝电机额定频率F0；

步骤3.3、计算下降时平均电机转速R3＝J3/J5/T2，电机下降运行转速R4＝R3*2，对应电机下降运行频率F2＝额定频率F0/额定转速R0*R4，若电机下降运行频率F2大于电机额定频率F0，则设定电机下降运行频率频率F2＝电机额定频率F0；

步骤3.4、电机上升的加速时间T21＝电机上升减速时间T22，T23为电机的上升恒速时间，则列出下方程式，

2*T21+T23=T1R2(T21+T23)=J3/J5]]>

解方程可得电机上升时的加减速时T21＝T22，上升恒速时间T23。

电机下降的加速时间T24＝电机下降减速时间T25，T26为电机的下降恒速时间；

则列出下方程式，

2*T24+T25=T2R4(T24+T26)=J3/J5]]>

解方程可得电机下降时的加减速时间T24＝T25，下降恒速时间T26。

步骤3.5、

计算变频器上升时加减速时间T11＝(上冲程时间T1-上升恒速时间T23)/2/(电机上升运行频率F1)*(额定频率F0)，

计算变频器下降时加减速时间T12＝(下冲程时间T2-下降恒速时间T26)/2/(电机下降运行频率为F2)*(额定频率F0)，

说明：

变频器加速时间定义为变频器由0HZ升到额定频率F0的时间；

变频器减速时间定义为变频器由额定频率F0降到0HZ的时间；

变频器加速时间等于变频器减速时间；

变频器加减速时间不是电机加减速时间。

若带入具体数值，则有：

第一部分：计算冲程频率

同步电机参数为额定频率F0＝30HZ，电压为380V，极数为24P，

计算额定转速R0＝额定频率F0/24P*2＝30/24*2＝2.5转/秒。系统机构决定了电机每转一圈钢丝绳提升长度为J5＝0.8米。如设定上冲程J1＝5米，下冲程J2＝3米，总长J3＝J1+J2＝8米。如系统设定上冲程时间T1＝10秒，下冲程时间T2＝6秒

计算上升时平均电机转速R1＝J3/J5/T1＝8/0.8/10＝1转/秒，电机最大运行转速R2＝R1*2＝1*2＝2转/秒，对应电机上升运行频率F1∶F1＝额定频率F0/额定转速R0*R2＝30/2.5*2＝24HZ.＜额定频率30HZ。

2*T21+T23=102*(T21+T23)=8/0.8]]>

解得：电机上升加减速时间T21＝T22＝5秒，电机上升恒速时间T23＝0秒。

计算下降时平均电机转速R3＝J3/J5/T2＝8/0.8/6＝1.67转/秒，电机最大运行转速R4＝R3*2＝1.67*2＝3.34转/秒，对应电机下降运行频率F2∶F2＝额定频率F0/额定转速R0*R4＝30/2.5*3.34＝40HZ＞额定频率30HZ。

电机频率F2大于电机额定频率F0，因为电机运行频率不能超过电机额定频率，则设定使频率F2＝电机额定频率F0＝30HZ，R4＝2.5转/秒。

2*T24+T26=62.5*(T24+T26)=8/0.8]]>

解得：电机下降加减速时间T24＝T25＝2秒，电机下降恒速时间T26＝2秒。

第二部分、计算变频器加减速时间

计算：变频器上升时加减速时间T11＝(上冲程时间T1-上升恒速时间T23)/2/(电机上升运行频率为F1)*(额定频率F0)＝10/2/24*30＝6.25；

计算：变频器下降时加减速时间T12＝(下冲程时间T2-下降恒速时间T26)/2/(电机下降运行频率为F2)*(额定频率F0)＝(8-2)/2/30*30＝2。

步骤4、在塔式抽油机的PLC上连接电铃，若得到运行信号则启动电铃报警并进入下一步，还可以让电铃经过20秒(可设定)提示后，抽油机起动运行；

步骤5、平衡板找零位：平衡板先进行慢上或慢下找零位(基准、接近开关)，当平衡板上零位点见到接近开关，找零位成功，把实际长度D610清零；

步骤6、抽油机进行上升工作，进行抽油，上升时记录上升最大电流数据D250；

步骤7、如图5所示，在平衡板的上方及下方分别设置一测量点及一零点，利用测量点及零点进行上升校准。如图6所示，上升校准的步骤为：

步骤7.1、在平衡板的上方及下方分别设置一测量点及一零点；

步骤7.2、当接近开关过测量点后，变量D100清零，并开始计数；

步骤7.3、当接近开关过零点后，变量D100停止计数；

步骤7.4、上升时的误差D101＝D100-平衡板的实际长度，则上升时的误差比例D102＝1-D101/平衡板的实际长度；

步骤7.5、将校准后的实际长度D610设定为：D610＝D611*D102，其中，D611为PLC通过编码器获得的计算长度。

步骤8、到上冲程位置，抽油机停止上升工作，开始下降工作；

步骤9、抽油机进行下降工作，下降时记录下降最大电流数据D251；

步骤10、利用测量点及零点进行下降校准。如图7所示，下降校准的步骤为：

步骤10.1、当接近开关过零点后，变量D200清零，并开始计数；

步骤10.2、当接近开关过测量点后，变量D200停止计数；

步骤10.3、下降时的误差D201＝D200-平衡板的实际长度，则下降时的误差比例D202＝1-D201/平衡板的实际长度；

步骤10.4、将校准后的实际长度D610设定为：D610＝D611*D202，其中，D611为PLC通过编码器获得的计算长度。

步骤11、到下冲程位置，抽油机停止下降工作，开始上升工作；

步骤12、进行防空抽判断，当地下无油时或少油，抽油机处于空抽状态，检测电机电流，分析后抽油机自动停机，经过一段设定的时间后，抽油机自动再起动；

上述步骤的原理如图8所示，上升时，记录上升电机最大电流I2。下降时，记录下降电机最大电流I1。上升时，开始往上抽原油，电机做功，负载越大电流越大。下降时，抽原油已经结束，只是活塞下放，电机相当于空载，电流很小。偏差电流ΔI＝I2-I1。当地下油少或无油时，上升电机最大电流I2偏小，偏差电流ΔI很小。当地下油很多，上升电机最大电流I2偏大，偏差电流ΔI很大。当连续几次ΔI小于系统设定值，当次数达到设定值，就认为是地下无油，系统自动停机。

如图9所示，其具体步骤为：

步骤12.1、判断上升最大电流数据D250-下降最大电流数据D251是否大于设定电流值D600，若是，则计数器D300清零并进入步骤12，否则，计数器D300计数；

步骤12.2、判断计数器D300是否大于设定次数D601，若是，则进入步骤12，否则系统停机，并由计时器D255计时，当计时器D255的数值大于设定时间D604后，整个系统重新启动。

步骤13、判断是否得到停机信号，若没有得到则跳至步骤6，否则停机。

在进行了校准后，其效果如下表所示：