变频控制系统培训

1、LOGO变频调速系统培训材料变频调速系统培训材料长庆油田分公司机械制造总厂长庆油田分公司机械制造总厂抽油机专用变频调速系统抽油机专用变频调速系统CQ系列油气混输泵变频控制系列油气混输泵变频控制智能型橇装注水站智能型橇装注水站2008.3.23抽油机专用变频调速系统前言前言1电动机的工作原理电动机的工作原理 2抽油机抽油机 3变频器的工作模式和操作方法变频器的工作模式和操作方法 4抽油机专用变频控制柜抽油机专用变频控制柜 56通信系统简介通信系统简介7抽油机变频柜现场应用抽油机变频柜现场应用一、前言v1、抽油机传统调速方式、抽油机传统调速方式 油田普遍采用有杆抽油方式，而所用的抽油机普遍存在机采

2、效率低、能耗大等情况。在实际生产过程中，采油井的供液能力随时都有变化，需要对抽油系统运行参数进行及时而合理的调整，其中抽油机冲次的调节尤为重要。一般通过更换电机皮带轮调节冲次，抽油机冲次只有三档，分别为，5、3.5、2.5min-1。现有冲次无法满足长庆低渗透率油田使用低于2.5min-1冲次采油的需要；不能任意调节抽油机的冲次，难于使采油系统处于最佳工作状态，造成泵效普遍降低。一、前言2、抽油机专用变频调速系统的结构、抽油机专用变频调速系统的结构一、前言 系统主要由抽油机、变频控制柜、电动机、传感器、通讯和监控中心六部分组成。 传感器采集抽油系统地面功图和电动机输入参数，为变频调速提供依据；

3、 变频控制柜提供调速需要的变频电源； 电动机接入变频电源驱动抽油机按需要的冲次运转； 通讯模块将采集到的数据上传至监控中心，监控中心远程控制启停机和调速。二、电动机的工作原理二、电动机的工作原理 油田使用的变频器驱动的电机有三种类型：三相异步油田使用的变频器驱动的电机有三种类型：三相异步电动机、变频电动机和永磁同步电动机。目前，长庆油电动机、变频电动机和永磁同步电动机。目前，长庆油田使用的最多的为三相异步电动机。三相异步电动机的田使用的最多的为三相异步电动机。三相异步电动机的结构：结构：二、电动机的工作原理二、电动机的工作原理1）定子）定子v（1）.定子铁心定子铁心: 定子铁心的作用是作为电机

4、磁路的一定子铁心的作用是作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。部分，并在其上放置定子绕组。v（2）.定子绕组定子绕组:定子绕组的是电动机的电路部分，通入定子绕组的是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。三相交流电，产生旋转磁场。2）转子）转子 转子包括转子铁心、转子绕组和转轴等部件。转子包括转子铁心、转子绕组和转轴等部件。v（1）转子铁心）转子铁心 作用作用:电机磁路的一部分，并放置转子电机磁路的一部分，并放置转子绕组。一般用绕组。一般用0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。钢片外圆冲有均匀分布的孔，用

5、来安置转子绕组。v（2）转子绕组）转子绕组 作用是切割定子旋转磁场产生感应电作用是切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。根据构动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。根据构造的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。造的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。3）转轴）转轴 传递转矩及支撑转子的重量，由中碳钢或合金钢制传递转矩及支撑转子的重量，由中碳钢或合金钢制成。成。 二、电动机的工作原理二、电动机的工作原理2、电动机参数的计算模型、电动机参数的计算模型vU = E + IR （I：电流，：电流，R：电子电阻，：电子电阻，E：感应电势）：感应电势）vE = kfX （k：常数

6、，：常数，f： 频率，频率，X：磁通）磁通）vT=KIX （K：常数：常数, I：电流，：电流，X：磁通）磁通）vP=wT （w：角速度，：角速度，T：转矩）：转矩）v 1、长庆油田抽油机类型、长庆油田抽油机类型 长庆油田再用的抽油机主要有三大类：纯曲柄平衡抽油机，纯游梁平衡抽油机，复合平衡抽油机（曲柄复合平衡抽油机和弯梁变矩复合平衡抽油机。v 2、抽油机的平衡原理、抽油机的平衡原理 （1）抽油机不平衡的原因：悬点承受的是不对称的脉动载荷 ，上冲 程电动机做功很大，下冲程电机做负功。 （2）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗。v

7、3、抽油机平衡方式、抽油机平衡方式：游梁式抽油机的平衡方式有三种：纯曲柄平衡，纯游梁平衡、游梁曲柄复合平衡。v 4、抽油机达到平衡的原则是： （1）电动机在上下冲程中做功相等； （2）电动机在一个冲程中作功最小。 （3）上、下冲程中电机输入功率峰值相等。三、抽油机三、抽油机三、抽油机三、抽油机v5、抽油机负功的产生、抽油机负功的产生 现场试验表明,驱动抽油机的三相异步电动机在运行转速大于同步转速时处于发电状态,并产生负功,电动机转差率绝对值超大,产生的负功越大。处于发电状态的电动机发出的电能频率、电压、相序相位与电网一致时,负功能回馈电网被利用。此外,负功值大,抽油机系统效率下降,在计量和计算

8、抽油机电动机输入有功功率时应减去负功值。四、通用变频器四、通用变频器1、变频器的调速原理、变频器的调速原理 我们知道，交流电动机的同步转速表达式：我们知道，交流电动机的同步转速表达式： n60 f(1s)/p n异步电动机的转速；异步电动机的转速； f异步电动机的频率；异步电动机的频率； s电动机转差率；电动机转差率； p电动机极对数。电动机极对数。 由式可知，转速由式可知，转速n与频率与频率f成正比，只要改变频成正比，只要改变频率率f即可改变电动机的转速，当频率即可改变电动机的转速，当频率f在在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频

9、器就是通过改变电动机电源频率实现速度变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。（手段。（w：角速度，：角速度，T：转矩）：转矩）四、通用变频器四、通用变频器2、变频器的结构、变频器的结构 通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作变的交流电的装置称作“变频器变频器”。 变频器主要由整流器、中间电变频器主要由整流器、中间电路、逆变器，制动单元、驱动单元、微处理单元等组成。路、逆变器，制动单元、驱动单元、微处理单元等组成。v

10、1）、整流器，与三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。）、整流器，与三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。v 2）、中间电路，有以下三种作用：）、中间电路，有以下三种作用： a.使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。 b.通过开关电源为各个控制线路供电。通过开关电源为各个控制线路供电。 c.可以配置滤波和制动单元以提高变频器性能。可以配置滤波和制动单元以提高变频器性能。v 3）、逆变器，将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。）、逆变器，将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。v 4）、控制电路，它将信号传送给整流器、中

11、间电路和逆变器，同时）、控制电路，它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动单元、它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动单元、操作控制电路。主要功能是：操作控制电路。主要功能是： a.利用信号来开关逆变器的半导体器件。利用信号来开关逆变器的半导体器件。 b.提供操作变频器的各种控制信号。提供操作变频器的各种控制信号。 c.监视变频器的工作状态，提供保护功能。监视变频器的工作状态，提供保护功能。 四、通用变频器四、通用变频器3、变频器的工作原理：、变频器的工作原理： 变频器通过二极管整流桥（整流单元），将输入的工频交流电转变

12、频器通过二极管整流桥（整流单元），将输入的工频交流电转变为直流电，再通过可控硅桥式电路，将直流电转变为电压、频率可变为直流电，再通过可控硅桥式电路，将直流电转变为电压、频率可以任意调节的交流电。以任意调节的交流电。四、通用变频器四、通用变频器工作电路工作电路四、变频器的工作模式和操作方法四、变频器的工作模式和操作方法4、变频器的功能、变频器的功能v（1）、软启动功能）、软启动功能v（2）、变频调速功能）、变频调速功能 A、调速方式、调速方式: 恒转矩调速和恒功率调速恒转矩调速和恒功率调速 B、调速原理、调速原理v（ 3）功率因数补偿功能）功率因数补偿功能v（4）继电保护功能）继电保护功能v（5

13、）模拟量输入和通讯功能）模拟量输入和通讯功能四、变频器的工作模式和操作方法四、变频器的工作模式和操作方法5、变频器的故障判断、变频器的故障判断v1）上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现）上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花。火花。v2）上电无显示）上电无显示v3） 开机运行无输出（电动机不启动）开机运行无输出（电动机不启动）v4）运行时）运行时“过电压过电压”保护，变频器停止输出保护，变频器停止输出v5）运行时）运行时“过电流过电流”保护，变频器停止输出保护，变频器停止输出v6）运行时）运行时“过热过热”保护，变频器停止输出保护，变频器停止输出v7） 运行时运行时“接地接地”保护保护v

14、8）制动问题（过电压保护）制动问题（过电压保护）v9）变频器内部发出腐臭般的异味）变频器内部发出腐臭般的异味v10）如判断出变频器部件损坏）如判断出变频器部件损坏五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜 1、控制柜结构、控制柜结构 变频控制及制动主电路变频控制及制动主电路工频控制主电路工频控制主电路系统保护电路系统保护电路电源及操作面板电源及操作面板传感器信号电路传感器信号电路五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜短路熔断器和浪涌保护器短路熔断器和浪涌保护器Unidrive SP2404变频器变频器Unidrive SP2404制动单元制动单元变频主回路接触器变频主回路接触器

15、工频主回路接触器工频主回路接触器加热器加热器五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜2、Unidrive SP变频器变频器五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜3、抽油机控制柜电路抽油机控制柜电路 主电路主电路 Q101 为变频器供电断路器 Q102 为工频供电断路器 KM1 为变频器输出接触器 KM2 为工频输出接触器 KA2 为变频器启动/停止继电器 KA3 为远程启动/停止继电器 五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜v 主控制电路图SA2 为本地/远程切换旋钮（两位自锁）SA1 为工频/变频切换旋钮（两位自锁）ON 为抽油机启动按钮（绿色自复位）OFF 为抽

16、油机停止按钮（红色自复位）KA1 为自锁用继电器五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜4、操作与维护、操作与维护五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜v 系统维护系统维护： 1. 对于现场的工作环境，变频器工作时风机为变频器提供冷风，降低IGBT运行时的温度，过多尘土进入会导致变频器风机转速降低，风量降低，甚至损坏风机。因此注意柜子内部的除尘。 2.设备正常运行时柜门尽量不要打开。 3.如果变频器故障，系统自动切到工频，此时如果手动复位，系统会自动切换到变频继续运行，因此在维护时

17、要注意这一点。 4. 系统检修时，将供电电源切断，请将本地/远程旋钮旋到本地，按下停止按钮，将柜内Q101,Q102断路器断开，然后进行检修，检修时注意安全。 5. 变频器断路器Q101断开后，约10分钟直流母线电压才放电完毕，因此在10分钟内严禁打开变频器。五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜5、变频控制柜的通讯、变频控制柜的通讯v 1.支持各类流行总线模块，如 Profibus-DP,DeviceNet,CANopen,Modbus RTU, Interbus, CTNET等，不用网关，即可 实现多种总线间的数据交换v 2.具有可热插拔的RJ45 口，提供各类PC工具 软件，动

18、态监控驱动器的状态。v 3.目前调试及监控采用串口RS485通讯，(标 准Modbus RTU协议)变频器地址默认为1， 波特率19.2Kb五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜6、再生能量的处理方式、再生能量的处理方式v1）电动机的发电量范围）电动机的发电量范围 用抽油机设计软件模拟抽油机平衡和严重不平衡时的发电量用抽油机设计软件模拟抽油机平衡和严重不平衡时的发电量 机型参数CYJY6-2.5-26HFCYJY8-2.5-26HF最大载荷(kN)6080冲次min-155平衡扭矩曲线负功(J)20371670不平衡扭矩曲线负功(J)4505657815五、抽油机专用变频控制柜五、抽

19、油机专用变频控制柜v 2）再生能量的处理方式）再生能量的处理方式 再生能量通过逆变器的六个整流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的再生能量通过逆变器的六个整流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。对最常用的处理方式有两种：逆变器处于整流状态。对最常用的处理方式有两种：v （1）能耗制动）能耗制动 利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动，利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动，其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低

20、，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。将增大。 v （2）回馈制动）回馈制动 采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是提高了系统的效率。其缺点是：网，从而实现制动。回馈制动的优点是提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动

21、运行时，电网电压故障时间大于以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。、控制复杂，成本较高。 v 3）制动电阻大小的确定）制动电阻大小的确定 由前边的计算可知：抽油机一个冲程周期作负功率的范围为：由前边的计算可知：抽油机一个冲程周期作负功率的范围为： 139W4818W，因此，选择功率为，因此，选择功率为2.5 kW的两个制动电阻并联在一起，的两个制动电阻并联在一起，制动总功率为制动总功率为5 kW，可以满足

22、要求。，可以满足要求。五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜v 7、抽油机专用变频器的节能原理抽油机专用变频器的节能原理v （1）动态调节抽油机的冲次。）动态调节抽油机的冲次。 动态调整抽油机的转速，适应油井负荷的需要。动态调整抽油机的转速，适应油井负荷的需要。 v （2）动态调节）动态调节 抽油机的上抽油机的上 、 下行程的速度实现节能增产的目的。下行程的速度实现节能增产的目的。v （3）动态调功功能：自动改变加在电机上的端电压，保证电机在最）动态调功功能：自动改变加在电机上的端电压，保证电机在最小电流和最低电压即最小功率下运行。小电流和最低电压即最小功率下运行。 五、抽油机专用变

23、频控制柜五、抽油机专用变频控制柜8、变频柜具有的主要功能：、变频柜具有的主要功能：v 1）、在变频方式下，系统具有软启动功能。）、在变频方式下，系统具有软启动功能。v 2）、远程控制启停机。）、远程控制启停机。v 3）、具有变频与工频两套驱动线路。在变频下运行，变）、具有变频与工频两套驱动线路。在变频下运行，变频器故障，系统可以自动切换到工频方式工作。频器故障，系统可以自动切换到工频方式工作。v 4）、远程控制抽油机运行冲次。）、远程控制抽油机运行冲次。v 5）、抽油机冲次的调节具有开环控制和闭环控制两种模）、抽油机冲次的调节具有开环控制和闭环控制两种模式。开环控制可以手动调节抽油机冲次，闭环

24、控制根据井式。开环控制可以手动调节抽油机冲次，闭环控制根据井下工矿自动调节抽油机冲次。下工矿自动调节抽油机冲次。v 6）、数据采集功能：可以采集电参数和示功图。）、数据采集功能：可以采集电参数和示功图。v 7）、提示抽油机的平衡状态，并计算平衡调节量。）、提示抽油机的平衡状态，并计算平衡调节量。v 8）、数据通讯，提供）、数据通讯，提供Modbus通讯协议，通讯协议，485通讯接口。通讯接口。五、抽油机专用变频控制柜五、抽油机专用变频控制柜v 9、抽油机变频器的合理调频范围、抽油机变频器的合理调频范围 当频率大于50Hz时，电机的转速大于额定转速，因此抽油机的冲次将大于最高冲次，降低了抽油机运

25、行的可靠性。而且，当f由50-60Hz时，U，I不变，E也不变，而X会减小，因此转矩T会跟着磁通X减小而减小。因为P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩减小。 普通三相异步电动机的转速是固定的，电机厂是根据电机的转速设计风扇的，普通电机如果用变频器降速运行，风扇的转速也会降低，风扇的风量就会下降，电机温度会升高。变频器对普通三相异步电机进行调控,速度不宜太低，控制在20Hz以上。 建议抽油机变频器驱动三相异步电动机运转时，调速范围控制在20Hz50Hz之间。六、抽油机变频柜现场应用六、抽油机变频柜现场应用v 1、不同特点油井的调速方式、不同特点油井的调速方式

26、 （1）低粘度，高含水量油井的调速）低粘度，高含水量油井的调速 选用“慢上快下”开采工艺，“慢上”有利于提高抽油泵的充满程度，“快下”有利于抽油泵固定阀的及时关闭，提高泵效。（2）高产、高含水油井的调速）高产、高含水油井的调速 适当增加冲次， “快上快下”增加产液量 。对于低产井，在现实实验中发现如果提高冲次，排液量不增反降， （3）稠油井的调速）稠油井的调速 原油黏度上升，经常发生驴头和光杆 “打架”现象，通过调节 冲程频次和选用“上快下慢”的开采工艺，避免了 “打架”，延长了开采时间，提高了原油产量。v 2、无功损耗的减少、无功损耗的减少 由于应用变频调速技术对抽油机实行软启动，启动电流大

27、幅度降低。功率因数由 0.3-0.5 上升到 0.9 以上。提高了功率因数，减少了无功损耗。v 3、抽油机冲次调节效果、抽油机冲次调节效果 六、抽油机变频柜现场应用六、抽油机变频柜现场应用 （1）、华池作业区剖）、华池作业区剖2111井实验记录：井实验记录： 结论：变频柜将冲次由结论：变频柜将冲次由6.3min-1降到降到4.32 min-1，产液量基本保持不，产液量基本保持不变，而电动机输入功率明显降低，节电率达到变，而电动机输入功率明显降低，节电率达到38%。 六、抽油机变频柜现场应用六、抽油机变频柜现场应用v （2）、采二岭中作业区中）、采二岭中作业区中97-3井实验记录：井实验记录：六

28、、抽油机变频柜现场应用六、抽油机变频柜现场应用v （3）、关）、关137-142井变频控制柜应用情况井变频控制柜应用情况 六、抽油机变频柜现场应用六、抽油机变频柜现场应用v 参数随频率变化趋势参数随频率变化趋势v 频率降低，电机的输入功率值随之降低，变化比较明显。频率降低，电机的输入功率值随之降低，变化比较明显。六、抽油机变频柜现场应用六、抽油机变频柜现场应用4、抽油机平衡调节效果、抽油机平衡调节效果 采二岭中作业区采二岭中作业区 中中97-3井实验记录：井实验记录： 七、通信系统简介1、通信中的几个基本概念：、通信中的几个基本概念：v 通信：就是传递消息的过程，即信息的传输与交换。通信：就是

29、传递消息的过程，即信息的传输与交换。v 消息：有待于传送的符号、文字、数据和语音、活动图片消息：有待于传送的符号、文字、数据和语音、活动图片等等。等等。v 信息：消息中包含的有意义的内容称为信息。消息是信信息：消息中包含的有意义的内容称为信息。消息是信息的载体，同一则信息可用不同的消息形式来载荷息的载体，同一则信息可用不同的消息形式来载荷(比如比如文字、语言、图象等文字、语言、图象等)。v 信号：与消息一一对应的物理量，是消息的物质载体，信号：与消息一一对应的物理量，是消息的物质载体，信号携带信息。即消息被承载在信号的某一参量上，若该信号携带信息。即消息被承载在信号的某一参量上，若该参量是离散

30、取值的，称这样的信号为数字信号。若该参量参量是离散取值的，称这样的信号为数字信号。若该参量是连续取值的，称这样的信号为模拟信号。是连续取值的，称这样的信号为模拟信号。v 通信系统：通信的目的在于传递信息。完成信息传递所通信系统：通信的目的在于传递信息。完成信息传递所需的全部设备和传输媒介的总和称为通信系统。按照信道需的全部设备和传输媒介的总和称为通信系统。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。为模拟通信系统和数字通信系统。 七、通信系统简介2、通信系统的一般模型（点对点通信）如图、通信系统的一般

31、模型（点对点通信）如图信息源发送设备受信者接收设备信道发送端接收端噪声源通信系统一般模型七、通信系统简介各部分功能：各部分功能：v 信源和信宿（受信者）：信源的作用是把各种可能消息信源和信宿（受信者）：信源的作用是把各种可能消息转换成原始电信号；信宿的作用是将复原的电信号转换转换成原始电信号；信宿的作用是将复原的电信号转换成相应的消息。成相应的消息。v 发送设备：基本功能是将信源与信道匹配起来，即它将发送设备：基本功能是将信源与信道匹配起来，即它将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式包括编码和调制。变换方式包括编码和调制。 v

32、 信道、噪声源：信道是指信号传输的通道，即传输媒质，信道、噪声源：信道是指信号传输的通道，即传输媒质，它分为有线和无线两类。噪声源是信道中的噪声以及分它分为有线和无线两类。噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。v 接收设备：基本功能是完成发送设备的反变换。它的任接收设备：基本功能是完成发送设备的反变换。它的任务就是从带有干扰地接收信号中正确恢复出相应的原始务就是从带有干扰地接收信号中正确恢复出相应的原始信号。信号。 七、通信系统简介3、通信系统的分类：、通信系统的分类：v 按通信的业务和用途分类按通信的业务和用途分类 常规通信和控

33、制通信常规通信和控制通信v 按调制方式分类按调制方式分类 基带传输：将未经调制的信号直接传送基带传输：将未经调制的信号直接传送 频带传输是对基带信号调制后进行传送频带传输是对基带信号调制后进行传送v 按传输信号的特征分类按传输信号的特征分类 模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统v 按传输媒介分类按传输媒介分类 有线信道：如明线、电缆、光缆信道有线信道：如明线、电缆、光缆信道 无线信道：如短波电力层传播、微波视距传播、卫星中继信道无线信道：如短波电力层传播、微波视距传播、卫星中继信道七、通信系统简介v按传输信号的复用方式分类按传输信号的复用方式分类 频分复用频分复用FDMFDM、

34、时分复用、时分复用TDMTDM、码分复用、码分复用CDMCDM按通信工按通信工作方式分类作方式分类 单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。例单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。例如，广播、遥测、遥控如，广播、遥测、遥控 半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式。例如，无线电对讲机时进行收发的工作方式。例如，无线电对讲机 全双工通信：是指通信双方可同时进行收发消息的工全双工通信：是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。例如，普通电话作方式。例如，普通电话v 按数字信号码元排列方法不同按数字信号码元排列方法不同

35、 并行传输并行传输 串行传输串行传输七、通信系统简介发端信 道收端发端信 道收端发端收端(a)(b)发端信 道收端发端收端信 道(c) 单工、 半双工和全双工通信方式示意图 (a) 单工； (b) 半双工； (c) 全双工七、通信系统简介 并行和串行通信方式示意图 (a) 并行传输； (b) 串行传输发送设备接收设备101(b)发送设备接收设备(a)七、通信系统简介4、长庆油田数字化采油设备通讯方式：、长庆油田数字化采油设备通讯方式：v数传电台：数传电台： 数传电台：（数传电台：（data radio）是借助）是借助DSP技术和无线电技术实现技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电

36、台的使用从最早的按键电码、的高性能专业数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据（软件无线电；传输信号也从代码、低速数据（3001200bps）到）到高速数据，可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等高速数据，可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等业务。业务。 数字电台是数字式无线数据传输电台的简称。即采用数字信数字电台是数字式无线数据传输电台的简称。即采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判等功能的无线数号处理、数

37、字调制解调、具有前向纠错、均衡软判等功能的无线数据传输电台。区别与模拟调制电台加据传输电台。区别与模拟调制电台加MODEM的模拟式数传电台，的模拟式数传电台，数字电台提供透明数字电台提供透明RS232接口，传输速率达接口，传输速率达19.2Kbps，收发转换，收发转换时间小于时间小于10ms。 无线数传电台作为一种通讯媒介，与光纤、微波、明线一样，无线数传电台作为一种通讯媒介，与光纤、微波、明线一样，有一定的使用范围：它提供某种特殊条件下专网中监控信号的实时、有一定的使用范围：它提供某种特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输，具有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网可靠的数据传输，具

38、有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点，适合点多而分散、地理环境复杂等结构灵活、覆盖范围远的特点，适合点多而分散、地理环境复杂等场合。场合。七、通信系统简介v数传电台组网工作方式：数传电台组网工作方式： 1）设定各个监控中心全部电台的具体工作频点，可能引起干扰的各监）设定各个监控中心全部电台的具体工作频点，可能引起干扰的各监控中心不得使用相同频点。一般情况下，数传电台提供控中心不得使用相同频点。一般情况下，数传电台提供15个左右的个左右的频点供选择；频点供选择；）采用主从的工作方式，即监控中心电台为主叫方，井场电台为被叫）采用主从的工作方式，即监控中心电台为主叫方，

39、井场电台为被叫方；方；）监控中心巡检程序事先对巡检油井排序，并且事先对井场）监控中心巡检程序事先对巡检油井排序，并且事先对井场RTU设定设定地址编号；地址编号；）时钟对表时监控中心采用广播的方式，全部）时钟对表时监控中心采用广播的方式，全部RTU校对时间；校对时间；）巡检指定油井数据时，监控中心发出带）巡检指定油井数据时，监控中心发出带RTU地址编号的指令。相同地址编号的指令。相同频点的电台均可以收到监控中心的指令，但只有频点的电台均可以收到监控中心的指令，但只有RTU地址编号一致地址编号一致的的RTU响应，并按具体指令将要求的数据按通讯协议通过数传电台响应，并按具体指令将要求的数据按通讯协议

40、通过数传电台发出；发出；）监控中心发出指令后等待井场数传电台发出的数据，监控中心电台）监控中心发出指令后等待井场数传电台发出的数据，监控中心电台接收后巡检程序对数据进行判断校验，校验不通过时，可以再次巡接收后巡检程序对数据进行判断校验，校验不通过时，可以再次巡检，但如果等待超过设定的时间不能收到数据时则认为无法建立与检，但如果等待超过设定的时间不能收到数据时则认为无法建立与井场电台的连接（报通讯错误）。井场电台的连接（报通讯错误）。七、通信系统简介vGPRS 通讯：通讯：GPRS 通讯是通用分组无线服务技术（通讯是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)

41、的简称，近几年移动网络与技术的快速发展也带来了基于的简称，近几年移动网络与技术的快速发展也带来了基于移动网络传输数据的移动网络传输数据的GPRS与与CDMA专用模块的应用，并且已经在专用模块的应用，并且已经在城市供水系统与其他市政自动数据采集系统得到较多应用，同时，城市供水系统与其他市政自动数据采集系统得到较多应用，同时，油田的远程数据采集与控制系统也开始采用该项技术。油田的远程数据采集与控制系统也开始采用该项技术。GPRS 方式传输数据可以利用第三者已建网络，井场地形、地点、方式传输数据可以利用第三者已建网络，井场地形、地点、距监控中心的距离不受限制（但要求距监控中心的距离不受限制（但要求G

42、PRS 网络覆盖到井场），但网络覆盖到井场），但GPRS 方式同时也存在不足之处，如数据的畅通传输依靠方式同时也存在不足之处，如数据的畅通传输依靠GPRS 网网络的稳定以及监控中心与络的稳定以及监控中心与GPRS 网络连接的畅通，并且网络连接的畅通，并且GPRS 方式方式传输数据的费用由于功图计产要求频繁的功图采集使得数据量很大，传输数据的费用由于功图计产要求频繁的功图采集使得数据量很大，运行费用也将高于数传电台方式。运行费用也将高于数传电台方式。在系统的调试与维护过程中，数传电台组网时可以自行独立控在系统的调试与维护过程中，数传电台组网时可以自行独立控制，但制，但GPRS 方式组网时需要移动

43、公司与油田内部网络管理单位的方式组网时需要移动公司与油田内部网络管理单位的紧密配合。紧密配合。七、通信系统简介4、ModBus协议简介协议简介v 当今世界，工业控制已从单机控制走向集中当今世界，工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制。在进入网络时代的今天，工业监控、集散控制。在进入网络时代的今天，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。控制器连网也为网络管理提供了方便。ModBus协议就是工业控制器的网络协议中的一种。协议就是工业控制器的网络协议中的一种。ModBus协议是协议是Modicon公司于公司于1978年发明的一年发明的一种用于电子控制器进行控制和通讯的通讯协议。种用于电子控制器进

44、行控制和通讯的通讯协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以进行通信。（例如以太网）和其它设备之间可以进行通信。它的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通它的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以简单可靠地连成工业网络，进行系统的集中可以简单可靠地连成工业网络，进行系统的集中监控，从而使它成为最流行的协议之一。监控，从而使它成为最流行的协议之一。CQZSZ(N)系列油田注水发展的趋势v数字化、网络化、自动化v节能、减排、高效v无

45、人值守、低成本运营v安全低风险 QHSE开发目标开发目标 以信息操作中心为主的远程数据监控、信息反馈、资料收集、生产调度、指挥协调于一体的管理模式,实现生产数据处理智能化、生产动态实时监控、生产指挥信息化 智能型撬装注水站的组成智能型撬装注水站的组成v 一、CQZSZ(N)-I系列智能注水站v 增压系统：注塞泵 变频柜v 流量测控系统：智能漩涡流量计 数显压力变送器 电动双流阀v 数据传输系统：主机-智能注水控制终端；智能漩涡流量计、数显数显压力变送器的有线传输v 数据处理系统：智能注水控制平台；工业控制软件v 系统特点：本装置为适应数字化油田需要，配置有标准RS-485接口，可与无线数传电台

46、、GSM短信数传、GPRS数字在线传输直接接口联网。 v 其主要原理由是智能漩涡流量计、数显压力变送器、将注水系统运行状况反馈给智能注水控制终端并智能注水控制平台分析采取措施给控制终端信号由控制终端调节变频器、电动双流阀调节注水压力和流量。可制订流量、压力、阀门的开关等报警参数，自动调节注水泵及每口井的瞬时流量过程中，发生异常自动报警，结合视频系统，实现了现场无人执守。同时配备橇装注水站室内视频，用以观察站内设备和各个元器件的运行状况。增加动力箱箱体温度传感器及时掌握注水泵动力箱内曲轴、连杆及十字头的运行情况。v 1、自动化程度高，可对注水的各项数据进行监控。v 2、实现了现场数据的远距离传输

47、监控。v 3、可以设定启动压力，当干压小于启动压力或干压小于支压（油压）时自动关闭电动阀，防止吐砂。智能型撬装注水站的组成智能型撬装注水站的组成v 二、 CQZSZ(N)-II系列智能注水站v 增压系统：注塞泵 变频柜v 流量测控系统：智能精控注水仪 数显压力变送器v 数据传输系统：主机-通讯控制器；注水仪、压力表的无线传输；电台v 数据处理系统：工作站；工业控制软件v 系统特点：主要用于解决目前CQZSZ系列橇装式注水站在使用过程中操作区域属于高压危险环境，阀门调节费力、耗时，阀座易堵易卡，关闭不严，使用寿命短，注水流量误差大，现场管理不方便，容易造成注水设备损坏和注水失控，注水干压波动、干

48、压较低时出现“倒灌”现象，造成出砂严重影响油田稳定开发。其主要原理由是数显压力变送器、将注水系统运行压力状况反馈给变频器由变频器控制注水泵注水压力和流量电动双流阀调节注水流量。同时配备橇装注水站室内视频，用以观察站内设备和各个元器件的运行状况。增加动力箱箱体温度传感器及时掌握注水泵动力箱内曲轴、连杆及十字头的运行情况。远程设置流量，接收注水房的各种数据，生产报表技术优势v节能：在注水达到额定参数之前节能效果特别明显v自动化：计量、控制全自动化完成、v数字化：全数字化接口、符合数字化油田的要求v可远程控制：可远距离监视、控制系统 v无人值守：节省人员成本和劳动强度：v数据、报表电脑自动记录分析，

49、直观明了v安全：控制室与设备间分开，杜绝潜在安全风险优势：1.节能v 橇装注水站在投产到稳定期注水过程中一般都是小流量低压力的地层注水，并根据地层压力逐渐增加注水参数。在达到额定参数之前采用变频器可以大大的节约电能，也可以减少注水泵等管路元器件的负荷损失。v 电机的功率简单推导如下：v 功率P=w/t, w=fL, p=f/s，L=Q/s 那么就得出:P=w/t=fL/t=psL/tv P= pQ/tv 式中：P功率 w 做功 t 时间 f 力 L 距离 s 面积 Q 流量 p 压力v 从上式可以看出，电机的功率，与流量和压力成正比。因为普通电机的流量只会在工频下工作，流量不会变化，变频控制下

50、的电机，流量和频率成正比。变频电机因控制流量而节能。2.实现注水系统的自动化运行实现注水系统的自动化运行 v数据自动传输、自动记录v不需要额外安装任何软件，即可在网络浏览器中及时准确地了解每口水井的工作情况。v是一套完整独立的自动化计算机信息系统。 3.降低了注水系统的运营成本。降低了注水系统的运营成本。 v 不用人工抄表和调节阀门，所有操作都在计算机上进行，能实现注水系统的无人执守。v 可制订流量、压力、阀门的开关等报警参数，自动调节注水泵及每口井的瞬时流量过程中，发生异常自动报警，结合视频系统，实现了现场无人执守。v 系统能监控多套设备，不仅大量节约了人力物力，而且能快速反应、科学判断，减

51、少停注时间、防止事故的发生。v 在数据传输方面，传感器之间、单井间以及阀组间形成300m虚拟仪器网；井场间、井场和基地间形成25km无线传输网。v 标准化的无线传输，无需布线、无需付费，结合系统提供的B/S构架，实现了现场无布线、远程能监控的网络系统。4.能平滑启动，保护电机。能平滑启动，保护电机。v变频器控制电机启动，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下，控制输出力矩，可以平滑地起动，避免产生机械电气上的冲击，起到软启动的作用。 同时，不影响电网内其他设备的正常使用，同时对机械部分起到良好的保护作用有效的提高的产品的使用寿命。5.安全v控制间和设备间分离，杜

52、绝了潜在的安全事故风险。v有利于达成QHSE目标。技术方案一、无线测控部分方案一、无线测控部分方案二、变频控制部分方案二、变频控制部分方案一、无线测控部分方案一、无线测控部分方案1.无线测控系统软硬件组成无线测控系统软硬件组成序号名称规格型号单位数量备注1工控机研祥台1pc亦可2工业组态软件（无限点）套13监控系统V1.9套1IMC4打印机Epson 窄行台15后备电源APC 500VA16数据采集终端ERT-11IMC7通讯控制器TZJT-11IMC8标准机柜14”19开关电源1W110天线430M2DIAMONF11数传电台IMCS450IMC远距离2、无线测控部分的硬件配置及其功能、无线

53、测控部分的硬件配置及其功能 （1）现场采集部分v 主机主机:采用西安国仪的ERT-1、2型无线数据采集终端，具有MODBUS通讯口，每台主机采集的水井数据最少一口，最多十口，各井与主机之间通过无线连接，现场无需布线。v 电台：电台：采用IMC450军品级高速数传电台，如在300米范围内，可不用数传电台。v 智能精控注水仪：智能精控注水仪：采用西安国仪自行研制开发的LZS-WX型精控注水仪。该设备专为油田高压注水设计，计量准确、能自动根据日流量调节瞬时流量。自身带有无线数传模块，输出MODBUS协议通讯。现场无需布线，能远程遥控，调节阀门的大小和开关。v 电池供电压力变送器：电池供电压力变送器：

54、采用YCMC型系列压力变送器，现场无需电源，自带有无线数传模块，输出MODBUS通讯。现场无需布线。v 变频控制柜：变频控制柜：采用以德国博世（Bosch）集团的CVFP3系列恒力矩水泵专用变频器为核心，德力西系列低压电器为配套，（可辅助软启动备用），专用DIP调节器组成的变频控制系统。v （2）控制中心部分v 通讯控制器：通讯控制器：采用共同开发研制的TZJT-1型通讯控制器，通过串口与控制中心的服务器或工控机相连，另一端通过天线与井场数据采集终端通讯。v 工作站：工作站：采用当前主流配置的DELL工作站，用来远程监控油、水井，远程控制注水量，调节抽油频率存储油、水井动态监测资料。v 3、无

55、线测控部分的软件v 本次使用软件系统为共同研发的“WOYC-1型注水远程测控信息系统”，其主要功能是针对油田采油过程中，水井数据采集与油田统计监控等环节，实施办公自动化的一套行之有效、功能强大且使用简便的软件系统。2、无线测控部分的硬件配置及其功能、无线测控部分的硬件配置及其功能 3 、软件系统的主要功能、软件系统的主要功能 v （1）实时监测）实时监测v 运行软件，使其处于巡检状态，现场数据采集终端的数据实时传入服务器，循检水井的工作状态及数据，包括井口压力、分水器压力、泵压、瞬时流量、累积流量。系统根据测得数据同步分析注水井工作状态，同时显示分析结果，统计开关井数据，显示于软件界面，方便工

56、作人员及时了解现场情况。如有异常，系统显示报警信息，模拟声光报警。v （2）远程控制）远程控制v 在监控状态下，选择其中的某口注水井，可调节日注水量模式下的日注水量，瞬时流量模式下的瞬时流量。也可开关流量阀门。v （3）数据处理）数据处理v 本软件系统具有强大的数据存储和处理功能，可以同时保留所有注水井的数据，也可根据用户需求保留一定时期的数据，减少数据存储量。在数据处理方面，用户可以根据工作需要进行报表打印、趋势查看、结果分析计算等操作。v （4）网络传输）网络传输（附加模块）v 利用系统中提供的B/S架构的远程监控模块，不需要额外安装任何软件，即可在网络浏览器中及时准确地了解各注水站和注水

57、井的工作情况。二、变频控制部分方案二、变频控制部分方案名称规格型号单位数量备 注变频器SY3200-075T4台1Bosch变压器BK-100VA220（24.36.12）只1DELIXI电压表42L6-450V只1DELIXI电流互感器300/5只1DELIXI中间继电器HH54P/220V只2DELIXI按钮LAY3-11只2DELIXI电源指示灯AD11-22/220V只1DELIXI运行指示灯AD11-22/220V只1DELIXI故障指示灯AD16-22/220V只1DELIXI急停LAY11-M只1DELIXIPID控制器AI-518只1箱体2200*800*600只1压力变送器C

58、mcy40只12、硬件配置、硬件配置（1）容量：一套设备，1台75kw注塞泵用变频器控制。（2）配置：变频器选用名牌产品，低压电器选用德力西名牌产品。CQ系列油气混输泵变频控制系列油气混输泵变频控制专题介绍长庆油田分公司机械制造总厂长庆油田分公司机械制造总厂二零零九年三月二零零九年三月目目 录录一、一、CQCQ系列单螺杆油气混输泵变频控制概述系列单螺杆油气混输泵变频控制概述二、二、CQCQ系列单螺杆油气混输泵可控参数及节能系列单螺杆油气混输泵可控参数及节能分析分析长庆油田分公司机械制造总厂长庆油田分公司机械制造总厂1 1、变频调速技术综述、变频调速技术综述 在工业生产和产品加工制造业中，风机、

59、泵类设备应用范围广泛在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的费用占到生产成本的7%7%25%25%，是一笔不小的生产费用开支。随着经济，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。成本、提高产品质量的重要手段之一。 而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自而八十年代初发展起来的变频调速

60、技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。机功耗达到系统高效运行的目的。 一、一、CQ系列单螺杆油气混输泵变频控制概述系列单螺杆油气混输泵变频控制概述长庆油田分公司机械制造总厂长庆油田分公司机械制造总厂八十年代末，该技术引入我