專利名稱：一種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及油田抽油機的控制裝置，具體的說，是涉及一種用于具有Y/ Δ接轉(zhuǎn)換裝置和可控硅調(diào)壓裝置組合式抽油機上的節(jié)能控制裝置。
背景技術(shù)：
在油田采油領(lǐng)域中，為實現(xiàn)節(jié)能和軟啟動，經(jīng)常會采用Υ/Δ接轉(zhuǎn)換裝置作為抽油機節(jié)能控制器。這種控制器價格低廉，但是卻有如下缺點當(dāng)抽油機的負載率低于某一參數(shù)的情況下，Υ/Δ轉(zhuǎn)換裝置的節(jié)能效果明顯，但是，當(dāng)抽油機的負載率高于這一參數(shù)的情況下，Υ/Δ轉(zhuǎn)換裝置就會失去節(jié)能的作用，此外，當(dāng)抽油機負荷變化很大時，節(jié)能過程不能貫穿抽油機整個工作沖程。目前應(yīng)用于抽油機上的還有可控硅調(diào)壓式節(jié)能控制器，但是這種控制器在負載率低于某一參數(shù)的情況下卻很難發(fā)揮作用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中指出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，該種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀能夠自動檢測抽油機負載情況，根據(jù)負載情況切換電源的星接、角接或可控硅調(diào)壓供電方式，提高了抽油機系統(tǒng)運行的可靠性、精確性以及經(jīng)濟性，具有節(jié)能效果好的特點。本實用新型的技術(shù)方案是該種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，包括抽油機星/ 角接轉(zhuǎn)換器，所述抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器由星接連通接觸器、角接連通接觸器、晶間管調(diào)壓連通接觸器以及配套的直流控制回路組成，其中，所述節(jié)能控制儀還包括一個負載檢測控制器，所述負載檢測控制器由主控單片機、電參數(shù)采集模塊、電壓采樣輸入電路、電流采樣輸入電路以及晶閘管智能控制模塊構(gòu)成，所述晶閘管智能控制模塊的三相主觸點串聯(lián)連接于晶閘管調(diào)壓連通接觸器的三相主觸點與抽油機驅(qū)動電機的三相電壓輸入端之間；所述電壓采樣輸入電路和電流采樣輸入電路分別采集抽油機的電壓信號和電流信號后向電參數(shù)采集模塊輸出，所述電參數(shù)采集模塊通過通訊接口將接收到的電參數(shù)信號輸出至主控單片機，所述主控單片機在內(nèi)置程序的控制下按照抽油機的負載率變化情況分別向所述抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器以及晶間管智能控制模塊輸出控制信號，以實現(xiàn)分別控制所述星接連通接觸器、角接連通接觸器、晶間管調(diào)壓連通接觸器和晶間管智能控制模塊的三相主觸點閉合或斷開。在以上方案基礎(chǔ)上，確定的優(yōu)選實施方案為所述電參數(shù)采集模塊為三相電能專用計量芯片ΑΤΤ7022Α，所述主控單片機為ATmegal28L單片機，ATmegal28L單片機通過SPI 總線接口實現(xiàn)與所述三相電能專用計量芯片ATT7022A的通信。本實用新型具有如下有益效果首先，本種節(jié)能控制儀采用ATT7022A芯片實現(xiàn)了對抽油機電動機電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、相角等相關(guān)數(shù)據(jù)的精確采集，省去了對運行參數(shù)的A/D轉(zhuǎn)化，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，精確性以及經(jīng)濟性；其次，該裝置采用模塊化的設(shè)計理念，總體功能強大，同時又可分立工作，任何一個模塊故障不會影響系統(tǒng)其他部分的正常運行。數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)同時被用于智能負載跟蹤調(diào)壓，實現(xiàn)了硬件資源的充分利用，避免重復(fù)投資，節(jié)約了總體成本；再次，本裝置滿足了油田現(xiàn)場抽油機井的應(yīng)用，即當(dāng)抽油機負載率低的情況下，Y/Δ轉(zhuǎn)換節(jié)能裝置被投入運行，而當(dāng)負載率高的情況下，采用可控硅調(diào)壓式供電方式。綜上所述，本裝置保證抽油機在無論運行在任何負載情況下，整個過程都能有效地節(jié)能。
圖1是本實用新型的工作原理圖。圖2是本實用新型所述負載檢測控制器的工作原理圖。圖3是本實用新型所述電壓采樣輸入電路的電氣原理圖。圖4是本實用新型所述電流采樣輸入電路的電氣原理圖。圖5是本實用新型具體實施例中芯片ΑΤΤ7022Α與ATmegal28L單片機的接線圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明由圖1所示，該種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，包括抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器，所述抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器由星接連通接觸器KM2、角接連通接觸器KM1、晶閘管調(diào)壓連通接觸器KM3以及配套的直流控制回路組成，其中，所述節(jié)能控制儀還包括一個負載檢測控制器，所述負載檢測控制器的原理圖如圖2所示，由主控單片機、電參數(shù)采集模塊、電壓采樣輸入電路、電流采樣輸入電路以及晶閘管智能控制模塊構(gòu)成，所述晶閘管智能控制模塊的三相主觸點串聯(lián)連接于晶閘管調(diào)壓連通接觸器KM3的三相主觸點與抽油機驅(qū)動電機的三相電壓輸入端之間；所述電壓采樣輸入電路和電流采樣輸入電路分別如圖3、圖4所示，各自采集抽油機的電壓信號和電流信號后向電參數(shù)采集模塊輸出，所述電參數(shù)采集模塊通過通訊接口將接收到的電參數(shù)信號輸出至主控單片機，所述主控單片機在內(nèi)置程序的控制下按照抽油機的負載率變化情況分別向所述抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器以及晶閘管智能控制模塊輸出控制信號，以實現(xiàn)分別控制所述星接連通接觸器KM2、角接連通接觸器KM1、晶閘管調(diào)壓連通接觸器KM3和晶閘管智能控制模塊的三相主觸點閉合或斷開。具體實施時，優(yōu)選的方案為電參數(shù)采集模塊為三相電能專用計量芯片 ATT7022A，主控單片機為ATmegal28L單片機，ATmegal28L單片機通過SPI總線接口實現(xiàn)與所述三相電能專用計量芯片ATT7022A的通信。圖5為芯片ATT7022A與ATmegal28L單片機的接線圖。在本例中選用的ATT7022A芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括電源監(jiān)控電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計量模塊。它能夠提供正向和反向有功/無功電能數(shù)據(jù)，有功、無功、視在功率參數(shù)， 功率因數(shù)、相角、線頻率參數(shù)，提供電壓和電流有效值參數(shù)，有效值精度優(yōu)于0.5%。具有電壓相序檢測功能，電流相序檢測功能和失壓判斷功能。同時具有SPI接口，方便與外部單片機之間進行計量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。所以計量參數(shù)都可以通過SPI總線接口讀出。 電網(wǎng)的電壓、電流分別通過差分方式輸入給ATT7022A的電壓通道和電流通道，電壓信號的輸入采用1:1的電流互感器方式，選用的是SPT204A，電流信號的輸入采用電流單端采樣方式，選用的是SCT254AK，每個輸入通道均加入了抗混疊濾波器。如圖所示，ATT7022A芯片同單片機設(shè)有6條連線，一條為握手信號線SIG，一條為ATT7022A的復(fù)位控制線RESET，另外四條為SPI接口線CS、SCLK、DIN、DOUT。ATT7022A芯片通過采用四線制的SPI總線方式來對數(shù)據(jù)完成寫入和讀出，同時采用I/O 口模擬SPI總線時序的方式來完成軟件的編程，因此只需把ATT7022A芯片的四條SPI總線直接與CPU的任意四個雙向的I/O 口相連就可以了。 與此同時，需要把芯片ATT7022A與CPU之間的握手信號線和復(fù)位信號線與CPU的雙向I/O 口直接相連，因為CPU和ATT7022A的工作電壓都為5V，所以不會造成電平不兼容。此外，如圖2所示，所述負載檢測控制器還包括一些與CPU配合工作的單元，分別為數(shù)據(jù)存儲單元，選用的FMMC64為64Kbits FRAM存儲器，其支持1012次寫入，用于保存系統(tǒng)的某些初始值，驅(qū)動電機運行參數(shù)的定時存儲，系統(tǒng)故障狀態(tài)的存儲等功能，以便監(jiān)控主站隨時查閱歷史記錄。通信單元RS232/485串口通訊用于與上位機通信，主要用來進行電機運行參數(shù)和系統(tǒng)運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸、鐵電存儲器中存儲數(shù)據(jù)的輸出及系統(tǒng)時間的校準(zhǔn)等。人機接口單元人機接口包括鍵盤輸入和液晶顯。通過盤輸入可手動改變電容器的投切狀態(tài)，可切換液晶顯示內(nèi)容和設(shè)置時鐘時間。液晶顯示采用RT12864模塊，主要顯示當(dāng)前各相的電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、無功功率和系統(tǒng)時間等。晶閘管智能控制模塊選用IPiCS型元件作為執(zhí)行單元，其連接關(guān)系亦顯示于圖5 中。這種晶閘管智能控制模塊采用的是一種由全數(shù)字移相觸發(fā)集成電路構(gòu)成的晶閘管智能控制模塊。此模塊的晶閘管主電路與控制電路集成于一體，所以此模塊能夠有很好的電力調(diào)控能力，模塊輸出無直流分量，對稱性高。該晶閘管模塊的電參數(shù)為單相最大電流200A， 最高輸出電壓450V，而現(xiàn)場的電動機額定電壓為380V，額定功率為45kW，所以根據(jù)電動機的參數(shù)，可以采用德力西公司生產(chǎn)的CJ20-160型交流接觸器作為系統(tǒng)主電路的接觸器，即星接連通接觸器KM2、角接連通接觸器KMl、晶閘管調(diào)壓連通接觸器KM3都可以選用此型號的交流接觸器。當(dāng)額定電壓為380V時，額定電流為160A，而接觸器線圈電壓為AC220V，這個電壓可以由供電線路的相電壓供應(yīng)。晶閘管智能控制模塊的控制信號類型有三種，分別為4 20mA電流控制、0 5V電壓控制、0 IOV電壓控制。在該系統(tǒng)設(shè)計過程中，系統(tǒng)采用的是0 IOV電壓控制，由單片機輸出的0 IOV直流控制信號，能夠保證平滑調(diào)節(jié)主電路的輸出電壓。晶閘管智能控制模塊擁有9腳的控制輸入端口。本裝置的工作過程如下主控單片機通過三相電參數(shù)采集模塊得到負載率、功率因數(shù)及無功功率，來切換Y-Δ調(diào)壓模式和晶閘管調(diào)壓模式，并控制晶閘管觸發(fā)角。即當(dāng)電動機啟動時，斷路器和角接連通接觸器KMl閉合，與此同時星接連通接觸器ΚΜ2和晶閘管調(diào)壓連通接觸器ΚΜ3維持在斷開狀態(tài)，這樣可以使電動機以全電壓啟動，為Δ形接法，但是此時調(diào)壓節(jié)能系統(tǒng)并不在工作狀態(tài)。等到電動機啟動結(jié)束正常運行以后，主控單片機根據(jù)電參數(shù)采集模塊采集的電能參數(shù)，進行檢測和分析，選擇相應(yīng)的節(jié)能調(diào)壓方式。其中KMl閉合，ΚΜ2、ΚΜ3斷開時，為抽油機電網(wǎng)默認的電動機繞組接法-Δ形接法；ΚΜ2閉合，ΚΜ1、ΚΜ3 斷開時，為Y形接法；ΚΜ3閉合，ΚΜ1、ΚΜ2斷開時，為晶閘管調(diào)壓控制方式。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的負載率隨時切換Y- Δ調(diào)壓模式和晶閘管調(diào)壓模式。
權(quán)利要求1.一種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，包括抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器，所述抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器由星接連通接觸器(KM2)、角接連通接觸器(KM1)、晶閘管調(diào)壓連通接觸器(KM3) 以及配套的直流控制回路組成，其特征在于所述節(jié)能控制儀還包括一個負載檢測控制器， 所述負載檢測控制器由主控單片機、電參數(shù)采集模塊、電壓采樣輸入電路、電流采樣輸入電路以及晶閘管智能控制模塊構(gòu)成；所述晶閘管智能控制模塊的三相主觸點串聯(lián)連接于晶閘管調(diào)壓連通接觸器(KM3)的三相主觸點與抽油機驅(qū)動電機的三相電壓輸入端之間，所述電壓采樣輸入電路和電流采樣輸入電路分別采集抽油機的電壓信號和電流信號后向電參數(shù)采集模塊輸出，所述電參數(shù)采集模塊通過通訊接口將接收到的電參數(shù)信號輸出至主控單片機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，其特征在于所述電參數(shù)采集模塊為三相電能專用計量芯片ATT7022A。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，其特征在于所述主控單片機為ATmegal28L單片機，ATmegal28L單片機通過SPI總線接口實現(xiàn)與所述三相電能專用計量芯片ATT7022A的通信。
專利摘要一種組合式油田抽油機節(jié)能控制儀，包括抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器，所述抽油機星/角接轉(zhuǎn)換器由星接連通接觸器、角接連通接觸器、晶閘管調(diào)壓連通接觸器以及配套的直流控制回路組成，其特征在于還包括一個負載檢測控制器，由主控單片機、電參數(shù)采集模塊、電壓采樣輸入電路、電流采樣輸入電路以及晶閘管智能控制模塊構(gòu)成；晶閘管智能控制模塊的三相主觸點串聯(lián)連接于晶閘管調(diào)壓連通接觸器的三相主觸點與電機的電壓輸入端之間，電參數(shù)采集模塊將接收到的電參數(shù)信號輸出至主控單片機。該控制儀能根據(jù)負載情況切換電源的星、角接或可控硅調(diào)壓供電方式，具有節(jié)能效果好、系統(tǒng)運行可靠的特點。
文檔編號H02P25/18GK201956964SQ20112005301
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者劉超, 徐建軍, 王金亮, 許愛華, 閆麗梅 申請人:東北石油大學(xué)