抽油機電機專用控制器的制造方法
【專利摘要】一種抽油機電機專用控制器，包括外殼以及其內設有的控制芯片、FFT計算模塊、人機交互界面、外部存儲器、復位電路、電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊、電壓采樣模塊、電流采樣模塊；其中所述FFT計算模塊、復位電路、外部存儲器、電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊以及人機交互界面分別與所述控制芯片連接；所述外部存儲器與人機交互界面連接；所述FFT計算模塊通過穩壓跟隨電路分別與所述電壓采集模塊、電流采集模塊連接。本實用新型具有使用壽命長、便于監控操作、便于維護、抗干擾能力強、保護功能齊全、合理的無功補償的特點。
【專利說明】
抽油機電機專用控制器
技術領域
[0001]本實用新型屬于智能控制器技術領域，具體是一種油井抽油機的電機控制器。
【背景技術】
[0002]油田抽油機為不穩定交變負荷，一個沖次內電機有功變化較大，下沖程時電機會出現空載或倒發電現象。并且油田抽油機為戶外作業，工況相對惡劣。故對配電系統的要求相對較高，即配電系統在實現控制、保護電機的同時也要便于維護。
[0003]傳統的抽油機控制器設備以對抽油機的啟停控制為主，保護功能有限，如缺少諧波保護、晃電保護等，很難達到抽油機電機的全面保護。在抽油機電機的無功補償方面，抽油機在一個沖次內，隨著抽油桿的上升和下降，會使電機工作在負載和空載甚至倒發電狀態。這個過程中電機電流量、有功功率、功率因數變化很大，普通電機的無功補償控制器往往并不適用于抽油機電機。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于針對抽油機油井提供一種保護功能齊全的智能電機控制器。
[0005]本實用新型的技術方案是:包括外殼以及其內設有的以下模塊:
[0006]控制芯片，其根據電壓采樣模塊以及電流采集模塊所采集到電參數與FFT模塊所計算的各相參數，完成邏輯運算，并通過電機輸出模塊與電容輸出模塊發出操作指令與保護指令；
[0007]FFT計算模塊，其通過電壓采樣模塊以及電流采集模塊所采集的電壓、電流信號，進行FFT運算，得到電機的有功功率、無功功率、電壓畸變率、電流畸變率、功率因數數據參數；
[0008]電源模塊，其利用內部變壓器與穩壓電路將220V電壓轉化成穩定的內部電壓，為控制器內部所有組成部分供電；
[0009]復位電路，其用于控制芯片的復位；
[0010]外部存儲器，其用于存儲人工設定的所有電參數值；
[0011]電機輸出模塊，其用于與電機驅動設備相連接來控制電機的啟停；
[0012 ]電容輸出模塊，其用于與電容驅動設備相連接來控制電容器的投運；
[0013]反饋模塊，其用于與電機與電容驅動設備常開觸電相連接，并利用光電耦合器實現電氣隔離，觀察電機與電容器的運行狀態；
[0014]電壓采集模塊，其用于采集電機的電壓信號；
[0015]電流采集模塊，其用于采集電機的電流信號；
[0016]人機交互界面，其用于顯示與操作；
[0017]所述FFT計算模塊、復位電路、外部存儲器、電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊以及人機交互界面分別與所述控制芯片連接;所述外部存儲器與人機交互界面連接;所述FFT計算模塊通過穩壓跟隨電路分別與所述電壓采集模塊、電流采集模塊連接。
[0018]優選的，所述復位電路獨立看門狗電路，用于防止控制芯片內部程序跑飛。
[0019]優選的，所述外部存儲器設定的電參數值包括保護門限、保護時間。
[0020]優選的，所述電機輸出模塊主要由緩沖器、單相導通隔離電路以及脈沖開關電路組成，其一端與控制芯片相連接，另一端與電機驅動設備相連接。
[0021]優選的，所述電容輸出模塊主要由緩沖器、單相導通隔離電路以及自保持開關電路組成，其一端與控制芯片相連接，另一端與電容驅動設備相連接。
[0022]優選的，所述電壓采集模塊內部主要包括電壓互感器與分壓電阻，其一端與電機三相電壓相連接，另一端經過穩定跟隨電路與FFT計算模塊相連接。
[0023]優選的，所述電流采集模塊主要包括2次電流互感器，其一端與電機I次電流互感器連接，另一端經過穩定跟隨電路與FFT計算模塊連接。
[0024]優選的，所述人機交互界面包括IXD顯示屏、按鍵以及指示燈組成。
[0025]優選的，所述控制器共由四塊電路板組成，每塊電路板均為正方形，其中的三塊電路板平行排列并均與第四塊電路板通過插針連接；其中第一塊電路板中包括電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊;第二塊電路板中包括控制芯片、FFT計算模塊、外部存儲器、復位電路;第三塊電路板中包括電壓采集模塊、電流采集模塊、穩壓跟隨電路及電源模塊;第四塊電路板中包括人機交互界面。
[0026]優選的，所述控制器的接線端子成排統一設置在控制器外殼的后方，并且端子排可拆卸;所述控制器外殼的側面分別設有多個用于嵌入式安裝的卡子。
[0027]本實用新型具有使用壽命長、便于監控操作、便于維護、抗干擾能力強、保護功能齊全、合理的無功補償的特點。無功補償功能專門針對抽油機的負荷特點設計，利用抽油機電機無功功率相對穩定的特點，以無功功率為投切電容的主要判據。針對抽油機下沖程時電機空載或倒發電的特點，為控制器加入了涌流閉鎖功能，即電機測量電流大于某一個設定值時電容才會因電流畸變過高而切除。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的抽油機電機專用控制器的結構示意圖；
[0029]圖2為本實用新型的抽油機電機專用控制器的電路板組合方式示意圖；
[0030]圖3為本實用新型的抽油機電機專用控制器的外觀正視圖；
[0031 ]圖4為本實用新型的抽油機電機專用控制器的外觀背視圖；
[0032]圖5為本實用新型的抽油機電機專用控制器的外觀側視圖。
【具體實施方式】
[0033]以下是本實用新型的具體實施例，并結合附圖對本實用新型技術方案作進一步的描述，但本實用新型并不限于這些實施例。
[0034]如圖1所示，與控制芯片直接連接的部分為FFT計算模塊、人機交互界面、外部存儲器、復位電路、電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊。
[0035]電壓采樣模塊、電流采樣模塊經過穩壓跟隨電路與FFT計算模塊連接。
[0036]控制芯片為控制器的核心部分，根據采樣模塊所采集到電參數與FFT模塊所計算的各相參數，完成邏輯運算，并通過電機輸出模塊與電容輸出模塊發出正確的操作指令與保護指令。
[0037]FFT計算模塊主要是通過采樣模塊所采集的電壓、電流信號，進行FFT運算，得到電機的有功功率、無功功率、電壓畸變率、電流畸變率、功率因數等數據。
[0038]電源模塊利用內部變壓器與穩壓電路將220V電壓轉化成穩定的內部電壓為控制器內部所有組成部分供電。
[0039]復位電路用于控制芯片的復位，并包括獨立看門狗電路，用于防止控制芯片內部程序跑飛，增加控制器的程序運行穩定性。
[0040]外部存儲器用于存儲人工設定的所有電參數值，如保護門限、保護時間等，這樣在控制器主程序更換后之前所設置的電參數值也無需重新設置。
[0041 ]電機輸出模塊主要由緩沖器、單相導通隔離電路、脈沖開關電路組成。一端與控制芯片相連接，另一端與電機驅動設備相連接。用于控制電機的啟停。
[0042]電容輸出模塊主要由緩沖器、單相導通隔離電路、自保持開關電路組成。一端與控制芯片相連接，另一端與電容驅動設備相連接。用于控制電容器的投運。
[0043]反饋模塊一端與控制芯片相連接，一端與電機與電容驅動設備常開觸電相連接，并利用光電耦合器實現電氣隔離，觀察電機與電容器的運行狀態。
[0044]電壓采集模塊內部主要包括PT與分壓電阻，其一端與電機三相電壓相連接，另一端經過穩定跟隨電路與FFT計算模塊相連接。電流采集模塊主要包括2次CT，其一端與電機I次CT連接，另一端經過穩定跟隨電路與FFT計算模塊連接。
[0045]人機交互界面主要包括IXD顯示屏、按鍵、指示燈組成，用于顯示與操作。
[0046]電源模塊將220V的輸入電壓轉換為各級電壓為以上所有的模塊或電路供電，圖中省略該部分的連接示意圖。
[0047]在抽油機現場實際應用時，將電機配電柜內的三相電源線與零線引出，接到電壓采集模塊上進行電機電壓采集。取B相電壓連接至控制器的電源端口，為控制器供電。
[0048]將電機配電柜內各相的電流互感器的SI與S2接點連接至控制器的電流采集模塊上進行電機的各相電流采樣。
[0049]控制器開機后，人機交互界面的IXD液晶顯示屏會顯示出電機的一些基本參數，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數等。進入其它界面可查看電機的電流、電壓畸變率、電量累計、事件記錄等數據。在人機交互界面上有四個按鍵、分別為退出、上調、下調、進入按鍵，用于便于工作人員讀取想要的數據和進行相應參數設置，需要設置的參數分為電機參數設置和電容參數設置兩部分。電機參數設置主要設置的電機的保護限值，如過壓限值、欠壓限值、過流限值、欠流限值、電壓畸變率上限、電壓畸變率上限及相應的保護響應時間、晃電時限等。電容參數設置主要設置的電容投切判據和電容保護方面的數據，如電容投切門限、電容投切延時、電容過壓、過流、欠流、涌流閉鎖限值等。上述的設定值均存儲在外部儲存器中。
[0050]電壓采集模塊將所采集的電壓信號經內部分壓電阻轉換為控制器可識別電壓范圍。電流采集模塊將所采集的電流信號經內部變比為2000:1的電流互感器轉化為控制器可識別電流范圍。隨后進入FFT計算模塊。
[0051]FFT計算模塊將收集到的電壓、電流值主要進行快速傅里葉運算，得到電機的有功功率、無功功率、功率因數、電壓畸變率、電流畸變率等數據，再發送給控制芯片。
[0052]控制芯片根據外部存儲器內的設定值與從FFT計算模塊得到的計算值，完成電機與電容器的控制與保護邏輯，主要包括控制電機啟停;控制電容器投切;實現電機的欠壓、過壓、欠流、過流、三相不平衡、缺相、過載、短路、電壓畸變、電流畸變、晃電等保護;實現電容的過壓、過流、欠流、電壓畸變、電流畸變、涌流閉鎖等保護。
[0053]控制芯片通過電機輸出模塊對電機進行控制，電機輸出模塊內部有合閘脈沖電路與分閘脈沖開關電路，這種方式可與抽油機電機配電柜有效結合，合閘與分閘分別對應原配電柜的啟動與停止按鈕，利用脈沖開關電路，在控制器外部進行啟停機自鎖。這樣在電機啟停方面控制器不會影響現場工作人員利用原配電柜外部按鈕控制電機。控制芯片通過電容輸出模塊控制電容投切，電容輸出模塊含有兩組電容自保持電路，可控制兩組電容器的投切，實際應用中控制芯片會通過電機的無功缺口為主要投切判據，匹配最佳的電容量進行無功補償。控制芯片發出指令后，現場電機及電容的運行狀態會通過反饋模塊反饋給控制芯片，控制芯片通過人機交互界面進行IXD液晶屏顯示和LED指示燈顯示，LED指示燈主要包括電機與電容的狀態指示，報警指示等。
[0054]圖2為電路板組合方式側視圖，控制器共由四塊電路板組成，每塊電路板均為方形，電路板之間靠插針連接。如圖所示電路板1、電路板2、電路板3平行排列，電路板4垂直排列，因控制器功能強大、電路元器件較多，采用這種排列方式可有效減少控制器的占用空間。電路板I包括圖1中的電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊；電路板2包括圖1中的控制芯片、FFT計算模塊、外部存儲器、復位電路；電路板3包括圖1中的電壓采集模塊、電流采集模塊、穩壓跟隨電路及電源模塊;電路板4包括圖1中的人機交互界面。
[0055]圖3至圖5分別為控制器的正視圖、背視圖與側視圖。如圖3所示人機交互界面在控制器前方，方便現場調試。如圖4所示，接線端子統一設置在控制器的后方，并且端子排可拆卸，方便現場安裝維護。如圖5所示，控制器控制器采用嵌入式安裝，由4個專用卡子固定(一側兩個)，無需上螺絲固定，方便現場安裝。
[0056]以上僅僅是本實用新型的典型實施例，本領域技術人員完全可以在其基礎上做適當的修飾及改進，但是與本實用新型實質性相同，同樣落入本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種抽油機電機專用控制器，其特征在于，包括外殼以及其內設有的以下模塊: 控制芯片，其根據電壓采樣模塊以及電流采集模塊所采集到電參數與FFT模塊所計算的各相參數，完成邏輯運算，并通過電機輸出模塊與電容輸出模塊發出操作指令與保護指令； FFT計算模塊，其通過電壓采樣模塊以及電流采集模塊所采集的電壓、電流信號，進行FFT運算，得到電機的有功功率、無功功率、電壓畸變率、電流畸變率、功率因數數據參數； 電源模塊，其利用內部變壓器與穩壓電路將220V電壓轉化成穩定的內部電壓，為控制器內部所有組成部分供電； 復位電路，其用于控制芯片的復位； 外部存儲器，其用于存儲人工設定的所有電參數值； 電機輸出模塊，其用于與電機驅動設備相連接來控制電機的啟停； 電容輸出模塊，其用于與電容驅動設備相連接來控制電容器的投運； 反饋模塊，其用于與電機與電容驅動設備常開觸電相連接，并利用光電耦合器實現電氣隔離，觀察電機與電容器的運行狀態； 電壓采集模塊，其用于采集電機的電壓信號； 電流米集模塊，其用于米集電機的電流?目號； 人機交互界面，其用于顯示與操作； 所述FFT計算模塊、復位電路、外部存儲器、電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊以及人機交互界面分別與所述控制芯片連接;所述外部存儲器與人機交互界面連接;所述FFT計算模塊通過穩壓跟隨電路分別與所述電壓采集模塊、電流采集模塊連接。2.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述復位電路獨立看門狗電路，用于防止控制芯片內部程序跑飛。3.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述外部存儲器設定的電參數值包括保護門限、保護時間。4.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述電機輸出模塊主要由緩沖器、單相導通隔離電路以及脈沖開關電路組成，其一端與控制芯片相連接，另一端與電機驅動設備相連接。5.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述電容輸出模塊主要由緩沖器、單相導通隔離電路以及自保持開關電路組成，其一端與控制芯片相連接，另一端與電容驅動設備相連接。6.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述電壓采集模塊內部主要包括電壓互感器與分壓電阻，其一端與電機三相電壓相連接，另一端經過穩定跟隨電路與FFT計算模塊相連接。7.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述電流采集模塊主要包括2次電流互感器，其一端與電機I次電流互感器連接，另一端經過穩定跟隨電路與FFT計算模塊連接。8.根據權利要求1所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述人機交互界面包括IXD顯示屏、按鍵以及指示燈組成。9.根據權利要求1-8任一所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述控制器共由四塊電路板組成，每塊電路板均為正方形，其中的三塊電路板平行排列并均與第四塊電路板通過插針連接;其中第一塊電路板中包括電機輸出模塊、電容輸出模塊、反饋模塊;第二塊電路板中包括控制芯片、FFT計算模塊、外部存儲器、復位電路;第三塊電路板中包括電壓采集模塊、電流采集模塊、穩壓跟隨電路及電源模塊;第四塊電路板中包括人機交互界面。10.根據權利要求1-8任一所述的抽油機電機專用控制器，其特征在于，所述控制器的接線端子成排統一設置在控制器外殼的后方，并且端子排可拆卸;所述控制器外殼的側面分別設有多個用于嵌入式安裝的卡子。
【文檔編號】H02J3/16GK205565731SQ201620353165
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】孫雙春, 田愛蘭, 喻萍, 杜樹威
【申請人】山東利保源節能環保技術有限責任公司, 山東廣域科技有限責任公司