本發(fā)明涉及一種新型節(jié)能液壓抽油機(jī)的控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

抽油機(jī)是將石油從地下采到地面上的采油設(shè)備，在油田得到廣泛應(yīng)用，其中游梁式純機(jī)械抽油機(jī)占絕大多數(shù)，但隨著井深的不斷增加，以及油井開(kāi)采經(jīng)常出現(xiàn)復(fù)雜的條件，如高粘、重蠟等導(dǎo)致抽油泵排量降低，為了保證生產(chǎn)，迫使抽油機(jī)體積增大，相應(yīng)地增大了電動(dòng)機(jī)的功率，即增加了能耗，加大了生產(chǎn)成本。因此，抽油機(jī)節(jié)能增效一直是生產(chǎn)中迫切需要解決的問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，人們雖然對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行了各種各樣的改進(jìn)，但節(jié)能效果并不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種新型節(jié)能液壓抽油機(jī)的控制系統(tǒng)，將液壓傳動(dòng)技術(shù)與機(jī)械正平衡方法有機(jī)結(jié)合，采用可編程序控制器PLC作為核心控制組件的控制系統(tǒng)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令來(lái)自動(dòng)完成，可將換向時(shí)的動(dòng)能回收利用，尤其是減少了驅(qū)動(dòng)功率。與同型號(hào)常軌游梁式抽油機(jī)相比，作為整機(jī)動(dòng)力源的電機(jī)的功率降低了一個(gè)等級(jí)，能耗降低30％，節(jié)能效果顯著，同時(shí)還提高了采油效率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)包括液壓控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩個(gè)模塊。

所述液壓控制系統(tǒng)由游梁、動(dòng)力油缸、緩沖油缸、單向閥、蓄能器、調(diào)速閥、二位二通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥、平衡油缸、恒功率變量泵和油箱組成。

當(dāng)新型節(jié)能液壓系統(tǒng)抽油機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)泵15，液壓油經(jīng)二位四通電磁換向閥12進(jìn)入動(dòng)力油缸2的無(wú)桿腔，給活塞a向上的推力，使游梁1向上擺動(dòng)，與此同時(shí)，二位二通電磁換向閥11電磁鐵1YA通電，進(jìn)入動(dòng)力油缸2無(wú)桿腔的液壓油在端面B上產(chǎn)生向下的作用力，則B產(chǎn)生位移，使C腔里的液壓油經(jīng)單向閥6與蓄能器9的液壓油合流經(jīng)調(diào)速閥10、換向閥11、單向閥8、換向閥13進(jìn)入平衡油缸14的有桿腔使活塞桿向右移動(dòng)，即拖動(dòng)配重W'右移。當(dāng)游梁l上升到最高點(diǎn)時(shí)，二位四通電磁換向閥12電磁鐵3YA通電響應(yīng)換向，泵15排出的液壓油進(jìn)入動(dòng)力油缸2的有桿腔，使活塞下行，即游梁l向下擺動(dòng)，與活塞上行時(shí)同理，此時(shí)，二位四通電磁換向閥13電磁鐵4YA通電置右位，液壓油進(jìn)入平衡油缸14的無(wú)桿腔，活塞桿拖動(dòng)W'向左移動(dòng)。當(dāng)游梁1下降到最低點(diǎn)時(shí)，二位四通電磁換向閥12、13又響應(yīng)換向，重復(fù)游梁1上升時(shí)的工作過(guò)程，循環(huán)往復(fù)。

所述PLC控制的是一個(gè)單體控制小型液壓系統(tǒng)，須控制10個(gè)點(diǎn)。選用OMRON的CPM1A系列、電源為AC型CPM1A-20CDR-A的PLC即能滿足其控制要求，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高、指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大、較快的處理速度和大型PLC的功能等優(yōu)點(diǎn)。

所述PLC控制系統(tǒng)的梯形圖根據(jù)液壓系統(tǒng)元件的動(dòng)作先后順序設(shè)計(jì)法中的并行序列結(jié)構(gòu)來(lái)編寫(xiě)程序，游梁的上升和下降及配重的左移和右移動(dòng)作是順序執(zhí)行的，而且游梁與配重的動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。首先在計(jì)算機(jī)上用OMRON公司LSS軟件做仿真模擬、邏輯關(guān)系分析，從理論上驗(yàn)證系統(tǒng)軟件的正確性，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)用性試驗(yàn)；將各個(gè)控制點(diǎn)與OMRON的CPMlA型PLC對(duì)應(yīng)的位置相連接，按抽油機(jī)工作過(guò)程給出指令，試驗(yàn)硬件的質(zhì)量及可靠性，檢驗(yàn)其性能參數(shù)。當(dāng)確定其全部滿足設(shè)計(jì)要求后，安裝在新型節(jié)能液壓系統(tǒng)游梁式抽油機(jī)上，進(jìn)行油田現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用性試驗(yàn)，情況表明，該P(yáng)LC控制系統(tǒng)工作性能良好，并且相當(dāng)穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明的有益效果是：該新型節(jié)能液壓系統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的PLC控制系統(tǒng)能使游梁的上升、下降和配重的左移、右移動(dòng)作準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，從而將換向時(shí)的動(dòng)能回收利用，達(dá)到了節(jié)能的目的。與伺服控制系統(tǒng)相比，它具有抗干擾能力強(qiáng)、體積小、造價(jià)低等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的游梁式抽油機(jī)新型節(jié)能液壓系統(tǒng)圖。

圖2是本發(fā)明的PLC流程框圖。

圖3是本發(fā)明的梁與配重的工作流程圖。

圖4是本發(fā)明的梯形圖。

圖中：1．游梁；2．動(dòng)力油缸；3．緩沖油缸；4、5、6、7、8．單向閥；9．蓄能器；10．調(diào)速閥；11．二位二通電磁換向閥；12．二位四通電磁換向閥；13．二位四通電磁換向閥；14．平衡油缸；15．恒功率變量泵；16．油箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，液壓控制系統(tǒng)由游梁、動(dòng)力油缸、緩沖油缸、單向閥、蓄能器、調(diào)速閥、二位二通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥、平衡油缸、恒功率變量泵和油箱組成。

當(dāng)節(jié)能液壓系統(tǒng)抽油機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)泵15，液壓油經(jīng)二位四通電磁換向閥12進(jìn)入動(dòng)力油缸2的無(wú)桿腔，給活塞a向上的推力，使游梁1向上擺動(dòng)，與此同時(shí)，二位二通電磁換向閥11電磁鐵1YA通電，進(jìn)入動(dòng)力油缸2無(wú)桿腔的液壓油在端面B上產(chǎn)生向下的作用力，則B產(chǎn)生位移，使C腔里的液壓油經(jīng)單向閥6與蓄能器9的液壓油合流經(jīng)調(diào)速閥10、換向閥11、單向閥8、換向閥13進(jìn)入平衡油缸14的有桿腔使活塞桿向右移動(dòng)，即拖動(dòng)配重W'右移。當(dāng)游梁l上升到最高點(diǎn)時(shí)，二位四通電磁換向閥12電磁鐵3YA通電響應(yīng)換向，泵15排出的液壓油進(jìn)入動(dòng)力油缸2的有桿腔，使活塞下行，即游梁l向下擺動(dòng)，與活塞上行時(shí)同理，此時(shí)，二位四通電磁換向閥13電磁鐵4YA通電置右位，液壓油進(jìn)入平衡油缸14的無(wú)桿腔，活塞桿拖動(dòng)W'向左移動(dòng)。當(dāng)游梁1下降到最低點(diǎn)時(shí)，二位四通電磁換向閥12、13又響應(yīng)換向，重復(fù)游梁1上升時(shí)的工作過(guò)程，循環(huán)往復(fù)。

如圖2，PLC控制的是一個(gè)單體控制小型液壓系統(tǒng)，須控制10個(gè)點(diǎn)。選用OMRON的CPM1A系列、電源為AC型CPM1A-20CDR-A的PLC即能滿足其控制要求，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高、指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大、較快的處理速度和大型PLC的功能等優(yōu)點(diǎn)。

控制系統(tǒng)核心采用的是西門(mén)子S7300系列的PLC，主站PLC一方面協(xié)調(diào)各個(gè)從站協(xié)同工作，一方面對(duì)液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，從站1和從站2是兩個(gè)分布式IO，負(fù)責(zé)響應(yīng)操作終端的輸入和傳感器的輸入以及到各執(zhí)行元件的輸出，上位機(jī)和PLC之間通過(guò)PROFIBUSPD協(xié)議或者M(jìn)PI協(xié)議進(jìn)行通訊，上位機(jī)通過(guò)MOXA擴(kuò)展卡分別和銘牌打印機(jī)、報(bào)表打印機(jī)、稱(chēng)重儀表相連。

如圖3、圖4，PLC控制系統(tǒng)的梯形圖根據(jù)液壓系統(tǒng)元件的動(dòng)作先后順序設(shè)計(jì)法中的并行序列結(jié)構(gòu)來(lái)編寫(xiě)程序，游梁的上升和下降及配重的左移和右移動(dòng)作是順序執(zhí)行的，而且游梁與配重的動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。首先在計(jì)算機(jī)上用OMRON公司LSS軟件做仿真模擬、邏輯關(guān)系分析，從理論上驗(yàn)證系統(tǒng)軟件的正確性，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)用性試驗(yàn)；將各個(gè)控制點(diǎn)與OMRON的CPMlA型PLC對(duì)應(yīng)的位置相連接，按抽油機(jī)工作過(guò)程給出指令，試驗(yàn)硬件的質(zhì)量及可靠性，檢驗(yàn)其性能參數(shù)。當(dāng)確定其全部滿足設(shè)計(jì)要求后，安裝在新型節(jié)能液壓系統(tǒng)游梁式抽油機(jī)上，進(jìn)行油田現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用性試驗(yàn)，情況表明，該P(yáng)LC控制系統(tǒng)工作性能良好，并且相當(dāng)穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用BORLAND公司的DEL-PHl6.0而開(kāi)發(fā)的，可以運(yùn)行在windowsNT/2000/XP操作系統(tǒng)上,系統(tǒng)功能完善，界面友好，穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)采用模塊化、接口化的開(kāi)放式設(shè)計(jì)，有較好的可擴(kuò)展性。上位機(jī)監(jiān)控軟件可以對(duì)系統(tǒng)的所有狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括傳感器的狀態(tài)、工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障，傳感器不能正常工作或者系統(tǒng)通訊不暢時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)異常情況進(jìn)行診斷和分析，并提示用戶采取相應(yīng)的措施。系統(tǒng)需要的參數(shù)有：鋼管參數(shù)、成型參數(shù)、軟件運(yùn)行配置參數(shù)，這些參數(shù)使得系統(tǒng)有較好的靈活性和通用性，上位機(jī)根據(jù)前面提出的六角成型的數(shù)學(xué)模型把相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于PLC程序直接使用的數(shù)據(jù)，如鋼管的層數(shù)、每層的管數(shù)。打捆完成后，系統(tǒng)將打捆的信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣就可以對(duì)生產(chǎn)記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、生成報(bào)表、打印報(bào)表等處理，同時(shí)可以將每l捆鋼管的信息打印成銘牌，附在成品捆上。此功能包括權(quán)限管理、密碼管理，操作人員在登錄界面中正確地輸入姓名和密碼后進(jìn)人程序，數(shù)據(jù)庫(kù)中保留每個(gè)操作人員的操作記錄，這樣為職工考勤和鋼管的質(zhì)量管理提供客觀依據(jù)。