專利名稱：游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
游梁式抽油機是油田中廣泛、大量使用的采油機械，較其他類型的采油機械相比具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、維修維護方便等優(yōu)點。但游梁式抽油機因其固有的四連桿機構(gòu)，使得懸點運動的位移、速度和加速度曲線體現(xiàn)為近似正(余)弦函數(shù)的分布規(guī)律，這種一成不變的運動規(guī)律加上井下負(fù)載的多變性和光桿形變等不利因素的影響使得常規(guī)的游梁式抽油機出現(xiàn)系統(tǒng)損耗大、效率低、設(shè)備故障率高等問題。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體力學(xué)原理，合適的懸點運動速度分布模式能明顯起到減少泵效損失和減輕抽油桿負(fù)荷的作用。改變抽油機結(jié)構(gòu)(如雙驢頭抽油機和直線塔架式抽油機)能夠改變抽油機懸點運動的速度分布模式，但由于其未結(jié)合實際的井下負(fù)載，是非常盲目的控制調(diào)整，并不能最大限度的從根本接近和達到理想的懸點運動速度分布模式，對整個抽油機系統(tǒng)的能耗控制也無法起到相應(yīng)的作用。將游梁式抽油機系統(tǒng)的地面與井下有效結(jié)合，對游梁式抽油機各運動部分進行精確的動態(tài)實時定位，使游梁式抽油機從動力源(電機)到最終的負(fù)載點(懸點)之間建立可靠的運動位置對應(yīng)關(guān)系，并利用傳感器技術(shù)和特殊數(shù)學(xué)計算方法實時監(jiān)測和反饋井下負(fù)載狀態(tài)并調(diào)整抽油機運行速度和扭矩是解決問題的最佳途徑。中國專利CN200620200333.X公開了一種游梁式抽油機驢頭定位鎖緊裝置，游梁式抽油機驢頭定位鎖緊裝置是由凸輪進行定位的，凸輪磨損快，定位效果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的 是提供一種由安裝在游梁式抽油機上的多點傳感及專業(yè)變頻器和抽油機綜合控制儀組成的，根據(jù)傳感器信號和電能信號的數(shù)據(jù)變化推導(dǎo)出井下負(fù)載的真實狀態(tài)，將地面與井下有機的結(jié)合起來，達到優(yōu)化控制的目的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置。所述目的是通過如下方案實現(xiàn)的:—種游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其組成包括:具有主板信號端子a和主板信號端子b的單片機系統(tǒng)、電動機，所述電動機通過皮帶輪組連接減速機，所述電動機連接電機角位移傳感器，所述減速機連接旋轉(zhuǎn)式死點傳感器。所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述減速機連接曲柄，所述曲柄連接平衡塊、支架和連桿，所述連桿與所述支架均連接游梁，所述游梁連接應(yīng)變式死點傳感器或角度式死點傳感器。所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述游梁連接驢頭，所述驢頭通過吊繩連接懸繩器；所述游梁與所述支架之間裝有支架軸，所述游梁與所述連桿之間裝有連桿軸，所述支架、所述連桿與所述曲柄之間通過曲柄連接，所述支架、所述連桿、所述曲柄之間相對轉(zhuǎn)動。
所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述減速機與所述支架均連接底座，所述減速機具有減速機輸出軸，所述電機具有電機輸出軸；所述皮帶輪組包括電機皮帶輪，所述電機皮帶輪通過皮帶連接減速機皮帶輪，所述減速機皮帶輪裝在所述減速機輸出軸上，所述電機皮帶輪裝在所述電機輸出軸上。所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述電機角位移傳感器具有信號處理電路，所述信號處理電路連接死點信號采集電路、角位移信號采集電路、時鐘信號電路、角位移信號輸出電路、死點信號輸出電路、上位機數(shù)據(jù)通訊電路。所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述角位移信號輸出電路包括功率放大三極管Q2，所述功率放大三極管Q2連接限流電阻R17、分壓電阻R18和濾波電容C10，所述限流電阻R17連接所述分壓電阻R18，所述分壓電阻R17連接所述信號處理電路。所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述角位移信號輸出電路包括功率放大三極管Q1，所述功率放大三極管Ql連接限流電阻R14、分壓電阻R15和濾波電容9，所述限流電阻R14連接所述分壓電阻R15，所述分壓電阻R14連接所述信號處理電路。所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述時鐘信號電路包括石英體振蕩器Y1，所述石英體振蕩器Yl連接濾波電容C7和濾波電容CS，所述石英體振蕩器Yl連接所述信號處理電路。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明是利用安裝在游梁式抽油機不同位置上的多點傳感器對抽油機各個部分的運動狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集整理，結(jié)合已知的游梁式抽油機的位置因數(shù)和扭矩因數(shù)，再利用上位機系統(tǒng)內(nèi)置的專用程序和計算方法進行系統(tǒng)綜合定位，能夠根據(jù)電機的旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)直接推導(dǎo)出懸點的直線 運動狀態(tài)。本發(fā)明能夠根據(jù)安裝在電機軸伸上的角位移傳感器和安裝在曲柄軸上的死點傳感器所提供的電信號，計算出游梁式抽油機的有效傳動比，在通過與上位機中事先存儲的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)傳動比相比較即可檢測出游梁式抽油機系統(tǒng)是否存在打滑問題，以及打滑度是多少。通過外設(shè)的警告系統(tǒng)可將打滑問題和相應(yīng)的處理方法、處理數(shù)據(jù)顯示出來，方便及時調(diào)整皮帶松緊帶，保證設(shè)備高效運轉(zhuǎn)。與采用復(fù)雜昂貴的專用檢測設(shè)備和井下傳感器相比，本發(fā)明不需要安裝工圖儀等專用設(shè)備，僅利用電機角位移傳感器和抽油機死點傳感器分別檢測和提供電機、曲柄、游梁和光桿的運動狀態(tài)信息，通過比較和修正，構(gòu)建由動力源到最終負(fù)載點的速度傳遞關(guān)系、傳動比，為上位機系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備和負(fù)載情況進行閉環(huán)精確控制建立一個完整的坐標(biāo)體系。從根本上解決了抽油機皮帶打滑所引起的傳動比誤差問題，使過程量更加準(zhǔn)確可靠。本發(fā)明利用上位機系統(tǒng)和電機驅(qū)動器的電能監(jiān)測功能，實現(xiàn)地面采油設(shè)備和井下負(fù)載狀態(tài)(井況)的真正閉環(huán)控制，為用數(shù)控的方式達到供采平衡、提高泵效、降低損耗、減小設(shè)備磨損、延長設(shè)備使用周期提供了一條捷徑。本發(fā)明由安裝在游梁式抽油機上的多點傳感及專業(yè)變頻器和抽油機綜合控制儀組成的，根據(jù)傳感器信號和電能信號的數(shù)據(jù)變化推導(dǎo)出井下負(fù)載的真實狀態(tài)，將地面與井下有機的結(jié)合起來，達到優(yōu)化控制的目的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置。


附圖1是本發(fā)明具有旋轉(zhuǎn)式死點傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明具有應(yīng)變式死點傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明具有角度式死點傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4是附圖1、附圖2、附圖3中具有旋轉(zhuǎn)式死點傳感器的減速機的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖5是本發(fā)明的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實施方式。實施例一一種游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，如附圖1、附圖4、附圖5所示，其組成包括:具有主板信號端子a和主板信號端子b的單片機系統(tǒng)1、電動機2所述電動機通過皮帶輪組連接減速機4,所述電動機連接電機角位移傳感器3,所述減速機連接旋轉(zhuǎn)式死點傳感器5。電機角位移傳感器安裝在游梁式抽油機驅(qū)動電機的第二軸伸端(風(fēng)扇端)，根據(jù)不同的電動機軸徑有相應(yīng)尺寸的傳感器配套安裝；旋轉(zhuǎn)式死點傳感器安裝在游梁式抽油機的減速機輸出軸19上，位于曲柄與減速機之間，其中發(fā)射極17固定在減速機輸出軸上，并與曲柄同步旋轉(zhuǎn)。接收極18(感應(yīng)極)固定在減速機輸出軸軸承外蓋16上；電機角位移傳感器和旋轉(zhuǎn)式死點傳感器與單片機系統(tǒng)相連并將檢測到的位置/位移信號傳送到單片機系統(tǒng)中。實施例二本實施例與實施例一的不同之處在于，如附圖2所示，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述減速機連接曲柄6，所述曲柄連接平衡塊14、支架7和連桿13，所述連桿與所述支架均連接游梁8，所述游梁連接應(yīng)變式死點傳感器20。應(yīng)變式死點傳感器安裝在游梁式抽油機的游梁上部支架軸的正上方；電機角位移傳感器和應(yīng)變式死點傳感器與單片機系統(tǒng)相連并將檢測到的位置/位移信號傳送到單片機系統(tǒng)中。實施例三本實施例與實施例二的不同之處在于，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述游梁連接角度式死點傳感器21。角度式死點傳感器安裝在游梁式抽油機支架上端的支架軸上；電機角位移傳感器和死點傳感器與角度式單片機系統(tǒng)相連并將檢測到的位置/位移信號傳送到單片機系統(tǒng)中。實施例四本實施例與實施例二或?qū)嵤├牟煌幵谟?，如附圖2、附圖3所示，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述游梁連接驢頭10，所述驢頭通過吊繩11連接懸繩器12 ；所述游梁與所述支架之間裝有支架軸9，所述游梁與所述連桿之間裝有連桿軸29，所述支架、所述連桿與所述曲柄之間通過曲柄連接，所述支架、所述連桿、所述曲柄之間相對轉(zhuǎn)動。實施例五本實施例 與實施例二或?qū)嵤├牟煌幵谟?，如附圖2、附圖3所示，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述減速機與所述支架均連接底座15，所述減速機具有減速機輸出軸，所述電機具有電機輸出軸；所述皮帶輪組包括電機皮帶輪，所述電機皮帶輪通過皮帶30連接減速機皮帶輪，所述減速機皮帶輪裝在所述減速機輸出軸上，所述電機皮帶輪裝在所述電機輸出軸上。實施例六本實施例與實施例一或?qū)嵤├驅(qū)嵤├牟煌幵谟冢绺綀D5所示，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述電機角位移傳感器具有信號處理電路24，所述信號處理電路連接死點信號采集電路22、角位移信號采集電路23、時鐘信號電路25、角位移信號輸出電路26、死點信號輸出電路27、上位機數(shù)據(jù)通訊電路28。死點信號采集電路，由上拉電阻R3、濾波電容C4連接構(gòu)成，信號輸入后經(jīng)上拉電阻R3提高電平并經(jīng)濾波電容C4消除干擾提高信號質(zhì)量后輸出。角位移信號采集電路，由上拉電阻R2、濾波電容C3連接構(gòu)成，信號輸入后經(jīng)上拉電阻R2提高電平并經(jīng)濾波電容C3消除干擾提高信號質(zhì)量后輸出。信號處理電路，由單片機、數(shù)據(jù)存儲器和運算器組成，對信號采集電路發(fā)送過來的傳感器信號進行位置、倍頻及特殊算法處理和速度、位置運算。時鐘信號電路，由石英體振蕩器Y1、濾波電容C7、C8組成，為單片機系統(tǒng)提供穩(wěn)定的時鐘信號。角位移信號輸出電路，由限流電阻R17、分壓電阻R18、功率放大三極管Q2及濾波電容ClO構(gòu)成。死點信號輸出電路，由限流電阻R14、分壓電阻R15、功率放大三極管Ql及濾波電容C9構(gòu)成。上位機數(shù)據(jù)通訊電路 ，由專用通訊電路模塊組成，以MODBUS協(xié)議的格式發(fā)送單片機系統(tǒng)送來的數(shù)據(jù)。實施例七本實施例與實施例六的不同之處在于，如附圖5所示，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述角位移信號輸出電路包括功率放大三極管Q2，所述功率放大三極管Q2連接限流電阻R17、分壓電阻R18和濾波電容C10，所述限流電阻R17連接所述分壓電阻R18，所述分壓電阻R17連接所述信號處理電路。實施例八本實施例與實施例六的不同之處在于，如附圖5所示，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述角位移信號輸出電路包括功率放大三極管Q1，所述功率放大三極管Ql連接限流電阻R14、分壓電阻R15和濾波電容9，所述限流電阻R14連接所述分壓電阻R15，所述分壓電阻R14連接所述信號處理電路。實施例九本實施例與實施例六的不同之處在于，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，所述時鐘信號電路包括石英體振蕩器Yl，所述石英體振蕩器Yl連接濾波電容C7和濾波電容CS，所述石英體振蕩器Yl連接所述信號處理電路。實施例十本實施例與實施例一的不同之處在于，所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，計算
Oi
出游梁式抽油機的有效傳動比公式為計算公式其中M:傳動比(電機端:曲柄端)，Ql:單位時間內(nèi)電機旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)(由電機角位移傳感器測得)，
Q2:單位時間內(nèi)曲柄旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)(由死點傳感器測得)，e:電機角位移傳感器分辨率。本實施方式只是對本專利的示例性說明而并不限定它的保護范圍，本領(lǐng)域人員還可以對其進行局部改變，只要沒有超出本專利的精神實質(zhì)，都視為對本專利的等同替換，都在本專利的保護范圍之內(nèi)。 ·
權(quán)利要求
1.一種游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其組成包括:具有主板信號端子a和主板信號端子b的單片機系統(tǒng)、電動機，其特征在于所述電動機通過皮帶輪組連接減速機，所述電動機連接電機角位移傳感器，所述減速機連接旋轉(zhuǎn)式死點傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述減速機連接曲柄，所述曲柄連接平衡塊、支架和連桿，所述連桿與所述支架均連接游梁，所述游梁連接應(yīng)變式死點傳感器或角度式死點傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述游梁連接驢頭，所述驢頭通過吊繩連接懸繩器；所述游梁與所述支架之間裝有支架軸，所述游梁與所述連桿之間裝有連桿軸，所述支架、所述連桿與所述曲柄之間通過曲柄連接，所述支架、所述連桿、所述曲柄之間相對轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述減速機與所述支架均連接底座，所述減速機具有減速機輸出軸，所述電機具有電機輸出軸；所述皮帶輪組包括電機皮帶輪，所述電機皮帶輪通 過皮帶連接減速機皮帶輪，所述減速機皮帶輪裝在所述減速機輸出軸上，所述電機皮帶輪裝在所述電機輸出軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述電機角位移傳感器具有信號處理電路，所述信號處理電路連接死點信號采集電路、角位移信號采集電路、時鐘信號電路、角位移信號輸出電路、死點信號輸出電路、上位機數(shù)據(jù)通訊電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述角位移信號輸出電路包括功率放大三極管Q2，所述功率放大三極管Q2連接限流電阻R17、分壓電阻R18和濾波電容C10，所述限流電阻R17連接所述分壓電阻R18，所述分壓電阻R17連接所述信號處理電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述角位移信號輸出電路包括功率放大三極管Q1，所述功率放大三極管Ql連接限流電阻R14、分壓電阻R15和濾波電容9，所述限流電阻R14連接所述分壓電阻R15，所述分壓電阻R14連接所述信號處理電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其特征在于所述時鐘信號電路包括石英體振蕩器Yl，所述石英體振蕩器Yl連接濾波電容C7和濾波電容CS，所述石英體振蕩器Yl連接所述信號處理電路。
全文摘要
游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置。一種游梁式抽油機數(shù)控系統(tǒng)裝置，其組成包括具有主板信號端子a和主板信號端子b的單片機系統(tǒng)(1)、電動機(2)所述電動機通過皮帶輪組連接減速機(4)，所述電動機連接電機角位移傳感器(3)，所述減速機連接旋轉(zhuǎn)式死點傳感器(5)。本發(fā)明用于游梁式抽油機全系統(tǒng)動態(tài)定位。
文檔編號E21B43/00GK103244078SQ20131015374
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者張敏 申請人:哈爾濱索菲電氣技術(shù)有限公司