嵌入式网络控制器在油田变频抽油控制系统的应用.doc

嵌入式网络控制器在油田变频抽油控制系统的应用 1引言为了提高胜利油田采油设备工作状态参数的实时综合测试和控制水平保证油井高产量、高效率生产及时发现并处理设备可能存在的隐患或发生的故障并对盗油等行为进行及时的监测和制止必须实施采油的自动监控和同时在胜利油田采油设备中以游梁式磕头采油机应用最为普遍数量也最多但传统的磕头机普遍存在着起动冲击大运行耗电多效率低下等诸多问题加之油井情况复杂断杆、烧电机等现象经常发生对电动机没有可靠的保护功能设备维修量大急需对现有的采油机设备进行改造为此我们利用泓格的I7188EXD以及I7000模块对大沙庄的12台采油设备采用了分布式变频采油控制方式其应用效果十分明显 2工作原理2.1恒速采油的弊端和变频采油的必要性作为采油设备其运动为反复地上下提升一个冲程提升一次其动力来自于电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块当滑块提升时类似于杠杆的作用将采油机杆送入井中滑块下降时采油杆提出带油至井口由于电机转速一定在滑块下降过程中负荷减轻电机拖动产生的能量势必进入再生发电状态造成主回路母线电压升高频繁的高压冲击会损坏电机对电动机没有可靠的保护功能一旦电机损害造成生产效率降低、维护量加大极不利于抽油设备的节能降耗给企业带来了较大的损失假如采用变频调速技术效果则完全不一样:根据电机理论可知其转速公式为:n=60f(1s)/p其中:P电动机的极对数;s转差率;f供电电源的频率;n电动机的转速可看出电机转速与频率近似成正比改变频率即可以平滑地调节电机转速而对于变频器而言其频率的调节范围是很宽的可在0400Hz之间任意调节因此电机转速即可以在较宽的范围内调节同时变频调速器具有低速软启动转速可以平滑地大范围调节对电动机保护功能齐全如短路、过载、过压、欠压及失速等可有效地保护电机及设备保证设备在安全的电压下工作具有运行平稳、可靠提高功效等诸多优点是采油设备改造的理想方案在本系统中为防止采油滑块提升时对其轴承及绕组的影响防止电机过分磨损及过热最高频率设在50Hz2.2系统架构根据上述分析的变频控制原理控制系统必须有控制器以及相应的控制模块由于抽油设备均在野外工作基本上处于“无人看管”的工作状态采用工控机等之类的控制器显然是不合理的而泓格的嵌入式网络控制器I7188EX具有PC的一切控制功能只要将其安装在防雨、防电等场合便可工作同时利于现场安装满足设计要求为此围绕I7188EX控制器必须有相应的功能模块与之配合才能完成控制任务为此我们选用了I7024模拟量输出模块让其输出的模拟信号作为变频器的输入控制信号I7060作为相应控制开关的控制模块、I7017实时采集输油管路的流量控制系统的架构图见图1所示 图1系统架构图 由于下庄采油队有12台抽油机为便于“集中管理、分布式控制”在小队的控制室安装有一台监视控制计算机主要用来管理I7188EX并且实时记录流量、工作日志、设备运行的健康状态由于小队的控制室远离采油厂的采油中心因此巡视人员将定期携带移动式笔记本电脑通过HUB与控制采用TCP/IP协议下载控制计算机的记录参数然后回采油统计中心将各个采油分队的记录参数汇总统计达到了对采油设备工作状态参数的综合测试以及管理的目的在图1所示的架构图中I7188EX与I7000模块采用RS485、I7188EX与控制计算机采用TCP/IP通过HUB相连并通信从而实现了分级控制、分级管理利于维护、安装、移动和拆卸是一种比较的采油设备控制系统 3所选模块特性3.1I7188EXI7188EX为一具有PC功能的嵌入式网络控制器也可以说是网络协议转换器它有256KBFLASH256KBSRAM2KBEEPROM31BNVSRAM内置时实时钟看门狗定时器、内置MiniOS7操作系统、含有与NE2000兼容的10BASET网络控制器、支持TCP/IP协议它具有独特的双看门狗安全设计即软件看门狗和硬件看门狗组成万一主控计算机死机所有的输出模块就进入预设的安全状态符合的安全要求使用方便可大幅增加系统安全性3.2I7017的特性l8路模拟输入;l14bit分辨率;l采用差分输入方式和1010V输入范围以提高的功模干扰能力;l8通道扫描模式;l隔离电压:3000VDC提高了系统的抗干扰能力3.3模拟输出模块I7024为了使采油泵平稳起停、保护控制系统采用了变频调速技术对其进行控制利用I7024的模拟输出信号给变频器提供010V的控制信号使变频器的输出信号变为050Hz达到变速的目的由于I7024采用了光电隔离方式从而保护了控制系统避免了电机的反电势容易使控制系统死锁的现象发生 4软件设计由于I7188EX嵌入式控制器配有MiNiOS7嵌入式操作系统.因此I7188控制器可编程独立运行与ROMDOS相比MiNiOS7更适于嵌入式应用I7188现地单元控制模块的控制程序采用TC2.0编写调用了I7000相应的库函数主要有模块初始化模块、定时采集模块、数据通信模块、逻辑输出模块(控制开关等的控制)等这一部分编程比较简单泓格提供了许多类似的例程可以直接通用极大地降低了开发时间控制计算机上安装有Windows2000以及MicrosoftSQL6.5便于建立起数据库备移动笔记本电脑浏览器下载数据上位机采用了组态王工控软件并利用了泓格公司提供的I7188的OPC服务器直接与I7188EX采用TCP协议通信进一步简化了编程工作 5结束语目前油田在稳产的同时如何节能降耗并对钻井设备进行科学管理提高胜利油田采油设备工作状态参数的实时综合测试和控制水平保证油井高产量、高效率生产及时发现并处理设备可能存在的隐患或发生的故障并对盗油等行为进行及时的监测和制止是目前石油采集单位需要解决的问题本系统解决了其利用控制系统对钻井设备合理控制并进行科学管理对解决油田目前面临的问题具有一定的参考价值泓格公司提供的I7188EX以及I7000系列模块在极其恶劣的采油现场能稳定地运行且故障率极低说明其品质是可靠的重要是其产品具有双重的Watchdog以及运行可靠的MiniOS7嵌入式操作系统极大提高了系统的可靠性以及运行的稳定性系统的投入运行不