摘 要 ：本文分析了摩擦式智能抽油機(jī)工作原理和控制要求，提出了用Vacon變頻器控制電機(jī)提升的方案，此方案實(shí)現(xiàn)的摩擦式智能抽油機(jī)控制具有起動(dòng)平穩(wěn)、高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的市場推廣價(jià)值。 1 引言 電動(dòng)機(jī)換向抽油機(jī)是機(jī)電一體化、高效節(jié)能產(chǎn)品。采用高質(zhì)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(jù)用戶工藝要求，通過編程可實(shí)現(xiàn)用戶的特殊時(shí)序要求。高質(zhì)量的Vacon變頻器完全可以滿足工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用要求。電機(jī)采用具有較好低速性能的變頻電機(jī)。摩擦輪傳動(dòng)作為工作機(jī)構(gòu)，機(jī)械傳動(dòng)路線短，效率高，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)換向，啟動(dòng)換向平穩(wěn)，沖擊小;沖程、沖次可獨(dú)立進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，光桿及上下行速度可實(shí)現(xiàn)分別控制，能夠適合各種油質(zhì)（稀油和稠油）的采汲。 該機(jī)與同型號的常規(guī)游梁抽油機(jī)相比，機(jī)械效率提高了兩倍多，系統(tǒng)效率達(dá)50%，節(jié)約電力46%，并解決了現(xiàn)行設(shè)備不能直接抽汲稠油的難題。該抽油機(jī)操作方便、使用可靠、便于維修，是常規(guī)游梁抽油機(jī)理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 2 電動(dòng)機(jī)換向抽油機(jī)工作原理 新型節(jié)能抽油機(jī)變頻控制系統(tǒng)硬件采用可編程Vacon NXP系列變頻器，變頻交流電動(dòng)機(jī)。配備抽油機(jī)控制專用軟件。變頻器在C槽中加裝NXOPTA5編碼器反饋擴(kuò)展卡，D槽中加裝NXOPTB1 I/O擴(kuò)展卡，擴(kuò)展卡NXOPTA1跳線X2設(shè)置為電壓輸入，變頻電動(dòng)機(jī):功率因數(shù)、機(jī)械效率可達(dá)高,結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、適合于頻繁正反轉(zhuǎn)。當(dāng)起動(dòng)扭矩是額定扭矩的150%時(shí)，起動(dòng)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(jī)：傳動(dòng)比大、效率高、體積小、重量輕、故障少、壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠平穩(wěn)，拆裝方便、容易維修，還具有超過載能力強(qiáng)、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動(dòng)頻率和正反轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu):采用摩擦傳動(dòng)方式，鋼繩柔性好，壽命長，當(dāng)發(fā)生卡泵時(shí)，提升鋼繩在輪上發(fā)生滑動(dòng)，保護(hù)油桿及油泵。控制箱：操作簡單，設(shè)有恒溫裝置，保證電器元件工作在最佳溫度狀態(tài)，控制系統(tǒng)保護(hù)措施完善，電機(jī)永不燒毀，擁有故障自檢顯示功能，還設(shè)有無線集中監(jiān)控接口。 2.1 Vacon變頻器控制端子接線 系統(tǒng)中變頻器采用矢量控制型Vacon NXP變頻器。變頻器控制端子接線圖如圖1。K1、K2分別是正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號，K3為故障復(fù)位信號，K4、K5、K6為多段速信號。 繼電器RO1設(shè)為變頻器故障信號，此信號送給PLC，繼電器RO1閉合時(shí)表示變頻器故障，系統(tǒng)停止工作。 繼電器RO2 設(shè)為機(jī)械抱閘信號，RO2閉合送出機(jī)械抱閘開閘信號，RO2斷開送出機(jī)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(dòng)上沖程。閉合脈沖起作用。 （4）K2:[DIN2] 啟動(dòng)下沖程。閉合脈沖起作用。 （5）K3:[DIN3] 故障復(fù)位及停機(jī)端子:變頻器報(bào)警時(shí),可進(jìn)行故障復(fù)位。變頻器運(yùn)行時(shí),可進(jìn)行停機(jī)。DIN3復(fù)位時(shí),上下限位自動(dòng)調(diào)整值也復(fù)位為上下限位調(diào)整值。 （6）K4:[DIN4] 點(diǎn)動(dòng)上沖程端子。 （7）K5:[DIN5] 點(diǎn)動(dòng)下沖程端子。 （8）K6:[DIN6] 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與電機(jī)調(diào)整狀態(tài)轉(zhuǎn)換端子。 K6=1閉合:電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)K1，K2信號有效。上下點(diǎn)動(dòng)信號K4，K5有效，電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行優(yōu)先運(yùn)行信號; K6=0斷開:電機(jī)調(diào)整狀態(tài)，此時(shí)K1，K2 信號無效，上下點(diǎn)動(dòng)信號K4，K5有效，電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行; K6=0到K6=1, K6:[DIB6]來兩個(gè)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(dòng)。故障復(fù)位DIN3閉合時(shí)變頻器不停機(jī)，零頻給定送給電機(jī)給定頻率。運(yùn)行時(shí)，上、下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)有效時(shí)則點(diǎn)動(dòng)頻率送給電機(jī)給定頻率,否則把電位器給定送給電機(jī)給定頻率。 K7：[DIO1]=0斷開:無零制動(dòng)。故障復(fù)位DIN3閉合時(shí)變頻器停機(jī)。運(yùn)行時(shí)，上、下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)有效時(shí)則點(diǎn)動(dòng)頻率送給電機(jī)給定頻率，否則把電位器給定送給電機(jī)給定頻率。 （10）K8:[DIO2] 定位接近開關(guān)。 K8=1閉合:定位接近; K8=0斷開:遠(yuǎn)離定位。 （11）K9:[DIO3] 上沖程限位端子。到達(dá)限位后變頻器輸出反轉(zhuǎn)。K3:[DIA3]故障復(fù)位。 （12）K10:[DIO4] 下沖程限位端子。到達(dá)限位后變頻器輸出正轉(zhuǎn)。K3:[DIA3]故障復(fù)位。 （13）K11:[DIO5] 低溫控制開關(guān)，<-5℃時(shí)閉合變頻器21號與22號端子的繼電器RO1。 （14）K12：[DIO6] 高溫控制開關(guān), >25℃時(shí)閉合變頻器24號與25號端子的繼電器RO2。 2.2 抽油機(jī)控制專用參數(shù)組設(shè)置 參數(shù)組設(shè)置為G11。 參數(shù)說明： P11.1 K9:[DIO3]上沖程限位，工作次數(shù)，到達(dá)此工作次數(shù)后變頻器停機(jī)并發(fā)出57號上限位報(bào)警; P11.2 K10:[DIO4]下沖程限位，工作次數(shù)，到達(dá)此工作次數(shù)后變頻器停機(jī)并發(fā)出58號下限位報(bào)警; P11.3 變頻器沒有接受到位置信號延時(shí)時(shí)間，超過此時(shí)間變頻器停機(jī)并發(fā)出59號超時(shí)報(bào)警; P11.4 計(jì)算沖程系數(shù)分子（與電動(dòng)機(jī)減速器傳動(dòng)比有關(guān)）; P11.5 計(jì)算沖程系數(shù)分母（與電動(dòng)機(jī)減速器傳動(dòng)比有關(guān)）; P11.6 每個(gè)沖程時(shí)間系數(shù)分子; P11.7 每個(gè)沖程時(shí)間系數(shù)分母。 2.3 抽油機(jī)設(shè)定調(diào)整過程 （1）進(jìn)入調(diào)整狀態(tài)，閉合K6開關(guān)。 上程脈沖限位值、下程脈沖限位值清零，重新設(shè)置。 （2）如果此時(shí)定位塊在定位接近開關(guān)[DIO2]下面時(shí)，則閉合上點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K4向上提抽油桿，使定位塊從下向上經(jīng)過定位接近開關(guān)[DIO2[后，在定位接近開關(guān)[DIO2]之上可用上下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K4、K5把抽油桿提到最高的合適點(diǎn)，此時(shí)上程脈沖限位值保存起來。然后閉合下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K5向下拉抽油桿使， 定位塊從上向下經(jīng)過定位接近開關(guān)[DIO2]后，在定位接近開關(guān)[DIO2]之下可用上下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K4、K5把抽油桿拉到最低的合適點(diǎn)，此時(shí)下程脈沖限位值保存起來。 如果此時(shí)定位塊在定位接近開關(guān)[DIO2]上面時(shí)，則閉合下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K5向下拉抽油桿，使定位塊從上向下經(jīng)過定位接近開關(guān)[DIO2]后，在定位接近開關(guān)[DIO2]之下可用上下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K4、K5把抽油桿拉到最低的合適點(diǎn)，此時(shí)下程脈沖限位值保存起來。然后閉合上點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K4向上提抽油桿，使定位塊從下向上經(jīng)過定位接近開關(guān)[DIO2]后，在定位接近開關(guān)[DIO2]之上可用上下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)K4、K5把抽油桿提到最高的合適點(diǎn)，此時(shí)上程脈沖限位值保存起來。 （3） 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，斷開K6開關(guān)。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(diào)整上、下程脈沖限位值，閉合K6開關(guān)。K6=0到K6=1, K6:[DIB6]來兩個(gè)上升沿把上程脈沖限位值和下程脈沖限位值清零。 （5）進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，斷開K6開關(guān)。 （6）如果此時(shí)定位塊在定位接近開關(guān)[DIO2]下面時(shí)，則閉合K1:[DIA1]啟動(dòng)上沖程。 （7）如果此時(shí)定位塊在定位接近開關(guān)[DIO2]上面時(shí)，則閉合K2:[DIA2]啟動(dòng)下沖程。 （8）如果停止運(yùn)行，閉合K3:[DIA3]停機(jī)端子。 （9）定位接近開關(guān)K8:[DIO2]用K9: [DIO3]上沖程限位。K10:[DIO4]下沖程限位保護(hù)。到達(dá)限位后向相反方向轉(zhuǎn)。 （10）K9:[DIO3]上沖程限位，K10：[DIO4]下沖程限位。到達(dá)限位后向相反方向轉(zhuǎn)。限位工作次數(shù)到達(dá)P11.1 P11.2工作次數(shù)后變頻器停機(jī)并發(fā)出57號上限位、58號下限位報(bào)警。K3:[DIA3]=1故障復(fù)位。 （11）P11.3變頻器沒有接受到位置信號延時(shí)時(shí)間，超過此時(shí)間變頻器停機(jī)并發(fā)出59號超時(shí)報(bào)警。K3:[DIA3]=1故障復(fù)位。 （12）智能補(bǔ)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(jī)停機(jī)時(shí)需要抱閘控制，利用Vacon變頻器具有可編程功能，可根據(jù)系統(tǒng)要求編寫出特殊控制邏輯。Vacon變頻器的編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個(gè)符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化的編程工具，它可以用來設(shè)計(jì)Vacon NX特殊的控制邏輯和參數(shù)。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(chuàng)建參數(shù)，故障信息和其他與應(yīng)用相關(guān)的特性。 制動(dòng)器開閘信號至關(guān)重要，開閘時(shí)必須保證變頻器輸出足夠大轉(zhuǎn)矩后才開閘，合閘時(shí)要在變頻器接近零速，但還有一定轉(zhuǎn)矩時(shí)就合閘。為保證電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)大轉(zhuǎn)矩輸出，變頻器采用閉環(huán)控制。通過Vacon變頻器編程設(shè)計(jì)出開閘、合閘邏輯。 開閘條件：變頻器有運(yùn)行信號；變頻器輸出電流大于設(shè)定的開閘電流限制值；變頻器輸出轉(zhuǎn)矩大于設(shè)定的開閘轉(zhuǎn)矩限制值；變頻器輸出頻率大于設(shè)定的開閘頻率限制值；以上四個(gè)條件缺一不可。 合閘條件:變頻器輸出頻率小于設(shè)定的合閘頻率限制值，且有變頻器停機(jī)信號；變頻器停機(jī)；變頻器故障；以上三個(gè)條件任意一個(gè)存在，變頻器都送出合閘信號。 3 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果分析 該機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）裝機(jī)容量低、機(jī)械效率高，可達(dá)80%以上; （2）電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)COSФ＝1，可提高變電設(shè)備的利用率; （3）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流小,當(dāng)負(fù)載為電機(jī)額定負(fù)載l50%時(shí)，起動(dòng)電流僅為額定電流的30%，電氣系統(tǒng)保護(hù)措施完善，不會(huì)出現(xiàn)燒毀電機(jī)事故; （4）平衡度高,平衡方式為對稱式平衡，可達(dá)精確平衡; （5）抽油桿上、下行速度可分別獨(dú)立控制、沖程、沖次無級調(diào)節(jié)，能夠很好地適應(yīng)油井狀況從而提高泵效; （6）該機(jī)效率高、能耗低，正常情況下，系統(tǒng)效率可達(dá)40～50%; （7）該機(jī)適用于較稠油采汲，恰當(dāng)調(diào)整參數(shù)，可有效解決或減輕油桿及油管偏磨問題； （8）工作系統(tǒng)采用摩擦傳動(dòng)，卡泵時(shí)摩擦系統(tǒng)打滑，避免拉斷井桿，超載自動(dòng)停機(jī)保護(hù)； （9）整機(jī)重心在機(jī)架內(nèi)，不會(huì)發(fā)生翻機(jī)事故,解決了翻機(jī)問題,配重在機(jī)架內(nèi),工作時(shí)不會(huì)發(fā)生配重砸傷人、畜等事故； （10）維護(hù)簡單，整機(jī)傳動(dòng)部分只有兩個(gè)油脂潤滑點(diǎn)，電氣系統(tǒng)具有故障自檢顯示功能； （11）操作簡單、易行、調(diào)整沖程、沖次等參數(shù)特別方便,調(diào)整沖次幾秒鐘內(nèi)即可完成，調(diào)整沖程幾分鐘亦可完成、且不需設(shè)備輔助； （12）具有無線集中控制接口，可實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。 4 結(jié)束語 現(xiàn)場運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，減小了設(shè)備的維修量，提高了勞動(dòng)效率，控制平穩(wěn)，控制效果達(dá)到要求，用戶滿意。此控制方案在抽油機(jī)行業(yè)具有很大的推廣價(jià)值。