[发明专利]智慧型节能抽油机及其自动控制方法

权利要求书

1.一种智慧型节能抽油机，包括游梁、驴头、尾梁、支架、底座、主电机、曲柄、连杆、悬绳器、智能控制柜和若干工况传感器，工况传感器包括位于悬绳器上的载荷传感器、位于游梁与支架连接处上部的角位移传感器以及分别位于井口上的液位传感器、压力传感器、流量变送器和温湿度传感器， 在游梁的尾端设置有尾梁平衡装置，该装置包括装配在尾梁本体上的尾梁配重箱和驱动该配重箱移动的步进电机，步进电机设置在游梁上，通过万向联轴器与设置在尾梁上的滑动丝杠连接，通过该滑动丝杠带动尾梁配重箱在尾梁上移动；在游梁上设置有外置式精调平衡装置或内置式精调平衡装置，在智能控制柜中设有电控单元和远程终端智能单元，远程终端智能单元与电控单元有线连接，远程终端智能单元与各传感器无线连接，其特征在于：主电机采用低速恒转矩永磁直驱电机，电机轴直接与曲柄连接，曲柄离心端通过连杆与游梁连接，所述电控单元包括变压器、主驱动模块和平衡驱动模块，其中，主驱动模块与抽油机的主电机导线连接，平衡驱动模块分别与尾梁平衡装置和精调平衡装置导线连接，变压器与远程终端智能单元导线连接，所述主驱动模块包括断路器、电力监控模块、接触器和具有相位控制功能的变频器，用于电参数的测量以及实现对电力的输入输出控制；所述平衡驱动模块包括断路器、热过载继电器、正反向接触器和伺服控制器，用于驱动并控制尾梁平衡装置上的步进电机以及游梁上设置的外置式精调平衡装置或内置式精调平衡装置上的伺服电机；所述远程终端智能单元包括通讯模块、数/模混合采集模块、数据运算模块、运行控制模块和显示模块，所述数/模混合采集模块，用于数字量和模拟量的计量数据采集、测量数据采集和设备开关状态采集；所述数据运算模块，包括CPU和存储器，用于负责处理各种信息数据，经运算处理后输出并存储各种临时或永久性数据；所述运行控制模块，用于对开关按钮自动控制和将逻辑指令转化为控制动作，最终实现对抽油机的运行控制；所述显示模块包括显示屏或仪表，用于显示抽油机系统运行情况及各类警告信息；所述通讯模块包括RJ45或RS485或RS232或USB输入输出端口与线缆，以及ZigBee或GPRS无线模块，用于智能控制柜内各单元及模块之间通讯连接、数据信息传输以及与各工况传感器无线通讯连接和外部互联通讯。

2.根据权利要求1所述的智慧型节能抽油机，其特征在于：所述内置式精调平衡装置位于结构为矩形筒体的游梁体内，该装置包括由左向右依次设在游梁体内的伺服电机、左支座和右支座，左支座和右支座之间设有与游梁平行的丝杠，该丝杠与伺服电机连接，丝杠上穿装有与其螺纹配合连接的精调配重铅块。

3.一种用于权利要求1所述的智慧型节能抽油机的自动控制方法，包括启动、运行、冲次调整、冲程调整、平衡调整、异常处理和停机处理7个步骤，其特征在于：

冲次的调整是以井口流量为主反馈量，其它传感采集数据为辅，由远程终端智能单元的数/模混合采集模块通过数据混合，交由数据运算模块对混合后的数据通过运算进行处理分析后发送相应指令至运行控制模块，运行控制模块收到指令后控制电控单元的主驱动模块，主驱动模块通过具有相位控制功能的变频器实现对主电机运转进行无级变速调节，实现冲次变化的实时调整；

平衡的调整是按以下步骤进行：

步骤1，由载荷传感器和角位移传感器将实时监测采集的地面数据通过无线

传输反馈至远程终端智能单元；

步骤2，由井口上的液位传感器、压力传感器、流量变送器、温湿度传感

器将实时监测采集的井下数据通过无线传输反馈至远程终端智能单元；

步骤3，由远程终端智能单元的数/模混合采集模块对井下数据和地面数据进行数据混合，并将混合后的数据汇总至远程终端智能单元的数据运算模块；

步骤4，设定平衡度理论值为A，A=100%，设定抽油机实时平衡度为N，由数据运算模块将混合后的数据与平衡度实时数值进行运算处理分析，当A－N>5%或N－A>5%时，发出一次调平衡指令，运行控制模块收到一次调平衡指令后，再由平衡驱动模块驱动尾梁平衡装置上的步进电机进入工作状态，带动滑动丝杠使尾梁配重箱在尾梁上移动并完成指令要求的位移量，当位移量到达极限位置时，此时N值上下趋近95%或105%，得到实时平衡度值N1，再由平衡驱动模块将本次尾梁平衡装置动作情况信号回馈至运行控制模块；

步骤5，运行控制模块收到尾梁平衡装置回馈的动作情况信号后，得到一次调平衡后的平衡度值N1，由数据运算模块运算分析后发出二次调平衡指令，当A－N1＜5%或N1－A＜5%时，运行控制模块收到二次调平衡指令后，再由平衡驱动模块驱动游梁上的外置式精调平衡装置或内置式精调平衡装置中的伺服电机进入工作状态，伺服电机带动丝杠旋转使精调配重箱或精调配重铅块移动，完成二次指令要求的位移量，在两级平衡装置的互相协同的作用下，将实时平衡度值N精确调整到趋近100%，实现了平衡度的精准化调节。