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1 引言 電動機換向抽油機是機電一體化、高效節能產品。采用高質量的無速度反饋矢量控制型Vacon變頻器，Vacon變頻器具有可編程功能，可根據用戶工藝要求，通過編程可實現用戶的特殊時序要求。高質量的Vacon變頻器完全可以滿足工業環境下應用要求。電機采用具有較好低速性能的變頻電機。摩擦輪傳動作為工作機構，機械傳動路線短，效率高，電機實現了正反轉換向，啟動換向平穩，沖擊小;沖程、沖次可獨立進行無級調節，光桿及上下行速度可實現分別控制，能夠適合各種油質（稀油和稠油）的采汲。 該機與同型號的常規游梁抽油機相比，機械效率提高了兩倍多，系統效率達50%，節約電力46%，并解決了現行設備不能直接抽汲稠油的難題。該抽油機操作方便、使用可靠、便于維修，是常規游梁抽油機理想的更新換代產品。 圖1電動機換向抽油機實物圖 2 電動機換向抽油機工作原理 新型節能抽油機變頻控制系統硬件采用可編程VaconNXP系列變頻器，變頻交流電動機。配備抽油機控制專用軟件。變頻器在C槽中加裝NXOPTA5編碼器反饋擴展卡，D槽中加裝NXOPTB1I/O擴展卡，擴展卡NXOPTA1跳線X2設置為電壓輸入，變頻電動機:功率因數、機械效率可達高,結構簡單、工作可靠、適合于頻繁正反轉。當起動扭矩是額定扭矩的150%時，起動電流僅為額定電流的30%，工作過程無峰值電流。擺線針輪減速機：傳動比大、效率高、體積小、重量輕、故障少、壽命長、運轉可靠平穩，拆裝方便、容易維修，還具有超過載能力強、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動頻率和正反轉的特點。摩擦傳動機構:采用摩擦傳動方式，鋼繩柔性好，壽命長，當發生卡泵時，提升鋼繩在輪上發生滑動，保護油桿及油泵。控制箱：操作簡單，設有恒溫裝置，保證電器元件工作在最佳溫度狀態，控制系統保護措施完善，電機永不燒毀，擁有故障自檢顯示功能，還設有無線集中監控接口。 2.1Vacon變頻器控制端子接線 系統中變頻器采用矢量控制型VaconNXP變頻器。變頻器控制端子接線圖如圖1。K1、K2分別是正反轉啟動信號，K3為故障復位信號，K4、K5、K6為多段速信號。 圖2電動機換向抽油機實物圖 繼電器RO1設為變頻器故障信號，此信號送給PLC，繼電器RO1閉合時表示變頻器故障，系統停止工作。 繼電器RO2設為機械抱閘信號，RO2閉合送出機械抱閘開閘信號，RO2斷開送出機械抱閘合閘信號。 輸入端子功能為： （1）P1:[AI1+，AI1-]上沖程參考速度給定電壓輸入。 （2）P2:[AI2+，AI2-]下沖程參考速度給定電壓輸入。 （3）K1:[DIN1]啟動上沖程。閉合脈沖起作用。 （4）K2:[DIN2]啟動下沖程。閉合脈沖起作用。 （5）K3:[DIN3]故障復位及停機端子:變頻器報警時,可進行故障復位。變頻器運行時,可進行停機。DIN3復位時,上下限位自動調整值也復位為上下限位調整值。 （6）K4:[DIN4]點動上沖程端子。 （7）K5:[DIN5]點動下沖程端子。 （8）K6:[DIN6]電機運行狀態與電機調整狀態轉換端子。 K6=1閉合:電機運行狀態，此時K1，K2信號有效。上下點動信號K4，K5有效，電機點動運行優先運行信號; K6=0斷開:電機調整狀態，此時K1，K2信號無效，上下點動信號K4，K5有效，電機點動運行; K6=0到K6=1,K6:[DIB6]來兩個上升沿把上程脈沖限位值和下程脈沖限位值清零。 （9）K7：[DIO1]=1閉合:零制動。故障復位DIN3閉合時變頻器不停機，零頻給定送給電機給定頻率。運行時，上、下點動開關有效時則點動頻率送給電機給定頻率,否則把電位器給定送給電機給定頻率。 K7：[DIO1]=0斷開:無零制動。故障復位DIN3閉合時變頻器停機。運行時，上、下點動開關有效時則點動頻率送給電機給定頻率，否則把電位器給定送給電機給定頻率。 （10）K8:[DIO2]定位接近開關。 K8=1閉合:定位接近; K8=0斷開:遠離定位。 （11）K9:[DIO3]上沖程限位端子。到達限位后變頻器輸出反轉。K3:[DIA3]故障復位。 （12）K10:[DIO4]下沖程限位端子。到達限位后變頻器輸出正轉。K3:[DIA3]故障復位。 （13）K11:[DIO5]低溫控制開關，25℃時閉合變頻器24號與25號端子的繼電器RO2。 2.2 抽油機控制專用參數組設置 參數組設置為G11。 參數說明： P11.1K9:[DIO3]上沖程限位，工作次數，到達此工作次數后變頻器停機并發出57號上限位報警; P11.2K10:[DIO4]下沖程限位，工作次數，到達此工作次數后變頻器停機并發出58號下限位報警; P11.3變頻器沒有接受到位置信號延時時間，超過此時間變頻器停機并發出59號超時報警; P11.4計算沖程系數分子（與電動機減速器傳動比有關）; P11.5計算沖程系數分母（與電動機減速器傳動比有關）; P11.6每個沖程時間系數分子; P11.7每個沖程時間系數分母。 2.3抽油機設定調整過程 （1）進入調整狀態，閉合K6開關。上程脈沖限位值、下程脈沖限位值清零，重新設置。 （2）如果此時定位塊在定位接近開關[DIO2]下面時，則閉合上點動開關K4向上提抽油桿，使定位塊從下向上經過定位接近開關[DIO2[后，在定位接近開關[DIO2]之上可用上下點動開關K4、K5把抽油桿提到最高的合適點，此時上程脈沖限位值保存起來。然后閉合下點動開關K5向下拉抽油桿使，定位塊從上向下經過定位接近開關[DIO2]后，在定位接近開關[DIO2]之下可用上下點動開關K4、K5把抽油桿拉到最低的合適點，此時下程脈沖限位值保存起來。 如果此時定位塊在定位接近開關[DIO2]上面時，則閉合下點動開關K5向下拉抽油桿，使定位塊從上向下經過定位接近開關[DIO2]后，在定位接近開關[DIO2]之下可用上下點動開關K4、K5把抽油桿拉到最低的合適點，此時下程脈沖限位值保存起來。然后閉合上點動開關K4向上提抽油桿，使定位塊從下向上經過定位接近開關[DIO2]后，在定位接近開關[DIO2]之上可用上下點動開關K4、K5把抽油桿提到最高的合適點，此時上程脈沖限位值保存起來。 （3）進入運行狀態，斷開K6開關。斷電后上程脈沖限位值、下程脈沖限位值保持不變。 （4）重新調整上、下程脈沖限位值，閉合K6開關。K6=0到K6=1,K6:[DIB6]來兩個上升沿把上程脈沖限位值和下程脈沖限位值清零。 （5）進入運行狀態，斷開K6開關。 （6）如果此時定位塊在定位接近開關[DIO2]下面時，則閉合K1:[DIA1]啟動上沖程。 （7）如果此時定位塊在定位接近開關[DIO2]上面時，則閉合K2:[DIA2]啟動下沖程。 （8）如果停止運行，閉合K3:[DIA3]停機端子。 （9）定位接近開關K8:[DIO2]用K9:[DIO3]上沖程限位。K10:[DIO4]下沖程限位保護。到達限位后向相反方向轉。 （10）K9:[DIO3]上沖程限位，K10：[DIO4]下沖程限位。到達限位后向相反方向轉。限位工作次數到達P11.1P11.2工作次數后變頻器停機并發出57號上限位、58號下限位報警。K3:[DIA3]=1故障復位。 （11）P11.3變頻器沒有接受到位置信號延時時間，超過此時間變頻器停機并發出59號超時報警。K3:[DIA3]=1故障復位。 （12）智能補償由于慣性引起的上、下沖程限位變化。 2.4 Vacon變頻器抱閘控制邏輯 抽油機停機時需要抱閘控制，利用Vacon變頻器具有可編程功能，可根據系統要求編寫出特殊控制邏輯。Vacon變頻器的編程工具VaconNC1131-3Engineering是一個符合IEC61131-3標準的圖形化的編程工具，它可以用來設計VaconNX特殊的控制邏輯和參數。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊，如各種濾波器，PI控制器和積分器。NC1131-3可以創建參數，故障信息和其他與應用相關的特性。 制動器開閘信號至關重要，開閘時必須保證變頻器輸出足夠大轉矩后才開閘，合閘時要在變頻器接近零速，但還有一定轉矩時就合閘。為保證電機在低轉速時大轉矩輸出，變頻器采用閉環控制。通過Vacon變頻器編程設計出開閘、合閘邏輯。 開閘條件：變頻器有運行信號；變頻器輸出電流大于設定的開閘電流限制值；變頻器輸出轉矩大于設定的開閘轉矩限制值；變頻器輸出頻率大于設定的開閘頻率限制值；以上四個條件缺一不可。 合閘條件:變頻器輸出頻率小于設定的合閘頻率限制值，且有變頻器停機信號；變頻器停機；變頻器故障；以上三個條件任意一個存在，變頻器都送出合閘信號。 3 實驗應用結果分析 該機具有以下優點： （1）裝機容量低、機械效率高，可達80%以上; （2）電動機功率因數COSФ＝1，可提高變電設備的利用率; （3）電動機起動電流小,當負載為電機額定負載l50%時，起動電流僅為額定電流的30%，電氣系統保護措施完善，不會出現燒毀電機事故; （4）平衡度高,平衡方式為對稱式平衡，可達精確平衡; （5）抽油桿上、下行速度可分別獨立控制、沖程、沖次無級調節，能夠很好地適應油井狀況從而提高泵效; （6）該機效率高、能耗低，正常情況下，系統效率可達40～50%; （7）該機適用于較稠油采汲，恰當調整參數，可有效解決或減輕油桿及油管偏磨問題； （8）工作系統采用摩擦傳動，卡泵時摩擦系統打滑，避免拉斷井桿，超載自動停機保護； （9）整機重心在機架內，不會發生翻機事故,解決了翻機問題,配重在機架內,工作時不會發生配重砸傷人、畜等事故； （10）維護簡單，整機傳動部分只有兩個油脂潤滑點，電氣系統具有故障自檢顯示功能； （11）操作簡單、易行、調整沖程、沖次等參數特別方便,調整沖次幾秒鐘內即可完成，調整沖程幾分鐘亦可完成、且不需設備輔助； （12）具有無線集中控制接口，可實現集中監控。 4 結束語 現場運行穩定，故障率低，減小了設備的維修量，提高了勞動效率，控制平穩，控制效果達到要求，用戶滿意。此控制方案在抽油機行業具有很大的推廣價值。 |
