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Vacon变频器在摩擦式智能抽油机上的应

发布时间:2019-09-21 14:46:52

  Vacon变频器在摩擦式智能抽油机上的应用

  电动机换向抽油机是机电一体化、高效节能产品。采用高质量的无速度反馈矢量控制型Vacon变频器,Vacon变频器具有可编程功能,可根据用户工艺要求,通过编程可实现用户的特殊时序要求。高质量的Vacon变频器完全可以满足工业环境下应用要求。电机采用具有较好低速性能的变频电机。摩擦轮传动作为工作机构,机械传动路线短,效率高,电机实现了正反转换向,启动换向平稳,冲击小;冲程、冲次可独立进行无级调节,光杆及上下行速度可实现分别控制,能够适合各种油质(稀油和稠油)的采汲。

  该机与同型号的常规游梁抽油机相比,机械效率提高了两倍多,系统效率达50%,节约电力46%,并解决了现行设备不能直接抽汲稠油的难题。该抽油机操作方便、使用可靠、便于维修,是常规游梁抽油机理想的更新换代产品。

  图1电动机换向抽油机实物图

  2 电动机换向抽油机工作原理

  新型节能抽油机变频控制系统硬件采用可编程VaconNXP系列变频器,变频交流电动机。配备抽油机控制专用软件。变频器在C槽中加装NXOPTA5编码器反馈扩展卡,D槽中加装NXOPTB1I/O扩展卡,扩展卡NXOPTA1跳线X2设置为电压输入,变频电动机:功率因数、机械效率可达高,结构简单、工作可靠、适合于频繁正反转。当起动扭矩是额定扭矩的150%时,起动电流仅为额定电流的30%,工作过程无峰值电流。摆线针轮减速机:传动比大、效率高、体积小、重量轻、故障少、寿命长、运转可靠平稳,拆装方便、容易维修,还具有超过载能力强、耐冲击、惯性力矩小,适用于起动频率和正反转的特点。摩擦传动机构:采用摩擦传动方式,钢绳柔性好,寿命长,当发生卡泵时,提升钢绳在轮上发生滑动,保护油杆及油泵。控制箱:操作简单,设有恒温装置,保证电器元件工作在最佳温度状态,控制系统保护措施完善,电机永不烧毁,拥有故障自检显示功能,还设有无线集中监控接口。

  2.1Vacon变频器控制端子接线

  系统中变频器采用矢量控制型VaconNXP变频器。变频器控制端子接线图如图1。K1、K2分别是正反转启动信号,K3为故障复位信号,K4、K5、K6为多段速信号。

  图2电动机换向抽油机实物图

  继电器RO1设为变频器故障信号,此信号送给PLC,继电器RO1闭合时表示变频器故障,系统停止工作。

  继电器RO2设为机械抱闸信号,RO2闭合送出机械抱闸开闸信号,RO2断开送出机械抱闸合闸信号。

  输入端子功能为:

  (1)P1:[AI1+,AI1-]上冲程参考速度给定电压输入。

  (2)P2:[AI2+,AI2-]下冲程参考速度给定电压输入。

  (3)K1:[DIN1]启动上冲程。闭合脉冲起作用。

  (4)K2:[DIN2]启动下冲程。闭合脉冲起作用。

  (5)K3:[DIN3]故障复位及停机端子:变频器报警时,可进行故障复位。变频器运行时,可进行停机。DIN3复位时,上下限位自动调整值也复位为上下限位调整值。

  (6)K4:[DIN4]点动上冲程端子。

  (7)K5:[DIN5]点动下冲程端子。

  (8)K6:[DIN6]电机运行状态与电机调整状态转换端子。

  K6=1闭合:电机运行状态,此时K1,K2信号有效。上下点动信号K4,K5有效,电机点动运行优先运行信号;

  K6=0断开:电机调整状态,此时K1,K2信号无效,上下点动信号K4,K5有效,电机点动运行;

  K6=0到K6=1,K6:[DIB6]来两个上升沿把上程脉冲限位值和下程脉冲限位值清零。

  (9)K7:[DIO1]=1闭合:零制动。故障复位DIN3闭合时变频器不停机,零频给定送给电机给定频率。运行时,上、下点动开关有效时则点动频率送给电机给定频率,否则把电位器给定送给电机给定频率。

  K7:[DIO1]=0断开:无零制动。故障复位DIN3闭合时变频器停机。运行时,上、下点动开关有效时则点动频率送给电机给定频率,否则把电位器给定送给电机给定频率。

  (10)K8:[DIO2]定位接近开关。

  K8=1闭合:定位接近;

  K8=0断开:远离定位。

  (11)K9:[DIO3]上冲程限位端子。到达限位后变频器输出反转。K3:[DIA3]故障复位。

  (12)K10:[DIO4]下冲程限位端子。到达限位后变频器输出正转。K3:[DIA3]故障复位。

  (13)K11:[DIO5]低温控制开关,25℃时闭合变频器24号与25号端子的继电器RO2。

  2.2 抽油机控制专用参数组设置

  参数组设置为G11。

  参数说明:

  P11.1K9:[DIO3]上冲程限位,工作次数,到达此工作次数后变频器停机并发出57号上限位报警;

  P11.2K10:[DIO4]下冲程限位,工作次数,到达此工作次数后变频器停机并发出58号下限位报警;

  P11.3变频器没有接受到位置信号延时时间,超过此时间变频器停机并发出59号超时报警;

  P11.4计算冲程系数分子(与电动机减速器传动比有关);

  P11.5计算冲程系数分母(与电动机减速器传动比有关);

  P11.6每个冲程时间系数分子;

  P11.7每个冲程时间系数分母。

  2.3抽油机设定调整过程

  (1)进入调整状态,闭合K6开关。上程脉冲限位值、下程脉冲限位值清零,重新设置。

  (2)如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]下面时,则闭合上点动开关K4向上提抽油杆,使定位块从下向上经过定位接近开关[DIO2[后,在定位接近开关[DIO2]之上可用上下点动开关K4、K5把抽油杆提到最高的合适点,此时上程脉冲限位值保存起来。然后闭合下点动开关K5向下拉抽油杆使,定位块从上向下经过定位接近开关[DIO2]后,在定位接近开关[DIO2]之下可用上下点动开关K4、K5把抽油杆拉到最低的合适点,此时下程脉冲限位值保存起来。

  如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]上面时,则闭合下点动开关K5向下拉抽油杆,使定位块从上向下经过定位接近开关[DIO2]后,在定位接近开关[DIO2]之下可用上下点动开关K4、K5把抽油杆拉到最低的合适点,此时下程脉冲限位值保存起来。然后闭合上点动开关K4向上提抽油杆,使定位块从下向上经过定位接近开关[DIO2]后,在定位接近开关[DIO2]之上可用上下点动开关K4、K5把抽油杆提到最高的合适点,此时上程脉冲限位值保存起来。

  (3)进入运行状态,断开K6开关。断电后上程脉冲限位值、下程脉冲限位值保持不变。

  (4)重新调整上、下程脉冲限位值,闭合K6开关。K6=0到K6=1,K6:[DIB6]来两个上升沿把上程脉冲限位值和下程脉冲限位值清零。

  (5)进入运行状态,断开K6开关。

  (6)如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]下面时,则闭合K1:[DIA1]启动上冲程。

  (7)如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]上面时,则闭合K2:[DIA2]启动下冲程。

  (8)如果停止运行,闭合K3:[DIA3]停机端子。

  (9)定位接近开关K8:[DIO2]用K9:[DIO3]上冲程限位。K10:[DIO4]下冲程限位保护。到达限位后向相反方向转。

  (10)K9:[DIO3]上冲程限位,K10:[DIO4]下冲程限位。到达限位后向相反方向转。限位工作次数到达P11.1P11.2工作次数后变频器停机并发出57号上限位、58号下限位报警。K3:[DIA3]=1故障复位。

  (11)P11.3变频器没有接受到位置信号延时时间,超过此时间变频器停机并发出59号超时报警。K3:[DIA3]=1故障复位。

  (12)智能补偿由于惯性引起的上、下冲程限位变化。

  2.4 Vacon变频器抱闸控制逻辑

  抽油机停机时需要抱闸控制,利用Vacon变频器具有可编程功能,可根据系统要求编写出特殊控制逻辑。Vacon变频器的编程工具VaconNCEngineering是一个符合IEC标准的图形化的编程工具,它可以用来设计VaconNX特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块,如各种滤波器,PI控制器和积分器。NC可以创建参数,故障信息和其他与应用相关的特性。

  制动器开闸信号至关重要,开闸时必须保证变频器输出足够大转矩后才开闸,合闸时要在变频器接近零速,但还有一定转矩时就合闸。为保证电机在低转速时大转矩输出,变频器采用闭环控制。通过Vacon变频器编程设计出开闸、合闸逻辑。

  开闸条件:变频器有运行信号;变频器输出电流大于设定的开闸电流限制值;变频器输出转矩大于设定的开闸转矩限制值;变频器输出频率大于设定的开闸频率限制值;以上四个条件缺一不可。

  合闸条件:变频器输出频率小于设定的合闸频率限制值,且有变频器停机信号;变频器停机;变频器故障;以上三个条件任意一个存在,变频器都送出合闸信号。

  3 实验应用结果分析

  该机具有以下优点:

  (1)装机容量低、机械效率高,可达80%以上;

  (2)电动机功率因数COSФ=1,可提高变电设备的利用率;

  (3)电动机起动电流小,当负载为电机额定负载l50%时,起动电流仅为额定电流的30%,电气系统保护措施完善,不会出现烧毁电机事故;

  (4)平衡度高,平衡方式为对称式平衡,可达精确平衡;

  (5)抽油杆上、下行速度可分别独立控制、冲程、冲次无级调节,能够很好地适应油井状况从而提高泵效;

  (6)该机效率高、能耗低,正常情况下,系统效率可达40~50%;

  (7)该机适用于较稠油采汲,恰当调整参数,可有效解决或减轻油杆及油管偏磨问题;

  (8)工作系统采用摩擦传动,卡泵时摩擦系统打滑,避免拉断井杆,超载自动停机保护;

  (9)整机重心在机架内,不会发生翻机事故,解决了翻机问题,配重在机架内,工作时不会发生配重砸伤人、畜等事故;

  (10)维护简单,整机传动部分只有两个油脂润滑点,电气系统具有故障自检显示功能;

  (11)操作简单、易行、调整冲程、冲次等参数特别方便,调整冲次几秒钟内即可完成,调整冲程几分钟亦可完成、且不需设备辅助;

  (12)具有无线集中控制接口,可实现集中监控。

  4 结束语

  现场运行稳定,故障率低,减小了设备的维修量,提高了劳动效率,控制平稳,控制效果达到要求,用户满意。此控制方案在抽油机行业具有很大的推广价值。

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