游梁式抽油机节能控制器的设计与实现

摘要

常规游梁式抽油机是机械采油应用最广泛的抽油设备,在机械采油中占有举足轻重的地位;但其运行效率低、耗能大,是油田电耗的第二位,仅次于注水,已成为各油田耗电的主要设备之一。此外,我国油田的主要油区已处于高含水阶段,原油开采效果变差,石油开采的成本过高。因此,长期以来石油行业的专家、技术人员一直致力于如何在不降低产量的前提下减少抽油机电耗,研制出了许多新型抽油机和节能电机,但实际效果不是很理想。从系统角度考虑出发,采用机电控制技术来改变抽油机驱动电机的机械特性,以避免“大马拉小车”现象的发生,使整个机、杆、泵的系统得以较好的平衡,消除发电问题,降低能耗,提高系统效率,因而,本课题的开展有助于油田实现增产节能,对石油行业具有重要的经济意义。本论文以常规游梁式抽油机为被控对象,对变频调速的基本原理和抽油机的工作原理及负载特性进行了详细的阐述和分析。针对游梁式抽油机拖动系统实际运行中存在的一系列问题,结合电气传动和智能控制技术等知识,研制开发一种基于MCU芯片XC164CS的抽油机变频节能控制系统。本系统能较好地抑制游梁式抽油机的发电状态,使抽油机的机械特性变软,可以与工作载荷特性相匹配。通过对抽油机控制系统的调试和实验,实现了对抽油机的控制功能,其实验结果表明:本控制方案切实可行且控制性能良好,可达到节能增效的目的。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 抽油机的国内外发展概况

1.2 本课题的目的及意义

第二章 游梁式抽油机的工作特性与节能

2.1 游梁式抽油机的基本结构和工作原理

2.2 抽油机节能的主要类型和存在问题

2.3 抽油机节能控制器的关键技术

第三章 异步电动机变频调速控制

3.1 变频调速控制系统的概述

3.2 异步电动机的电压频率协调控制

3.3 异步电机的转差频率控制系统

3.4 异步电动机的矢量控制系统

第四章 控制器的硬件结构

4.1 节能控制器的硬件组成

4.2 主回路结构

4.3 微处理器XC164CS 的特点和功能模块

4.4 节能控制器的外围电路

4.5 硬件的可靠性设计

第五章 控制器的算法与软件实现

5.1 总体软件结构

5.2 SPWM 调制模块

5.3 通用定时器中断模块

5.4 A/D 转换模块

5.5 故障监测和处理

5.6 抽油机控制系统的特殊驱动算法

5.7 软件的可靠性设计

第六章 节能控制器的调试与井上试验

6.1 节能控制器硬件电路板的调试

6.2 节能控制器的软件调试

6.3 节能控制器的现场试验

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 完善和发展

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文