CN203070138U - 用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置。它是在长冲程直线抽油机电控系统基础上增加了对环境温湿度的自控功能后组成的保护装置，可以使抽油机控制柜在油田极端寒冷潮湿的野外露天工作环境中正常工作并满足存储条件。该装置将温度和湿度传感器接入单片机输入端，针对各种温湿度单片机以不同的输出方式驱动继电器工作。并在极端温度时发出报警声，控制抽油机在温湿度允许后才能工作。然后将各种继电器的触头接在PLC输入中，编程时在加热器和风机控制程序中分别串接不同的触头，使其在温度低和湿度大时按不同的组合方式进行加热或除湿。本装置具有体积小、价格低、环境适应性强、控制自动灵活等优点。

Description

用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置

技术领域

本实用新型属于石油开采设备抽油机电控技术领域，尤其涉及一种用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置。 

背景技术

抽油机是油田用于开采石油的一种专用机械。节能高效的长冲程直线抽油机在我国近年来逐渐取代了高能耗的游梁式抽油机。直线抽油机机械部分由脉冲直流电机、减速器、配重箱、滚筒、导向轮、悬绳器、抽油杆、机架等部件组成，电控设备基本上采用由控制核心PLC、开关磁阻电机调速系统、触摸屏、制动器、接近开关、行程开关、继电器、接触器等电气设备组成。考虑到抽油机电控柜常年工作于野外露天的恶劣工作环境，除了选用高防护等级的元器件外，现行的直线抽油机在其电控柜中安装了一个加热器及底层、上顶层两个风机，用于恶劣温度和湿度条件下的加热和抽湿。但加热器和风机的控制都是采用手动操作，即由工人根据现场环境情况在认为需要的时候手动按下加热器和风机的按钮分别开启工作，在感官感知情况好转后人为关闭。这种方式虽然解决了寒冷、潮湿、高热环境中影响抽油机电控设备不能正常工作的问题，但手动方式决定了这是一个粗化的技术方案，其缺点是不能精确地按照实际需要自动开关加热器和风机，温湿度波动过大并且存在超调的可能性。而且在极端寒冷和潮湿条件下，环境因素与抽油机直线电机之间没有任何联锁条件，直接开机的后果是对电气设备运行极为不利，甚至会造成设备损坏的重大事故。特别是对地处东北、新疆等极端寒冷地区的油田来说，环境因素更是安全生产的重要保障。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前我国直线抽油机不能根据环境温湿度对电气设备自动控制的缺陷提供一种用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置。采取的方法是在长冲程直线抽油机电控系统基础上增加了对环境温湿度的自控及保护功能，可以使抽油机在油田极端寒冷潮湿的野外露天工作环境中保持正常工作并满足存储条件。本装置具有体积小、价格低、环境适应性强、控制自动灵活等优点。

本实用新型通过以下技术方案来实现：该装置以单片机为控制核心，将温度和湿度传感器接入其输入端，单片机针对各种温湿度以不同的输出方式驱动继电器触头工作。在柜内极端温度下发出报警声，控制抽油机只有在温度和湿度条件允许后才能启动。然后将各种继电器的触头接在电控系统PLC输入中，编程时在加热器和风机控制程序中分别串接不同的触头，使其在温度低和湿度大时按不同的组合方式进行加热或除湿。

本实用新型温度检测部分详细的技术方案是由AD590作为温度检测元件，经三级放大器LM741后将温度转化为模拟电压，经由单通道8位A/D转换器ADC0804转换为数字信号交给8051单片机对采样温度进行处理。单片机将采样温度分别与-20⁰C、15⁰C、35⁰C 、65⁰C进行比较，根据不同的结果得出相应的输出方案并将控制继电器KA1、KA2、KA3、KA4在适当的时候吸合或断开。

本实用新型湿度检测部分详细的技术方案是由湿度传感器KSC-6V作为湿度检测元件，传感器在相对湿度为0～100%时所对应的输出信号为0～100mV。将传感器输出信号接至放大器LM358的同相输入端，因在电路中放大器是开环状态，在此的作用是电压比较器。把R14调整到适当位置，将构成湿度上限控制电路。当相对湿度上升时，传感器输出电压值也随之上升。通过单片机P2..1检测湿度的变换，当湿度升高到上限位置时，单片机输出控制KA5吸合。

 本实用新型温度、湿度控制部分详细的技术方案为：将继电器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5常开触头接入PLC的输入端。在编写梯形图程序时，将以不同的组合加在电加热器和柜内下层风机、上顶层风机控制程序中，使得在不同的环境条件下，电加热器和风机分别工作。

为了达到柜内环境条件不允许电机工作时即使按下电控系统启动按钮电机也不能运行的目的，将KA1常开触头（5）串接在开关磁阻电机调速系统的联锁输入端子TI1上， 这样的连接方式将保证温度低于-20⁰C时电机无法启动。将KA4常闭触头与电机运转信号常开触点（1）串联后接在调速系统启动端子ST上，它将保证当温度高于65⁰C时电机自动停止。

 本实用新型有益效果是：通过增加对温湿度的自控及保护功能，可以使抽油机在油田极端寒冷潮湿的野外露天工作环境中保持正常工作。可有效防止电气设备因受潮、受冻、高温引发的各类事故，延长元器件的使用寿命，提高设备的安全性及减少故障隐患。在柜内极端高温的情况下，电机自动停止运行，待降温后抽油机才能再次启动。特别是在极端寒冷情况下在电机停机时加热器仍在工作，从而保证电气设备正常存储和节约再次开机时的预热时间，提高工作效率。在温度极高的情况下，电机自动停止运行，该装置对处于极端寒冷地区的抽油机更能发挥保护作用。

附图说明

图1是本实用新型硬件框图。

图2是单片机输入输出原理图。

图3是单片机程序流程图。

图4是电加热器PLC控制程序梯形图。

图5是上顶层风机PLC控制程序梯形图。

图中：1—PLC输出的电机运行信号常开触点，2—KA2常开触点，3—电加热器接触器线圈，4—KA5常开触点，5—KA1常开触点，6—KA3常开触点，7—上顶层风机接触器线圈，8—KA4常开触点，9—KA5常开触点。

具体实施方式

 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明 。在抽油机电控柜中安装温度传感器AD590和湿敏电容湿度传感器KSC-6V，用于检测电控柜内实时的环境温湿度参数值。

当电控柜内温度低于-20⁰C时，表示已达到电控柜的存储环境温度下限，通过单片机程序和硬件电路的共同作用，将使单片机并行口P1.0管脚经三极管放大后驱动继电器KA1线圈吸合，同时通过P1.5管脚驱动喇叭SP发出报警信号；在这种情况下即使按下电控系统的启动按钮，因KA1常开触头已与开关磁阻电机调速系统建立联锁关系，保护装置将禁止电机启动。当温度在-20⁰C～15⁰C之间时，表示可以开机但需要在一边加热一边工作，单片机输出高电平使KA2闭合。同时P1.0输出低电平，使KA1线圈失电释放。当温度在15⁰C～35⁰C之间时，表示已在电控系统运行在正常温度范围内，不需要加热器工作。这时KA2线圈释放。当温度在35⁰C～65⁰C之间时，表示柜内温度已高，单片机输出高电平使KA3闭合。当温度高于65⁰C时，表示已达到电控柜的存储温度上限，单片机驱动继电器KA4线圈吸合，同时通过P1.5使喇叭发出报警信号，提醒操作人员注意。并通过开关磁阻电机调速系统的控制使电机停止工作，待温度自然下降后才允许再次开机。

当电控柜中湿度达到80%时，LM358输出突然升高，P2.1检测到这一信号后，将使KA5线圈吸合，在正常温度时将只接通两个风机除湿。但在温度低于15⁰C时，将使加热器和风机共同运行，通过加热和排风两种措施快速高效地排除潮气。在相对湿度降到一定值时，KA5将会释放。

在图4中 PLC加热器控制程序第一通路的意义是在正常情况下，当按下电控系统启动按钮后，在原有电控系统PLC程序的作用下电机运转，电机运行信号常开触点（1）将闭合。当温度在-20⁰C～15⁰C之间时，KA2常开触点（2）闭合时将使电加热器接触器线圈（3）通电工作。第二通路的作用是在湿度高于80%时KA5（4）闭合的情况下，当温度在-20⁰C～15⁰C时，加热器将投入使用。第三条通路表示不论电机是否运行，当柜内温度低于-20⁰C时，KA1（5）闭合，将控制加热器投入运行，以保证电控柜的存储温度。

底层风机的PLC控制程序与图5中上顶层风机控制程序结构一致。在电机工作情况下，电机运行信号常开触点（1）将闭合。当温度分别高于35⁰C、65⁰C及湿度过大时，KA3（6）、KA4（8）、KA5（9）常开触头分别闭合，控制风机接触器线圈（7）闭合，风机将开始排湿工作。

抽油机电控系统中电机的运行和调速主要由L型开关磁阻电机调速系统控制。设计电控系统时，主要任务是将有关的信号接入端子中即可。按照该保护装置与开关磁阻电机调速系统的联锁输入端子TI1、启动端子ST及这两个端子通过调速系统内部电路与控制信号公用端子GD的连接方式，当温度低于-20⁰C时 ，KA1常开触头（5）闭合，内部电路将使TI1端与GD端短接，在这种方式下开关磁阻电机调速系统将控制电机禁止启动。当温度高于65⁰C时 ，KA4常闭触头断开，在电机运行状态下，将使启动端子ST与GD端断开，调速系统将会使电机停止运转。

Claims (3)

1.一种用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置，其特征在于：该装置以单片机为控制核心，将温度和湿度传感器接入其输入端，单片机针对各种温湿度以不同的输出方式驱动继电器线圈闭合；在柜内极端温度下发出报警声，控制抽油机在温度和湿度条件允许后才能工作；将各种继电器的触头接在PLC输入端，使其在温度低和湿度大时按不同的组合方式进行加热或除湿。

2.根据权利要求1所述的用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置，其特征在于：温度传感器采用AD590，湿度传感器采用KSC-6V。

3.根据权利要求1所述的用于极端寒冷潮湿环境下的抽油机电控保护装置，其特征在于：将KA1常开触头（5）串接在开关磁阻电机调速系统的联锁输入端子TI1上， 这样的连接方式将保证温度低于-20⁰C时电机无法启动；将KA4常闭触头与电机运转信号常开触点（1）串联后接在调速系统启动端子ST上，它将保证当温度高于65⁰C时电机自动停止。

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