抽油机节能控制系统的研究与设计

【摘要】：传统抽油机在抽油时,都是以恒定速度运行,受气候,时间等因素的影响,抽油量不定,会时大时小。如果电机以恒定速度运行,油量少时,势必会造成抽油机的空抽,这样会造成电能的极大浪费。本文根据抽油机的工作特点,设计出新的节能运行方案,主要从两方面进行改造：一,将传统的单抽改为双抽,这样在理论上效率就提高了一倍；二,通过变频控制,根据抽油量的变化,实时改变抽油机的冲次,抽油量大时,加大冲次,抽油量少时,降低冲次,从而最大化的利用设备,节约电能。 由装在抽油杆上的传感器,将油量信号传给PLC,通过事先编好的程序,PLC做出判断,控制变频器的输出频率,进而改变电机的速度,达到节能的目的。变频器作为节能设备的重要组成部分,本文重点介绍了变频器的设置,包括启动方式,控制方式,加减速时间,通讯方式等。在调速控制方面,根据各个传感器的反馈信息,采用PID控制,能够更加精确的控制抽油机的运行。在变频调速过程中,由于要改变电机速度,电机在每次减速时会出现再生制动现象,要将再生制动产生的这部分电能释放掉,不能返回给电网,不然会给电网造成污染,考虑到产生的电能并不多,通过对比得知,采用制动电阻将这部分能量释放掉是最经济简便的手段。 另外,本文还在理论上对抽油机电机运行进行分析,计算了电机的最大力矩,制动力矩等,为PLC编程提供理论依据,给节能系统提供了理论支持。在调试过程中,控制系统能够按照设计目标运行,电机实现了软启动,启动平稳,同时节能性得到了验证。 【关键词】：节能 变频调速 再生制动 PLC PID控制
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.2 变频调速在抽油机应用的发展状况9-10
• 1.3 本课题的主要工作10-13
• 2 抽油机的运动原理分析13-25
• 2.1 抽油机悬点载荷计算与分析13-14
• 2.1.1 静载荷13-14
• 2.1.2 动载荷14
• 2.2 电机转矩计算14-15
• 2.3 抽油效果分析15-17
• 2.4 再生制动能量的计算及处理17-23
• 2.4.1 再生制动能量的产生17-19
• 2.4.2 制动能量的简单计算19-20
• 2.4.3 再生制动能量的处理方法20-21
• 2.4.4 制动电阻的选型21-23
• 2.5 系统效率计算23-25
• 3 变频调速系统的基本原理25-33
• 3.1 变压变频器的主要类型25-28
• 3.1.1 交-直-交变压变频器25-27
• 3.1.2 交-交变压变频器27-28
• 3.2 变压变频器的控制方式28-31
• 3.2.1 变频变压的基本原则28-29
• 3.2.2 基频以下调速29-30
• 3.2.3 基频以上调速30-31
• 3.3 变频调速节能的可行性31-33
• 3.3.1 变频调速节能的可行性分析31-32
• 3.3.2 变频调速设备的应用效果32-33
• 4 节能控制系统的硬件设计33-53
• 4.1 系统功能概述33-34
• 4.1.1 控制系统工作原理33-34
• 4.1.2 抽油机结构及工作流程34
• 4.2 系统控制处理器34-39
• 4.2.1 PLC的特点35
• 4.2.2 PLC的组成35-36
• 4.2.3 PLC的运行36-37
• 4.2.4 PLC硬件选型37-39
• 4.3 数据采集39-42
• 4.3.1 位置检测39-41
• 4.3.2 拉力检测41
• 4.3.3 速度检测41-42
• 4.4 硬件电气图42-43
• 4.5 PLC与变频器通信43-45
• 4.6 远程通讯45-46
• 4.7 变频器设置46-51
• 4.7.1 变频器参数及快速调试设置46-48
• 4.7.2 通信设置48-49
• 4.7.3 V/f控制49-50
• 4.7.4 矢量控制50-51
• 4.8 变频器谐波问题51-53
• 4.8.1 变频器谐波的危害51
• 4.8.2 变频器谐波的处理51-53
• 5 节能控制系统的软件设计53-62
• 5.1 PID控制53-54
• 5.2 PID的PLC实现54-56
• 5.3 节能系统控制程序56-62
• 5.3.1 控制流程56-57
• 5.3.2 控制程序的实现57-62
• 6 结论62-64
• 参考文献64-65
• 致谢65-67

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