專利名稱：用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油開采設(shè)備抽油機(jī)電控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
抽油機(jī)是油田用于開采石油的一種專用機(jī)械。節(jié)能高效的長沖程直線抽油機(jī)在我國近年來逐漸取代了高能耗的游梁式抽油機(jī)。直線抽油機(jī)機(jī)械部分由脈沖直流電機(jī)、減速器、配重箱、滾筒、導(dǎo)向輪、懸繩器、抽油桿、機(jī)架等部件組成，電控設(shè)備基本上采用由控制核心PLC、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、觸摸屏、制動器、接近開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器、接觸器等電氣設(shè)備組成?？紤]到抽油機(jī)電控柜常年工作于野外露天的惡劣工作環(huán)境，除了選用高防護(hù)等級的元器件外，現(xiàn)行的直線抽油機(jī)在其電控柜中安裝了一個加熱器及底層、上頂層兩個風(fēng)機(jī)，用于惡劣溫度和濕度條件下的加熱和抽濕。但加熱器和風(fēng)機(jī)的控制都是采用手動操作，即由工人根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境情況在認(rèn)為需要的時候手動按下加熱器和風(fēng)機(jī)的按鈕分別開啟工作，在感官感知情況好轉(zhuǎn)后人為關(guān)閉。這種方式雖然解決了寒冷、潮濕、高熱環(huán)境中影響抽油機(jī)電控設(shè)備不能正常工作的問題，但手動方式?jīng)Q定了這是一個粗化的技術(shù)方案，其缺點是不能精確地按照實際需要自動開關(guān)加熱器和風(fēng)機(jī)，溫濕度波動過大并且存在超調(diào)的可能性。而且在極端寒冷和潮濕條件下，環(huán)境因素與抽油機(jī)直線電機(jī)之間沒有任何聯(lián)鎖條件，直接開機(jī)的后果是對電氣設(shè)備運(yùn)行極為不利，甚至?xí)斐稍O(shè)備損壞的重大事故。特別是對地處東北、新疆等極端寒冷地區(qū)的油田來說，環(huán)境因素更是安全生產(chǎn)的重要保障。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前我國直線抽油機(jī)不能根據(jù)環(huán)境溫濕度對電氣設(shè)備自動控制的缺陷提供一種用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置。采取的方法是在長沖程直線抽油機(jī)電控系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了對環(huán)境溫濕度的自控及保護(hù)功能，可以使抽油機(jī)在油田極端寒冷潮濕的野外露天工作環(huán)境中保持正常工作并滿足存儲條件。本裝置具有體積小、價格低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、控制自動靈活等優(yōu)點。本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):該裝置以單片機(jī)為控制核心，將溫度和濕度傳感器接入其輸入端，單片機(jī)針對各種溫濕度以不同的輸出方式驅(qū)動繼電器觸頭工作。在柜內(nèi)極端溫度下發(fā)出報警聲，控制抽油機(jī)只有在溫度和濕度條件允許后才能啟動。然后將各種繼電器的觸頭接在電控系統(tǒng)PLC輸入中，編程時在加熱器和風(fēng)機(jī)控制程序中分別串接不同的觸頭，使其在溫度低和濕度大時按不同的組合方式進(jìn)行加熱或除濕。本實用新型溫度檢測部分詳細(xì)的技術(shù)方案是由AD590作為溫度檢測元件，經(jīng)三級放大器LM741后將溫度轉(zhuǎn)化為模擬電壓，經(jīng)由單通道8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號交給8051單片機(jī)對采樣溫度進(jìn)行處理。單片機(jī)將采樣溫度分別與_20°C、15°C、35°C、65°C進(jìn)行比較，根據(jù)不同的結(jié)果得出相應(yīng)的輸出方案并將控制繼電器KAl、KA2、KA3、KA4在適當(dāng)?shù)臅r候吸合或斷開。[0006]本實用新型濕度檢測部分詳細(xì)的技術(shù)方案是由濕度傳感器KSC-6V作為濕度檢測兀件，傳感器在相對濕度為O 100%時所對應(yīng)的輸出信號為O 100mV。將傳感器輸出信號接至放大器LM358的同相輸入端，因在電路中放大器是開環(huán)狀態(tài)，在此的作用是電壓比較器。把R14調(diào)整到適當(dāng)位置，將構(gòu)成濕度上限控制電路。當(dāng)相對濕度上升時，傳感器輸出電壓值也隨之上升。通過單片機(jī)P2..1檢測濕度的變換，當(dāng)濕度升高到上限位置時，單片機(jī)輸出控制KA5吸合。本實用新型溫度、濕度控制部分詳細(xì)的技術(shù)方案為:將繼電器ΚΑΙ、KA2、KA3、KA4、KA5常開觸頭接入PLC的輸入端。在編寫梯形圖程序時，將以不同的組合加在電加熱器和柜內(nèi)下層風(fēng)機(jī)、上頂層風(fēng)機(jī)控制程序中，使得在不同的環(huán)境條件下，電加熱器和風(fēng)機(jī)分別工作。為了達(dá)到柜內(nèi)環(huán)境條件不允許電機(jī)工作時即使按下電控系統(tǒng)啟動按鈕電機(jī)也不能運(yùn)行的目的，將KAl常開觸頭(5)串接在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的聯(lián)鎖輸入端子TIl上，這樣的連接方式將保證溫度低于_20°C時電機(jī)無法啟動。將KA4常閉觸頭與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號常開觸點(I)串聯(lián)后接在調(diào)速系統(tǒng)啟動端子ST上，它將保證當(dāng)溫度高于65°C時電機(jī)自動停止。本實用新型有益效果是:通過增加對溫濕度的自控及保護(hù)功能，可以使抽油機(jī)在油田極端寒冷潮濕的野外露天工作環(huán)境中保持正常工作?？捎行Х乐闺姎庠O(shè)備因受潮、受凍、高溫引發(fā)的各類事故，延長元器件的使用壽命，提高設(shè)備的安全性及減少故障隱患。在柜內(nèi)極端高溫的情況下，電機(jī)自動停止運(yùn)行，待降溫后抽油機(jī)才能再次啟動。特別是在極端寒冷情況下在電機(jī)停機(jī)時加熱器仍在工作，從而保證電氣設(shè)備正常存儲和節(jié)約再次開機(jī)時的預(yù)熱時間，提高工作效率。在溫度極高的情況下，電機(jī)自動停止運(yùn)行，該裝置對處于極端寒冷地區(qū)的抽油機(jī)更能發(fā)揮保護(hù)作用。

圖1是本實用新型硬件框圖。圖2是單片機(jī)輸入輸出原理圖。圖3是單片機(jī)程序流程圖。圖4是電加熱器PLC控制程序梯形圖。圖5是上頂層風(fēng)機(jī)PLC控制程序梯形圖。圖中:I一PLC輸出的電機(jī)運(yùn)行信號常開觸點，2—KA2常開觸點，3 —電加熱器接觸器線圈，4一KA5常開觸點，5—KAl常開觸點，6—KA3常開觸點，7—上頂層風(fēng)機(jī)接觸器線圈，8—KA4常開觸點，9一 KA5常開觸點。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。在抽油機(jī)電控柜中安裝溫度傳感器AD590和濕敏電容濕度傳感器KSC-6V，用于檢測電控柜內(nèi)實時的環(huán)境溫濕度參數(shù)值。當(dāng)電控柜內(nèi)溫度低于-20°c時，表示已達(dá)到電控柜的存儲環(huán)境溫度下限，通過單片機(jī)程序和硬件電路的共同作用，將使單片機(jī)并行口 P1.0管腳經(jīng)三極管放大后驅(qū)動繼電器KAl線圈吸合，同時通過Pl.5管腳驅(qū)動喇叭SP發(fā)出報警信號；在這種情況下即使按下電控系統(tǒng)的啟動按鈕，因KAl常開觸頭已與開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建立聯(lián)鎖關(guān)系，保護(hù)裝置將禁止電機(jī)啟動。當(dāng)溫度在_20°C 15°C之間時，表示可以開機(jī)但需要在一邊加熱一邊工作，單片機(jī)輸出高電平使KA2閉合。同時Pl.0輸出低電平，使KAl線圈失電釋放。當(dāng)溫度在15°C 35°C之間時，表示已在電控系統(tǒng)運(yùn)行在正常溫度范圍內(nèi)，不需要加熱器工作。這時KA2線圈釋放。當(dāng)溫度在35°C 65°C之間時，表示柜內(nèi)溫度已高，單片機(jī)輸出高電平使KA3閉合。當(dāng)溫度高于65°C時，表示已達(dá)到電控柜的存儲溫度上限，單片機(jī)驅(qū)動繼電器KA4線圈吸合，同時通過Pl.5使喇叭發(fā)出報警信號，提醒操作人員注意。并通過開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制使電機(jī)停止工作，待溫度自然下降后才允許再次開機(jī)。當(dāng)電控柜中濕度達(dá)到80%時，LM358輸出突然升高，P2.1檢測到這一信號后，將使KA5線圈吸合，在正常溫度時將只接通兩個風(fēng)機(jī)除濕。但在溫度低于15°C時，將使加熱器和風(fēng)機(jī)共同運(yùn)行，通過加熱和排風(fēng)兩種措施快速高效地排除潮氣。在相對濕度降到一定值時，KA5將會釋放。在圖4中PLC加熱器控制程序第一通路的意義是在正常情況下，當(dāng)按下電控系統(tǒng)啟動按鈕后，在原有電控系統(tǒng)PLC程序的作用下電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)行信號常開觸點(I)將閉合。當(dāng)溫度在_20°C 15°C之間時，KA2常開觸點(2)閉合時將使電加熱器接觸器線圈(3)通電工作。第二通路的作用是在濕度高于80%時KA5 (4)閉合的情況下，當(dāng)溫度在_20°C 15°C時，加熱器將投入使用。第三條通路表示不論電機(jī)是否運(yùn)行，當(dāng)柜內(nèi)溫度低于-20°C時，KAl (5)閉合，將控制加熱器投入運(yùn)行，以保證電控柜的存儲溫度。底層風(fēng)機(jī)的PLC控制程序與圖5中上頂層風(fēng)機(jī)控制程序結(jié)構(gòu)一致。在電機(jī)工作情況下，電機(jī)運(yùn)行信號常開觸點(I)將閉合。當(dāng)溫度分別高于35°C、65°C及濕度過大時，KA3
(6)、KA4 (8)、KA5 (9)常開觸頭分別閉合，控制風(fēng)機(jī)接觸器線圈(7)閉合，風(fēng)機(jī)將開始排濕工作。抽油機(jī)電控系統(tǒng)中電機(jī)的運(yùn)行和調(diào)速主要由L型開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制。設(shè)計電控系統(tǒng)時，主要任務(wù)是將有關(guān)的信號接入端子中即可。按照該保護(hù)裝置與開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的聯(lián)鎖輸入端子TH、啟動端子ST及這兩個端子通過調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部電路與控制信號公用端子⑶的連接方式，當(dāng)溫度低于-20°C時，KA1常開觸頭(5)閉合，內(nèi)部電路將使TIl端與⑶端短接，在這種方式下開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)將控制電機(jī)禁止啟動。當(dāng)溫度高于65°C時，KA4常閉觸頭斷開，在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，將使啟動端子ST與GD端斷開，調(diào)速系統(tǒng)將會使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置，其特征在于:該裝置以單片機(jī)為控制核心，將溫度和濕度傳感器接入其輸入端，單片機(jī)針對各種溫濕度以不同的輸出方式驅(qū)動繼電器線圈閉合；在柜內(nèi)極端溫度下發(fā)出報警聲，控制抽油機(jī)在溫度和濕度條件允許后才能工作；將各種繼電器的觸頭接在PLC輸入端，使其在溫度低和濕度大時按不同的組合方式進(jìn)行加熱或除濕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置，其特征在于:溫度傳感器采用AD590，濕度傳感器采用KSC-6V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置，其特征在于:將KAl常開觸頭(5)串接在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的聯(lián)鎖輸入端子TIl上，這樣的連接方式將保證溫度低于_20°C時電機(jī)無法啟動；將KA4常閉觸頭與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號常開觸點(O串聯(lián)后接在調(diào)速系統(tǒng)啟動端子ST上，它將保證當(dāng)溫度高于65°C時電機(jī)自動停止。
專利摘要本實用新型公開了一種用于極端寒冷潮濕環(huán)境下的抽油機(jī)電控保護(hù)裝置。它是在長沖程直線抽油機(jī)電控系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了對環(huán)境溫濕度的自控功能后組成的保護(hù)裝置，可以使抽油機(jī)控制柜在油田極端寒冷潮濕的野外露天工作環(huán)境中正常工作并滿足存儲條件。該裝置將溫度和濕度傳感器接入單片機(jī)輸入端，針對各種溫濕度單片機(jī)以不同的輸出方式驅(qū)動繼電器工作。并在極端溫度時發(fā)出報警聲，控制抽油機(jī)在溫濕度允許后才能工作。然后將各種繼電器的觸頭接在PLC輸入中，編程時在加熱器和風(fēng)機(jī)控制程序中分別串接不同的觸頭，使其在溫度低和濕度大時按不同的組合方式進(jìn)行加熱或除濕。本裝置具有體積小、價格低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、控制自動靈活等優(yōu)點。
文檔編號G05D27/02GK203070138SQ201320083649
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者董錦鳳, 白桂梅 申請人:洛陽理工學(xué)院