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单片机技术在油井电加热中的应用设计蔡国庆(中油辽河油田公司沈阳采油厂,辽宁盘锦 110316) 摘 要:提出了一种采用单片机技术,运用电能专用芯片,集成电机保护、油井井下电加热的自动运行控制的控制器;该项技术有效地解决油井井下电加热的自动运行控制问题。 关键词:单片机 有功功率 电加热 1 概 述沈阳油田已投入开发的区块大部分都为高凝油,而高凝油以其原油含蜡量高、凝固点高的原油特性,给原油开采造成了较大的难度。为使油井能够正常生产,必须采用井筒保温、热量补偿以及化学降凝等措施;因此,我厂绝大多数的油井采用了井下电加热装置对原油加热。加热功率多为3050KW,在原油开采中井下电加热装置的用电量占总用电量的5070%;因此井下电加热装置的节能降耗具有重要的现实意义。2005年以来我厂开始试验运用定时加热、井口温度检测闭环控制等技术,经现场运用发现存在如下几个问题:、定时加热是采油工根据经验手动调节定时器,控制加热时间;这种方式要求采油工具有很强的责任心和工作经验,即使这样也还存在控制效果不好,要么节能效果不好,要么加热不足,影响原油的开采。、温度闭环的运用是在井口安装温度传感器,控制井口温度保持恒定,这种方式也存在以下缺点:a、温度的采集是在井口,受环境温度的影响较大,不能真实的反映井下温度;b、传感器的安装固定不便现场施工。针对上述问题,我们经过研究认为只有采取新的方式,才能在加热装置的节能降耗上有所突破;于是2007年11月我们开始开发研制抽油机智能型节能保护控制器(以下简称控制器)。起初,我们采用电流检测方式判断井下负荷,在现场实施中发现有些油井距变电站较远,当加热装置工作时,造成电网电压下降达到10%,这样造成电机电流增大,影响井下负荷的准确判断,使用有一定的局限性;我们知道,在抽油机平衡一定的条件下,井下负荷与抽油机电机的有功功率成正比,与电网电压无关;因此,我们采用了检测有功功率的方式判断井下负荷,进而控制加热装置的起停,实现节能目的。2 控制器原理2.1 硬件构成控制器主要由单片机、电量检测芯片、键盘显示、电源、输出控制等组成。电量参数的采集采用三相三线模式的两元件测量方式;合相有功功率的计算公式:P=UABIA+ UCBIC,电压、电流传感器采集的电压、电流数据传送给电能计量芯片,经过芯片内DSP处理器的运算处理,检测出电压、电流、有功功率、无功功率及有无功电能等数据,通过SPI通讯口传给单片机,完成数据采集。单片机是控制器的核心,它接收来自电能芯片的数据信息,经过内部软件的处理,判断电机电流是否过载、缺相、三相不平衡等保护功能;同时,通过有功功率的检测处理,当有功功率高于加热上限时,说明井下负荷重,原油加热不足,经延时处理后,控制执行继电器动作,外部电加热器工作;当有功功率低于加热下限时,说明井下负荷轻,经延时处理后,控制执行继电器动作,外部电加热器停止工作。键盘显示电路,提供人机操作界面;可完成各项参数的设置,显示各项电量参数以及故障保护信息。图1控制器原理框图 2.2 软件编程控制器中的CPU的软件采用汇编语言编写;CPU的指令采用精简指令集RISC结构,由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,CPU 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾,内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。程序分主程序和各种功能的子程序;主程序流程图如图2,各功能子程序简介: a、启动检测子程序完成电机启动的判断; b、启动中过载、缺相检测子程序完成启动中的电机保护; c、电流检测子程序完成电机电流的检测; d、过载、缺相检测子程序完成运行中的电机保护; e、有功功率检测子程序完成有功功率的检测; f、电加热控制子程序完成是否电加热的运行控制; g、停机检测子程序完成电机是否停机的判断; h、保护动作子程序完成电机保护动作的控制。图2主程序流程图3 控制器的参数和特点3.1 控制器的技术参数、输入电压:三相AC 380V;、缺相动作时间:1.5S;、不加热转换到加热的延时时间:1040S;、加热转换到不加热的延时时间:120S;3.2 控制器的特点、电机的过载、缺相及堵转保护,过载反时限特性。、电加热的自动控制,节能降耗。、生产工艺简单,安装调试简便,维护管理工作量相对较小。4 结论:抽油机智能型节能保护控制器,有效地解决油井井下电加热器的如何自动运行控制的难题,节能降耗效果显著,减轻了采油工的劳动强度;同时,有效利用硬件资源,合理利用单片机的可编程特点,实现一机两用功能,具有一定的经济和社会效益,在辽河油田也具有较好的推广应用前景。参考文献:1Atmega8原理及运用手册(马潮、詹卫前、耿德根 编)清华大学出版社,2003.32ATT7022A用户手册 (珠海炬力集成电路设计有限公司 编) 作者简介:蔡国庆(1965-),工程师,1987年毕业于桂林电子工业学院无
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