本發(fā)明涉及油田抽油技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種抽油機(jī)低沖擊點(diǎn)啟動(dòng)智能定位裝置及其方法。

背景技術(shù)：

抽油桿是有桿抽油設(shè)備的重要部件。抽油桿一般通過(guò)接箍連接成抽油桿柱，上經(jīng)光桿連接抽油機(jī)，下接抽油泵的柱塞，其作用是將地面抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳遞給井下抽油泵。抽油機(jī)在工作時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)游梁驢頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而用驢頭帶動(dòng)光桿和抽油桿作上下往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)抽油桿再將這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳給井下抽油泵中的活塞。

然而，現(xiàn)有的抽油桿在停止工作時(shí)，通常是停在抽油桿運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，這樣會(huì)存在以下缺陷：（1）一旦重新開始工作，抽油桿會(huì)先向上運(yùn)動(dòng)，而抽油桿的在井下的配重較大，抽油桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)要克服一定的重力，這就需要電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間，產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流。但是啟動(dòng)電流大一方面會(huì)使得電動(dòng)機(jī)繞組發(fā)熱，絕緣老化，從而縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命；另一方面，會(huì)使得電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng)，從而影響到接在電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常運(yùn)行；（2）抽油桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，容易造成抽油桿斷裂，從而大大浪費(fèi)成本；（3）抽油桿先向上運(yùn)動(dòng)，會(huì)延長(zhǎng)抽油時(shí)間，降低工作效率，進(jìn)而降低抽油產(chǎn)量，影響企業(yè)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種定位精確，縮短抽油時(shí)間，提高電動(dòng)機(jī)壽命的抽油機(jī)低沖擊點(diǎn)啟動(dòng)智能定位裝置，能夠極大的節(jié)約人力、物力的資金投入，提高石油產(chǎn)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明之一種抽油機(jī)低沖擊點(diǎn)啟動(dòng)智能定位方法，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)置抽油電機(jī)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，包括抽油桿到達(dá)下限位置后斷開抽油電機(jī)電源的第一角度、抽油電機(jī)斷電后開啟加制動(dòng)的第二角度、抽油電機(jī)啟動(dòng)前的語(yǔ)音報(bào)警時(shí)間；

步驟2：當(dāng)主控制器收到啟動(dòng)信號(hào)后，首先進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示，再釋放電控機(jī)械剎車裝置，接著再啟動(dòng)抽油電機(jī)，帶動(dòng)抽油桿上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)；

步驟3：由位置傳感器檢測(cè)抽油桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相鄰兩次檢測(cè)的時(shí)間差為抽油桿運(yùn)動(dòng)周期，并將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給主控制器；

步驟4：當(dāng)主控制器收到停止信號(hào)后，對(duì)接收到的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，待檢測(cè)到達(dá)第一角度時(shí)，斷開抽油電機(jī)電源；

步驟5：抽油電機(jī)斷電后會(huì)因機(jī)械慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)抽油桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，待檢測(cè)抽油電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)第二角度時(shí)，對(duì)抽油電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，待抽油桿停止在其運(yùn)動(dòng)的上限位置時(shí)，接通電控機(jī)械剎車裝置對(duì)抽油電機(jī)進(jìn)行駐動(dòng)剎車，使得抽油桿完全停止。

進(jìn)一步，步驟1中，所述抽油桿到達(dá)下限位置后斷開抽油電機(jī)電源是指在抽油桿處于其運(yùn)動(dòng)的下限位置與上限位置之間的任意位置時(shí)執(zhí)行斷開抽油電機(jī)電源的動(dòng)作。

進(jìn)一步，步驟2中，所述啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)的其他控制器提供，或者通過(guò)遠(yuǎn)程發(fā)送啟停指令。

本發(fā)明之一種根據(jù)前述抽油機(jī)低沖擊點(diǎn)啟動(dòng)智能定位方法的定位裝置，包括：

位置傳感器，用于檢測(cè)抽油桿的運(yùn)動(dòng)位置，相鄰兩次檢測(cè)的時(shí)間差即為抽油桿運(yùn)動(dòng)周期；

主控制器，用于控制抽油機(jī)和抽油電機(jī)的啟停，設(shè)置抽油電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)，以及對(duì)位置傳感器傳輸?shù)臋z測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合第一角度和第二角度來(lái)控制抽油桿達(dá)到目標(biāo)位置；

抽油電機(jī)，用于帶動(dòng)抽油桿上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)；

單相整流單元，用于將輸入的電流轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的電流，傳輸給抽油電機(jī)，對(duì)抽油電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)；

語(yǔ)音播報(bào)裝置，用于警告抽油機(jī)附近的人遠(yuǎn)離抽油機(jī)；

電控機(jī)械剎車裝置，用于對(duì)抽油電機(jī)進(jìn)行駐動(dòng)剎車，使抽油桿最終停止在其運(yùn)動(dòng)的上限位置。

進(jìn)一步，還包括第一電源和第二電源，所述第一電源為主控制器供電，所述第二電源為單相整流單元供電。

進(jìn)一步，所述主控制器的輸出端通過(guò)主抽油電機(jī)控制開關(guān)與制動(dòng)電源控制開關(guān)所形成的互鎖電路分別連接抽油電機(jī)和單相整流單元的電源輸入端。

進(jìn)一步，所述單相整流單元包括交流變流器、變壓器以及整流恒流模塊，所述單相整流單元的電源輸入端依次經(jīng)交流變流器、變壓器和整流恒流模塊與抽油電機(jī)電連接。

進(jìn)一步，所述主控制器經(jīng)啟停信號(hào)接口與系統(tǒng)終端通訊。

進(jìn)一步，所述主控制器經(jīng)GPRS DTU遠(yuǎn)程控制模塊轉(zhuǎn)RS485發(fā)送啟停指令。

進(jìn)一步，所述電控機(jī)械剎車裝置包括駐動(dòng)控制器、駐動(dòng)電機(jī)和機(jī)械剎車裝置，主控制器的輸出端經(jīng)駐動(dòng)開關(guān)連接駐動(dòng)控制器，駐動(dòng)控制器的輸出端連接駐動(dòng)電機(jī)，駐動(dòng)電機(jī)通過(guò)控制機(jī)械剎車裝置對(duì)抽油電機(jī)進(jìn)行駐動(dòng)剎車。

進(jìn)一步，所述位置傳感器為接近開關(guān)，接近開關(guān)安裝于抽油桿的下部。

進(jìn)一步，所述主抽油電機(jī)控制開關(guān)處的電壓與制動(dòng)電源控制開關(guān)處的電壓相同。

本發(fā)明的有益效果：

（1）一旦再次開始工作，抽油桿會(huì)直接向下運(yùn)動(dòng)，無(wú)需先向上運(yùn)動(dòng)來(lái)克服一定的重力，從而使得抽油電機(jī)在啟動(dòng)瞬間，產(chǎn)生較小的啟動(dòng)電流，就可以帶動(dòng)抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，從而提高抽油電機(jī)的使用壽命；同時(shí)，也能夠保證接在電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常運(yùn)行；

（2）能夠有效防止抽油桿斷裂，大大節(jié)約成本；

（3）抽油桿直接向下運(yùn)動(dòng)，大大縮短抽油時(shí)間，提高工作效率，進(jìn)而提高抽油產(chǎn)量，提高企業(yè)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例主控制器的電路示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例抽油電機(jī)的電路示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例制動(dòng)系統(tǒng)的電路示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例語(yǔ)音播報(bào)裝置的電路示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例定位方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1~圖4所示：一種抽油機(jī)低沖擊點(diǎn)啟動(dòng)智能定位裝置，包括主控制器UM2、位置傳感器、抽油電機(jī)DM1、單相整流單元、語(yǔ)音播報(bào)裝置和電控機(jī)械剎車裝置。

本實(shí)施例的主控制器UM2上設(shè)有按鍵，用于設(shè)置主控制器UM2的內(nèi)部參數(shù)，例如設(shè)置抽油桿到達(dá)下限位置后斷開抽油電機(jī)電源的第一角度、設(shè)置抽油電機(jī)DM1斷電后開啟加制動(dòng)的第二角度以及設(shè)置報(bào)警時(shí)間等。主控制器UM2可用于控制抽油機(jī)的啟停、設(shè)置內(nèi)部參數(shù)，以及對(duì)位置傳感器傳輸?shù)臋z測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合第一角度和第二角度來(lái)控制抽油桿達(dá)到目標(biāo)位置。

本實(shí)施例的位置傳感器優(yōu)選為接近開關(guān)SQ，接近開關(guān)SQ選用三線制NPN型的防爆接近開關(guān)，當(dāng)抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)，用于感應(yīng)抽油機(jī)的抽油桿的位置變化，并把運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中抽油桿的位置變化傳輸給主控制器UM2。其中，接近開關(guān)SQ安裝在抽油桿下方的合適位置，每當(dāng)抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，接近開關(guān)SQ有信號(hào)觸發(fā)時(shí)，就會(huì)輸出高電平信號(hào)給主控制器UM2，且接近開關(guān)SQ相鄰兩次檢測(cè)的時(shí)間差為抽油桿運(yùn)動(dòng)周期。

本實(shí)施例的參數(shù)設(shè)置要合理，不能超出范圍。具體而言，抽油桿到達(dá)下限位置后斷開抽油電機(jī)電源是指在抽油桿處于其運(yùn)動(dòng)的下限位置與上限位置之間的任意位置時(shí)執(zhí)行斷開抽油電機(jī)電源的動(dòng)作，那么第一角度的設(shè)置范圍就要滿足抽油桿必須是向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，而抽油桿向下（即向油井內(nèi)）運(yùn)動(dòng)時(shí)就不能進(jìn)入第一角度的設(shè)置范圍內(nèi)。角度數(shù)值的設(shè)置與主控制器UM2輸出的脈沖有關(guān)，主控制器UM2輸出的脈沖由主控制器對(duì)接近開關(guān)SQ傳輸?shù)臋z測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到，從而得出第一角度的數(shù)值范圍。另外，抽油電機(jī)DM1斷電后開啟加制動(dòng)的第二角度的原理與第一角度的相同，且第二角度與第一角度之間的時(shí)間差即為抽油電機(jī)DM1斷電后因機(jī)械慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，第二角度的數(shù)值范圍取決于對(duì)抽油桿是否快要到達(dá)上限位置的把握。

進(jìn)一步，主控制器UM2的輸出端通過(guò)主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1與制動(dòng)電源控制開關(guān)KM2所形成的互鎖電路分別連接抽油電機(jī)DM1和單相整流單元的電源輸入端。

具體而言，主控制器UM2的輸出端依次經(jīng)制動(dòng)電源控制開關(guān)KM2的線圈、主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1的常閉觸點(diǎn)與抽油電機(jī)DM1連接；主控制器UM2的輸出端還依次經(jīng)主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1的線圈、制動(dòng)電源控制開關(guān)KM2的常閉觸點(diǎn)與單相整流單元的電源輸入端連接。其原理為：當(dāng)KM1的線圈上電吸合時(shí)，KM1的常閉觸點(diǎn)斷開，則主控制器UM2不能控制抽油電機(jī)DM1主回路的啟停，而單相整流單元能夠通電工作，控制抽油電機(jī)DM1進(jìn)行制動(dòng)操作；相反地，當(dāng)KM2的線圈上電吸合時(shí)，KM2的常閉觸點(diǎn)斷開，則單相整流單元無(wú)法工作，而抽油電機(jī)DM1的主控電路可正常工作。此外，主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1處的電壓與制動(dòng)電源控制開關(guān)KM2處的電壓相同。

進(jìn)一步，單相整流單元用于將輸入的電流轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的電流，傳輸給抽油電機(jī)DM1，并對(duì)抽油電機(jī)DM1制動(dòng)，其包括交流變流器UM3、變壓器B1以及整流恒流模塊UM4，單相整流單元的電源輸入端依次經(jīng)交流變流器UM3、變壓器B1和整流恒流模塊UM4與抽油電機(jī)DM1電連接。

具體而言，交流變流器UM3的作用為：如果電源輸入端的電流過(guò)大，可通過(guò)交流變流器UM3得到抑制，避免電流超過(guò)額定電流，同時(shí)降低沖擊。變壓器B1的作用一是將電壓降低，提供一個(gè)制動(dòng)電壓，二是起到隔離作用，將控制回路和主回路隔離。整流恒流模塊UM4用于將變壓器B1的交流轉(zhuǎn)換為直流，同時(shí)使直流可控。

進(jìn)一步，電控機(jī)械剎車裝置包括駐動(dòng)控制器UM5、駐動(dòng)電機(jī)DM2和機(jī)械剎車裝置，主控制器UM2的輸出端經(jīng)駐動(dòng)開關(guān)J2連接駐動(dòng)控制器，駐動(dòng)控制器UM5的輸出端連接駐動(dòng)電機(jī)DM2，駐動(dòng)電機(jī)DM2通過(guò)控制機(jī)械剎車裝置對(duì)抽油電機(jī)DM1進(jìn)行駐動(dòng)剎車。

本實(shí)施例中所述的駐動(dòng)剎車是指讓抽油電機(jī)DM1徹底停住，制動(dòng)是指在抽油電機(jī)DM1停止時(shí)防止抽油電機(jī)受到外力影響，讓抽油電機(jī)保持在靜止?fàn)顟B(tài)。

進(jìn)一步，本實(shí)施例還包括語(yǔ)音播報(bào)裝置UM6，如揚(yáng)聲器或喇叭，主控制器的輸出端經(jīng)報(bào)警開關(guān)J1連接語(yǔ)音播報(bào)裝置UM6。當(dāng)報(bào)警開關(guān)J1閉合后，語(yǔ)音播報(bào)裝置UM6將通過(guò)喇叭或揚(yáng)聲器播放語(yǔ)音，來(lái)警告抽油機(jī)附近的人遠(yuǎn)離抽油機(jī)，抽油機(jī)將開始工作。

進(jìn)一步，主控制器UM2經(jīng)啟停信號(hào)接口SK與系統(tǒng)終端通訊。啟停信號(hào)接口是上位機(jī)或服務(wù)器發(fā)的指令，若當(dāng)前井需要抽油，則發(fā)送信號(hào)給主控制器進(jìn)行控制，若不需抽油，則主控制器不能啟動(dòng)。本實(shí)施例中，主控制器UM2經(jīng)GPRS DTU遠(yuǎn)程控制模塊轉(zhuǎn)RS485發(fā)送啟停指令。

進(jìn)一步，本實(shí)施例還包括第一電源和第二電源。

具體而言，第一電源為開關(guān)電源UM1，為主控制器UM2供電，抽油電機(jī)DM1主控電路的電源輸入端經(jīng)三相斷路器QF接入市電，三相斷路器QF的U端接入開關(guān)電源UM1的電源輸入端，三相斷路器QF的V端接入駐動(dòng)控制器UM5的電源輸入端，三相斷路器QF的V端和W端作為第二電源接入單相整流單元。通過(guò)將主控制器UM2、駐動(dòng)控制器UM5與單相整流單元分開進(jìn)行單獨(dú)供電，以避免他們之間相互干擾。

如圖5所示：本實(shí)施例的定位方法為：

S501：設(shè)置抽油電機(jī)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，包括抽油桿到達(dá)下限位置后斷開抽油電機(jī)電源的第一角度以及抽油電機(jī)斷電后開啟加制動(dòng)的第二角度、抽油電機(jī)啟動(dòng)前的語(yǔ)音報(bào)警時(shí)間。

其中，第一角度設(shè)定后，能夠保證當(dāng)?shù)竭_(dá)第一角度時(shí)，抽油桿正好處于運(yùn)動(dòng)的下限位置與上限位置之間，即抽油桿所能運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)與最高點(diǎn)之間。

S502：當(dāng)主控制器收到啟動(dòng)信號(hào)后，首先進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示，再釋放電控機(jī)械剎車裝置，接著再啟動(dòng)抽油電機(jī)，帶動(dòng)抽油桿上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)主控制器UM2接收到上位機(jī)發(fā)送的抽油指令后，先控制報(bào)警開關(guān)J1閉合，語(yǔ)音播報(bào)裝置UM6啟動(dòng)報(bào)警，來(lái)警告抽油機(jī)附近的人遠(yuǎn)離抽油機(jī)，抽油機(jī)將開始工作，報(bào)警幾秒鐘后，主控制器UM2則通過(guò)駐動(dòng)開關(guān)J2經(jīng)駐動(dòng)控制器UM5控制駐動(dòng)電機(jī)來(lái)釋放機(jī)械剎車裝置，使得機(jī)械剎車裝置脫離抽油電機(jī)；之后抽油電機(jī)開始工作，即主控制器UM2讓制動(dòng)電源控制開關(guān)KM2的線圈上電，此時(shí)KM2的常閉觸點(diǎn)斷開，主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1的常閉觸點(diǎn)閉合，抽油電機(jī)的主控電路啟動(dòng)，抽油電機(jī)DM1開始工作，帶動(dòng)抽油桿上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)。

S503：由接近開關(guān)檢測(cè)抽油桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相鄰兩次檢測(cè)的時(shí)間差為抽油桿運(yùn)動(dòng)周期，并將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給主控制器。

接近開關(guān)SQ通過(guò)感應(yīng)抽油機(jī)的抽油桿的位置變化，并把運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中抽油桿的位置變化傳輸給主控制器UM2，每當(dāng)抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，接近開關(guān)SQ有信號(hào)觸發(fā)時(shí)，就會(huì)輸出高電平信號(hào)給主控制器UM2，且接近開關(guān)SQ相鄰兩次檢測(cè)的時(shí)間差為抽油桿運(yùn)動(dòng)周期。

S504：當(dāng)主控制器收到停止信號(hào)后，對(duì)接收到的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，待檢測(cè)到達(dá)第一角度時(shí)，斷開抽油電機(jī)電源。

主控制器UM2判斷是否到達(dá)第一角度，若到達(dá)第一角度，則主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1的常閉觸點(diǎn)斷開，即抽油電機(jī)的主控電路斷開電源。

S505：抽油電機(jī)斷電后會(huì)因機(jī)械慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，接近開關(guān)實(shí)時(shí)檢測(cè)抽油桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，待檢測(cè)抽油電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)第二角度時(shí)，對(duì)抽油電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，待抽油桿停止在其運(yùn)動(dòng)的上限位置時(shí)，接通電控機(jī)械剎車裝置，使得抽油桿完全停止。

抽油電機(jī)斷電后會(huì)因機(jī)械慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，接近開關(guān)實(shí)時(shí)檢測(cè)抽油桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，待檢測(cè)抽油電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)第二角度時(shí)，主抽油電機(jī)控制開關(guān)KM1的線圈上電，此時(shí)KM1的常閉觸點(diǎn)斷開，制動(dòng)電源控制開關(guān)KM2的常閉觸點(diǎn)閉合，單相整流單元開始通電工作，提供一個(gè)制動(dòng)電壓，讓抽油電機(jī)DM1停止工作；待抽油桿停止在其運(yùn)動(dòng)的上限位置時(shí)，主控制器UM2則通過(guò)駐動(dòng)開關(guān)J2經(jīng)駐動(dòng)控制器UM5控制駐動(dòng)電機(jī)來(lái)控制機(jī)械剎車裝置對(duì)抽油電機(jī)DM1實(shí)施駐動(dòng)剎車，讓抽油電機(jī)DM1完全停止，且抽油桿最終停止在其運(yùn)動(dòng)的上限位置。

本實(shí)施例的定位方法能夠保證抽油桿停止在最高點(diǎn)，這樣，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）一旦再次開始工作，抽油桿會(huì)直接向下運(yùn)動(dòng)，無(wú)需先向上運(yùn)動(dòng)來(lái)克服一定的重力，從而使得抽油電機(jī)在啟動(dòng)瞬間，產(chǎn)生較小的啟動(dòng)電流，就可以帶動(dòng)抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，從而提高抽油電機(jī)的使用壽命；同時(shí)，也能夠保證接在電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常運(yùn)行；

（2）能夠有效防止抽油桿斷裂，大大節(jié)約成本；

（3）抽油桿直接向下運(yùn)動(dòng)，大大縮短抽油時(shí)間，提高工作效率，進(jìn)而提高抽油產(chǎn)量，提高企業(yè)效益。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)、變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。