直线电机抽油机速度闭环控制系统的研究与设计

摘要

抽油机是油田地面生产的主要设备，随着油田采油工艺的改进及现场生产的实际需求，抽油机朝着节能、智能、大载荷、长冲程等方向发展。直线电机抽油机是20世纪末出现的一种新型高效抽油机，顺应了抽油机技术发展的潮流。 直线电机抽油机以永磁同步直线电机作为驱动装置。与传统抽油机相比，在载荷波动较大的油井上试验时，停机次数偏多，运行不稳定。 针对上述问题，本文首先研究和分析了油田采油工艺及永磁同步直线电机的特性，建立了永磁同步直线电机的力学模型，提出了一种速度闭环控制系统。 然后根据抽油机的运行环境，完成了速度闭环控制系统的硬、软件设计。该控制系统的硬件由MM440通用变频器、S7-300PLC和旋转编码器等构成。利用PLC检测和永磁同步直线电机连接的旋转编码器的输出脉冲，对直线电机抽油机的运行速度进行监测。通过电机运行速度的变化反映抽油杆上载荷的变化。根据载荷的变化来调整变频器的输出电压，从而控制直线电机输出的推力，使得直线电机抽油机能够响应抽油杆上的载荷波动。解决了直线电机抽油机对变化载荷的响应问题。 最后，对所研制的直线电机抽油机进行了厂内试验及现场应用试验，试验结果表明，该控制方案是有效、可行的，在载荷波动较大的条件下，能实现直线电机抽油机的稳定运行。本文的研究结果为直线电机抽油机的推广应用奠定了技术基础，具有实用价值。