基于模糊PID控制的抽油机变频调速系统设计

摘要

采油生产中最普遍的地面举升设备就是抽油机。近几十年来,世界对原油的需求量不断加剧,这就对油田勘探的能力有着更高要求,推动抽油机朝着低能耗、自动化、智能化、多功能等方向发展。无游梁长冲程抽油机具有采油效率高、成本低、经济效益高、使用寿命长等优点,是抽油机今后发展的主要方向。据此,本文依托实验室中无游梁长冲程抽油机模型,设计了抽油机变频调速系统。
　　Rockwell自动化技术已广泛应用于生产制造领域以及工业系统自动化生产,生产设备的控制由最早的手动操作逐步地发展为具有相当水平的自动控制。本设计是以河北大学Rockwell实验室的无游梁长冲程抽油机模型为系统平台,以CompactLogixL35E型号PLC为控制器,以PowerFlex40变频器为执行机构,以旋转编码器和高速计数器模块为检测机构,把开环控制系统改造成闭环控制系统,设计出抽油机变频调速系统。使用RSLogix5000编程软件编写梯形图程序实现对整套设备的控制运行。软硬件结合,提出比较全面、详细的设计思路与设计方案。
　　把智能控制算法应用在实际工业控制系统中,在工业自动化控制领域内是一个较难实现的问题。本文运用OPC通信技术,成功实现了MATLAB与PLC实时数据交互。在本系统设计中应用模糊 PID控制算法对抽油机电机转速达到精确控制,通过对传统PID控制算法与模糊PID控制算法的动态性能相比较,实验结果表明模糊PID控制能实现更良好的控制效果。
　　本系统设计成功在无游梁长冲程抽油机模型上实现了变频调速功能。此系统节能低耗、运行可靠、实用价值高,可以将其广泛地应用到实际抽油机上,并对工业自动化领域实现智能控制算法提供一套有效方案。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外发展概况

1.3 本文工作安排和整体结构

第2章 系统设计的整体构架以及硬件介绍

2.1 系统总体设计构想与网络架构

2.2 无游梁长冲程抽油机

2.3 抽油机驱动三相异步电动机变频调速

2.4 抽油机变频调速系统的总体设计方案

2.5 本章小结

第3章 抽油机变频调速系统硬件设计

3.1 PLC硬件的选型

3.2 变频器

3.3 旋转编码器

3.4 本章小结

第4章 抽油机变频调速系统软件设计

4.1 RSLinx通信软件

4.2 RSLogix5000编程软件

4.3 DriveTools变频器组态软件

4.4 系统控制程序设计

4.5 系统通信平台设计

4.6 本章小结

第5章 抽油机变频调速系统算法实现

5.1 PID控制

5.2 模糊PID控制

5.3 两种控制算法比较

5.4 抽油机变频调速系统实际运行效果

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作进一步发展方向

参考文献

致谢