專利名稱：抽油機全自動節電控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型與抽油機動力控制裝置有關，尤其與抽油機控制器有關。
背景技術：
我國油田采油都使用抽油機。在不使用抽油機控制器的情況下，只要給抽油機供電，抽油機不管油井有無原油都在不停地工作，這樣既浪費電力資源，又增加抽油機磨損。為此，抽油機控制器應運而生。
已有的抽油機控制器都采用定時的方法進行間歇式抽油，一般稱抽油機定時控制器。其結構特點如圖1所示。
抽油機定時控制器的工作過程接通斷路器給變壓器初級、交流接觸器輸入端供電。變壓器將動力電變換為低壓交流電，向主控機提供電源。定時器設定工作時間，向主控機提供定時信號，有定時信號時主控機輸出啟動信號，接通交流接觸器，向抽油機的電動機提供動力電，使抽油機工作；無定時信號時，抽油機停止工作。在抽油機工作期間，交流互感器將動力感應電流信號提供給主控機，主控機根據此信號判斷動力電是否缺相，負載(抽油機)是否短路、過載。若有缺相、短路、過載事故發生，主控機輸出停止信號，斷開交流接觸器，切斷抽油機的電動機動力電，使抽油機停止工作。
抽油機定時控制器的功能缺陷如下1、不能探測油井井口是否原油流出。因為沒有任何傳感器，所以抽油機定時控制器不能探測油井井口是否有原油流出。
2、影響油井產量。由于抽油機定時控制器使用定時器，油井有油時抽油機定時控制器可能會使抽油機不工作，而油井無油時又可能使抽油機停止工作。這樣會使油井出油量不充分，影響油井產量。
3、達不到理想的節電效果。從較長時間(比如5年)來看，油井的出油量會隨抽油機地不斷抽取而逐年下降。由于使用定時器，在油井儲油量不豐富時，抽油機定時控制器會使抽油機作大量的無用功，浪費大量電力資源，這樣就達不到理想的節電效果。
4、不方便管理。由于油井的儲油量逐年下降，每隔一段時間(如6個月)，需要讓抽油機的工作時間縮短，因此需要調節抽油機定時控制器的定時時間。油田油井分布極廣，且抽油機定時控制器的操作比較復雜，所以，不方便管理。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能探測油井是否出油而控制抽油機工作，節能，便于管理，不影響油井產量的抽油機全自動節電控制器。
本實用新型是這樣實現的本實用新型為抽油機全自動節電控制器，包括與主控機(1)連接的電流互感器(2)、變壓器(3)、交流接觸器(4)，斷路器(5)與變壓器(3)初級和交流接觸器(4)連接，交流接觸器(4)與電動機(6)連接，其特征在于有傳感器(7)與主控機(1)連接，傳感器(7)置于油管上，其殼體相對兩壁上分別設置光發射電路(8)和光接收電路(9)，中間有原油油料通道(10)與油管相通，光接收電路(9)輸出與主控機(1)相連接。
光發射電路(8)由限流電阻器(R16、R17)和發光二極管(LED3，LED4)組成，光接收電路(9)由限流電阻器(R24)和光敏電阻(RX1，RX2)組成，光敏電阻(RX1，RX2)的輸出接比較器(U1)的2腳，電阻(R25、R12)接比較器(U1)的3腳，U1的1腳經二極管(D8)接三極管(Q2)的基極，主控機(1)為單片機(U2)，三極管(Q2)的集電極接(U2)的P3.0端口。
單片機(U2)為89C2051單片機，電流互感器(2)為三相交流互感器(T2、T3、T4)，其輸出經三個橋式整流器(B1、B2、B3)后經三套阻容平滑電路分別接單片機(U2)的P3.2，P3.3，P3.4端口，阻容平滑電路包括限壓二極管(DW1、DW2、DW3)，干擾抑制電容(C12，C11，C10)和下拉負載電阻(R8、R9、R10)。
斷路器(5)為空氣開關(K)與變壓器(T1)的初級和交流接觸器(TOUCH)連接，單片機(U2)的P3.5端口與三極管(Q3)的基極連接，三極管(Q3)的發射極與功率驅動管(Q4)的基極連接，功率驅動管(Q4)的集電極與中間繼電器(REL1)連接，REL1與交流接觸器TOUCH連接。
單片機(U2)的復位端RST與電解電容(E4)和電阻(R7)連接，其振蕩器端口(XTAL1、XTAL2)與石英晶體(X1)和電容器(C1，C2)組成的振蕩器連接。
抽油機全自動節電控制器有如下優點1，能夠探測油井是否出油。因為抽油機全自動節電控制器有一個專用傳感器。
2，不會影響油井產量。有油時，抽油機全自動節電控制器啟動抽油機工作，無油時，抽油機全自動節電控制器停止抽油機工作。
3，能達到理想的節電效果。有油時，抽油機全自動節電控制器啟動抽油機工作，無油時，抽油機全自動節電控制器停止抽油機工作。不會使抽油機作無用功，不會浪費電力資源，所以，節電效果良好。
4，管理方便。只要將各線路連接好并無誤后，將空氣開關合閘，整個抽油系統(抽油機全自動節電控制器和抽油機)就能正常運轉。所以，需要的人力少，花的時間少，方便管理。
圖1為已有的抽油機控制器框圖。
圖2為本實用新型的框圖。
圖3為傳感器結構圖。
圖4為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
抽油機全自動節電控制器的工作過程接通空氣開關給變壓器初級、交流接觸器輸入端供電。變壓器將動力電變換為低壓交流電，向主控機提供電源。在井口裝有一專用傳感器，采取先試抽的方法，主控機內程序自動檢測傳感器信號，分析計算后發出是否啟、停抽油機工作的指令。若有油主控機發出啟動信號，接通交流接觸器，向抽油機的電動機提供動力電，使抽油機工作；若無油主控機發出停止信號，斷開交流接觸器，使抽油機的電動機得不到動力電，抽油機停止工作。等待一段時間后再進行試抽，以此控制抽油機工作。在抽油機工作期間，交流互感器將動力感應電流信號提供給主控機，主控機根據此信號判斷動力電是否缺相。若有缺相事故發生，主控機輸出停止信號，斷開交流接觸器，切斷抽油機的電動機動力電，使抽油機停止工作。在負載(抽油機)出現短路、過載故障時，空氣開關還起保護作用。
抽油機全自動節電控制電原理圖見圖4。
現結合抽油機全自動節電控制器電路原理圖詳細敘述其工作原理R16、R17為限流電阻器，LED3、LED4為發光二極管，由R16、R17LED3、LED4組成光發射電路。R24為限流電阻器，RX1、RX2為光敏電阻器，由R24、RX1、RX2組成光接收電路。光發射電路和接收電路安裝于原油油料通道內(見圖3)。有油通過時，油流對光照射有遮擋、散射、折射效應，接收電路中光敏電阻器RX1、RX4的電阻值將發生變化，此變化含有油流的數據信息。在原油油料通道內沒有原油通過時，光接收電路接收到的是穩定和均勻的光信號，此信號送入主控機由單片。機程序分析計算后控制交流接觸器斷開動力電源，使抽油機停止工若原油油料通道內有原油通過，光接收電路將接收不均勻的光信號，該信號送入主控機由單片機程序分析計算后控制交流接觸器接通動力電源使抽油機開始工作。
U1為比較器，將該信息電平(U第2腳)，與由電阻器R25、R12構成的門限電平(U1第3腳)進行比較，由比較器U1第1腳產生TTL電平，經二極管D8單向導通后由電阻器R23限流送至三極管Q2基極。在三極管Q2集電極輸出信號到單片機U2的P3.0端口，單片機U2對該信號進行分析計算。電阻器R22為三極管Q2的集電極負載電阻，電容器C13為抗高頻干擾電容。
T2、T3、T4為電流互感器，U、V、W三相交流電通過交流互感器T2、T3、T4后接至交流接觸器TOUCH輸入端子，交流接觸器TOUCH輸出端再接到抽油機電動機M1的接線端子上。當三相交流電正常時，抽油機的電動機M1正常運行，三個交流互感器T2、T3、T4會分別送出三路互感電壓經三個橋式整流器B1、B2、B3變為直流電壓，分別經電解電容器E1、E12、電阻器R6、R1；電解電容器E2、E13、電阻器R2、R4；電解電容器E3、E14、電阻器R3、R5三套阻容平滑電路將脈動直流電壓變為平滑直流電壓，再分別送至單片機U2的P3.2、P3.3、P3.4三個端口。三套電路中DW1、DW2、DW3分別是限壓(穩壓)二極管，作用是防止送給單片機的三個電壓電平信號超過TTL電平，電容器C12、C11、C10是高頻干擾制電容，電阻器R8、R9、R10為下拉負載電阻。如果三相交流電源缺少一相或兩相時，三個電壓電平就會缺少一個或兩個，單片機U2從其P3.2、P3.3、P3.4三個端口檢測判斷是否缺相。
U2為89C2051型單片機，PST為其復位端，復位由電解電容E4、電阻器R7實現。XTAL1、XTAL2為其振蕩器端口，該端口由石英晶體X1、電容器C1、C2組成振蕩器。當單片機U2的P3.0端口接收到傳感器信號時，單片機U2內部程序會自動檢測P3.2、P3.3、P3.4三個端口電壓電平是否正常。若正常，則由單片機U2的P3.5端口輸出高電平控制信號，經電阻器R11限流送到三極管Q3基極，電阻器R20為上拉電阻，三極管Q3將該電壓電平進行電流放大后由電阻器R21限流送到功率驅動管Q4的基極，功率驅動管Q4集電極輸出低電壓，中間繼電器REL1的線包產生磁場，使中間繼電器常開點閉合，同時380V交流電加到交流接觸器TOUCH的驅動線圈上，使交流接觸器TOUCH的觸點閉合，三相動力電通過交流接觸器TOUCH閉合觸點加到抽油機電動機M1相應的三相電源接線端，電動機M1獲得三相動力電后開始運轉，抽油機便開始工作。二極管D6與繼電器REL1線包并接，防止電流反向沖擊，保護功率驅動管Q4，以免燒壞。
以下三種情況使抽油機停止工作1、停電。這時，無交流電源，本機不工作，抽油機自然也不工作。
2、缺相。三相電力線如果缺相，會造成電動機損壞，因此，不能讓電動機運轉。由于缺相，電流互感器T2、T3、T4中會有某一線圈感應不到交流電壓信號。因而，單片機U2的P3.2、P3.3、P3.4中相應的端口就得不到正常電壓電平信號，單片機U2檢測到后會讓其P3.5端口輸出低電壓電平控制信號。這樣，三極管Q3和功率驅動管Q4處于截止狀態，從而，使中間繼電器REL1觸點斷開，不能向交流接觸器TOUCH的驅動線圈提供380V電壓，交流接觸器TOUCH三相觸點不能閉合，動力電不能送給抽油機的電動機M1，因此，抽油機停止工作。同時，單片機U2的P3.7端口輸出高電平，經電阻器R13限流送到三極管Q5基極，電阻器R15為上拉電阻，三極管Q5電流放大后由電阻器R14限流，加到發光二極管LED2上，使LED2發光。LED2起缺相指示作用，此時，表示有缺相故障。
3、如果電力線不缺相，單片機U2的P3.2、P3.3、P3.4端口電壓電平正常，但單片機U2的P3.1端口得不到傳感器送來的原油油料通過信號，單片機U2的P3.5端口也會輸出低電壓電平控制信號，三極管Q3和功率驅動管Q4處于截止狀態，從而，使中間繼電器REL觸點斷開，不能向交流接觸器TOUCH的驅動線圈提供380V電壓，交流接觸器TOUCH三相觸點不能閉合，動力電不能送給抽油機的電動機M1，因此，抽油機停止工作。
單片機U2的VCC端口接5V直流電源，電解電容器E10電容器C3起濾波作用，GND端口接地，其余端口都不用。
電源部分由變壓器T1將380V交流電變為低壓16V交流電，再由整流二極管D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路變為直流電。電解電容器E5、E9、E6作為平滑脈沖直流而設置，由三極管Q1、電阻器R18穩壓二極管DW4、二極管D5組成12V直流穩壓器。二極管D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路輸出的直流電壓送到三極管Q1集電極，并通過電阻器R18向三極管Q1基極和穩壓二極管DW4提供電流，由于穩壓二極管DW4的穩壓作用，使三極管Q1的發射極輸出直流電壓穩定在13V左右，再經二極管D5單向導通送出12V直流電壓。12V直流電壓經電阻R19限流，使發光二極管LED1發光，發光二極管LED1被點亮表示主控機處于工作狀態。三端穩壓器U3為5V直流穩壓器，其輸入端Vin接收12V直流電壓，輸出端Vout輸出5V直流電壓，接地端GND接地，電容器C7、C6、C8、C9均為高頻干擾抑制電容，設置它們的目的是防止高頻干擾，電解電容器E7為5V濾波電解電容。
J1、J2、J3為三相交流電引入接線端子。K為空氣開關，在各線路連接好并檢查無誤后，將空氣開關K合閘，整個抽油系統(抽油機全自動節電控制器和抽油機)就能正常運轉。
權利要求1.抽油機全自動節電控制器，包括與主控機(1)連接的變壓器(3)、交流接觸器(4)，斷路器(5)與變壓器(3)初級和交流接觸器(4)連接，交流接觸器(4)與電動機(6)連接，其特征在于有傳感器(7)與主控機(1)連接，傳感器(7)置于油管上，其殼體相對兩壁上分別設置光發射電路(8)和光接收電路(9)，中間有原油油料通道(10)與油管相通，光接收電路(9)輸出與主控機(1)相連接。
2.根據權利要求1所述的抽油機全自動節電控制器，其特征在于光發射電路(8)由限流電阻器(R16、R17)和發光二極管(LED3，LED4)組成，光接收電路(9)由限流電阻器(R24)和光敏電阻(RX1，RX2)組成，光敏電阻(RX1，RX2)的輸出接比較器(U1)的2腳，電阻(R25、R12)接比較器(U1)的3腳，U1的1腳經二極管(D8)接三極管(Q2)的基極，主控機(1)為單片機(U2)，三極管(Q2)的集電極接(U2)的P3.0端口。
3.根據權利要求1所述的抽油機全自動節電控制器，其特征在于單片機(U2)為89C2051單片機與交流互感器(2)連接，電流互感器(2)為三相交流互感器(T2、T3、T4)，其輸出經三個橋式整流器(B1、B2、B3)后經三套阻容平滑電路分別接單片機(U2)的P3.2，P3.3，P3.4端口，阻容平滑電路包括限壓二極管(DW1、DW2、DW3)，干擾抑制電容(C12，C11，C10)和下拉負載電阻(R8、R9、R10)。
4.根據權利要求3所述的抽油機全自動節電控制器，其特征在于斷路器(5)為空氣開關(K)與變壓器(T1)的初級和交流接觸器(TOUCH)連接，單片機(U2)的P3.5端口與三極管(Q3)的基極連接，三極管(Q3)的發射極與功率驅動管(Q4)的基極連接，功率驅動管(Q4)的集電極與中間繼電器(REL1)連接，REL1與交流接觸器TOUCH連接。
5.根據權利要求1所述的抽油機全自動節電控制器，其特征在于單片機(U2)的復位端RST與電解電容(E4)和電阻(R7)連接，其振蕩器端口(XTAL1、XTAL2)與石英晶體(X1)和電容器(C1，C2)組成的振蕩器連接。
專利摘要本實用新型為抽油機全自動節電控制器，包括與主控機(1)連接的電流互感器(2)、變壓器(3)、交流接觸器(4)，斷路器(5)與變壓器(3)初級和交流接觸器(4)連接，交流接觸器(4)與電動機(6)連接，其特征在于有傳感器(7)與主控機(1)連接，傳感器(7)置于油管上，在其殼體相對兩壁上分別設置光發射電路(8)和光接收電路(9)，中間有原油油料通道(10)與油管相通，光接收電路(9)輸出與主控機(1)相連接。
文檔編號H02H7/08GK2613928SQ0323371
公開日2004年4月28日 申請日期2003年3月27日 優先權日2003年3月27日
發明者李德俊, 劉統貴, 劉薇 申請人:李德俊, 劉統貴, 劉薇