基于plc和变频器节能式抽油机控制系统设计

《基于plc和变频器节能式抽油机控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于PLC和变频器节能式抽油机控制系统设摘要：根据目前油田生产节能降耗需求，设计了基于PLC与变频器的节能式抽油机控制系统。设计采用变频节能技术，控制对象为高效永磁同步电机，该系统以PLC为核心，通过PROFIBUS总线与变频器进行数据通讯，实施变频控制，实现电动机连续正反转。所设计抽油机控制系统具有上下冲次和冲程单独可调，节能，可靠性高的特点，同时适应于当前数字化油田发展方向。主题词：节能抽油机；PLC控制；变频控制；无游梁抽油机在采油成本中，抽油机电费占采油成本的30%左右，年耗电量占油田总耗电量的20%〜

2、30%,处油田电耗的第2位，仅次于注水。抽油机抽油系统总效率在国内一般地区评价只有12%〜23%,先进地区也不到30%,降低抽油系统高能耗问题显得尤为迫切。本控制系统以高效永磁同步电机为对象，加之合理的控制方案满足油田生产节能降耗的需求。一、系统方案本系统抽油机为无游梁塔架立式直驱抽油机，其控制系统采用变频器节能技术，以西门子PLC控制器S7-1200作为主控单元，控制ABB变频器ASCM1-04AS-031A-4直接驱动永磁同步电机加速、减速、正转、反转，将电机的旋转运动转化为抽油杆的直线运动，实现抽油杆连续

3、可控地上下往复运动，完成产液所需的抽油过程。同时，利用GPRS无线模块实现与油田监控中心的数据通信，满足现代油田信息化、数字化需求。1.PLC系统PLC系统是整套控制逻核心，包括PLC控制器、行程开关、数字电压表、数字电流表、按钮、指示灯等。PLC控制器选用西门子S7-1200小型可编程控制器，该系列控制器具有集成PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展等特点。S7-1200CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入集成于一体，带有多达6

4、个高速计数器，3个100kHz,3个30kHz,为用户指令和数据提供高达50KB的共用工作内存，同时还提供2MB的集成装载内存和2KB的掉点保存内存。PLC系统通过检测自动/手动旋钮信号，进入自动和点动控制模式。自动模式下PLC控制系统依据用户设定冲程、上行下行速度、加速减速时间，实时计算电机转速及当前位置,通过PROFIBUS总线向变频器发送速度控制目标值及方向，从而实现电机的提前加速减速及换向。点动模式下PLC控制系统按照用户设定速度，控制变频器速度值及方向，实现抽油杆单方向运行。PLC控制器通过模拟量输入

5、接口与数字电压电流表相连，实时监测供电系统电压、电流状况。上下极限开关、急停开关作为数字量信号连接到PLC控制器数字量输入端。操作显示面板选用西门子KP600PN5.7寸按键式触摸屏，它通过内置的PROFINET总线接口与PLC控制器进行数据通讯，利用西门子组态功能开发了抽油机控制系统人际交互界面，包括设定冲程、上下行速度，显示实时冲程、冲次等参数的基本运行参数界面；查看变频器当前输出参数的系统运行状态界面；以及包含记录故障代码、故障内容的异常报警记录界面等。PLC系统中PLC控制器通过扩展的RS232通讯模块

6、与GPRS(433M或Zigbee)无线模块相连，借助无线模块抽油机控制系统能够将当前系统运行状态参数、故障报警信息实时发送到监控中心或工作人员手机上，同时监控中心也可以远程修改冲程、冲次设定值，及远程启停抽油机。2.变频器电机驱动部分选用ABB公司ACSM1-04AS-031A-4高性能变频器，ACSM1系列变频器功率范围0.75kW至160kW,采用DTC(直接转矩控制)控制技术，提供了高性能的速度控制、转矩控制和运动控制，支持有反馈或无反馈开环方式的异步及同步电机。该系列变频器适用于本方案中闭环方式下同步

7、电机的速度控制方式。通过外扩PR0FIBS总线通讯模块FPBA-01,实现与PLC控制器之间的总线数据通讯，传输实时转速、频率、电流、转矩百分数、编码器转速和直流母线电压，及I/O状态，报警和故障代码等变频器实时参数信息。上下换向、极限开关同时接入到变频器数字量输入端。自动运行模式下，系统以无限逼近的方式在上下换向开关间按设定冲程自动运行，当位移算法计算所得当前位置累计误差超出门限值时，碰触换向开关，变频器检测到该信号后立即减速。PLC控制器利用PROFINBUS总线检测到换向开关对应的I/O状态变化，启动电机

8、反转运行，同时更新位移算法起始点。二、软件方案设计PLC控制器和变频器承担了整套系统的逻辑控制功能，其中PLC程序又是整套控制系统的逻辑控制功能实现的核心，该程序的优劣决定着整套控制系统的性能及安全。PLC程序采用模块化编程，结构清晰，便于调试及维护。PLC主程序流程图如图3所示。PLC主程序完成正常情况下工作模式判断处理，依据不同数字量输入完成启动、停止、点动等动作处理过程，同时针对