基于PLC的抽油机变频节能控制系统的研究

【摘要】：油田开采原油的方法分为两类：自喷采油法和机械采油法。随着油气资源的不断开采,油田的低产、低能井越来越多,抽油机成了油田地面生产的主要设备。随着油田现场生产的实际需求及采油工艺的改进,抽油机朝着节能、智能、大载荷、长冲程等方向发展。无游梁长冲程抽油机具有较好的抽油性能,能提高产量、降低采油成本、提高经济效益等,是抽油机发展的主流和方向。据此,本文在实验室环境下研究了无游梁长冲程抽油机变频节能控制系统。 首先对系统进行硬件设计与构建。通过分析无游梁长冲程抽油机的机械结构,根据系统要实现的功能和性能指标,提出了抽油机变频节能控制技术,搭建了以Compactlogix L32E PLC为控制器,以无游梁长冲程抽油机模型为被控对象,以PoweFlex40变频器为执行机构,以光电编码器和Micrologix 1200 PLC为检测机构,最终构建了闭环控制系统,实现了抽油机电机变频调速控制。 其次对系统进行软件设计。运用RSLinx Classic软件完成系统的通信组态,建立通信通道,RSNetworx软件对EtherNet/IP进行组态和配置,RSLogix5000对控制器进行逻辑编程,RSView32对上位机的人机监控界面进行设计和远程监控,实现了各设备间的相互通讯。 最后建立系统的数学模型和实现控制算法。基于理想条件下建立抽油机电机的数学模型,并通过Matlab仿真分析,证明了所得模型的有效性；为实现对抽油机电机转速的精确控制,在系统中加入PID控制、模糊控制和PID与模糊复合控制算法,借助Matlab的Simulink工具选择合适的参数,达到了良好的控制效果。并对三种控制算法的动态性能进行了比较和分析。 本文成功的实现了无游梁长冲程抽油机变频节能控制系统的设计。此系统开放灵活,实用价值高,可以将其广泛地应用到实际油田,起到节能作用。此外,该系统的研究也可为现场采油用抽油机的调试提供仿真系统模型。 【关键词】：无游梁长冲程抽油机 变频控制 Compactlogix系统 PID控制 模糊控制
【学位授予单位】：西南石油大学
【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
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 本课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 抽油机及其控制系统的国内外研究现状及发展趋势9-13
• 1.2.1 各种抽油机的比较9-11
• 1.2.2 抽油机控制系统的发展现状11-12
• 1.2.3 抽油机的发展趋势12-13
• 1.3 本课题的主要研究工作和内容安排13
• 1.4 本章小结13-14
• 第2章 Rockwell集成架构概述14-30
• 2.1 引言14
• 2.2 NetLinx三层网络结构14-21
• 2.2.1 信息层(EtherNet/IP)16-19
• 2.2.2 控制层(ControlNet)19-20
• 2.2.3 设备层(DeviceNet)20-21
• 2.3 Compactlogix系统21-26
• 2.3.1 Compactlogix处理器模块22-24
• 2.3.2 电源及框架24-25
• 2.3.3 Compactlogix I/O模块25-26
• 2.4 Rockwell软件平台26-29
• 2.4.1 RSLinx软件27
• 2.4.2 RSLogix5000软件27-28
• 2.4.3 RSNetworx软件28
• 2.4.4 RSView32软件28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 抽油机变频节能控制系统总体方案设计30-34
• 3.1 引言30
• 3.2 无游梁长冲程抽油机工作原理30-31
• 3.2.1 无游梁长冲程抽油机的结构30-31
• 3.2.2 无游梁长冲程抽油机的工作原理31
• 3.3 抽油机驱动交流电机变频调速原理及优势31-32
• 3.3.1 交流电机变频调速的原理31-32
• 3.3.2 交流电机变频调速的优势32
• 3.4 抽油机变频节能控制系统的技术指标要求32-33
• 3.5 抽油机变频节能控制系统的总体方案设计33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 抽油机变频控制系统硬件设计34-46
• 4.1 引言34
• 4.2 PLC硬件总体设计34-35
• 4.3 Rockwell自动化平台各硬件支撑35-45
• 4.3.1 控制器35-36
• 4.3.2 执行机构36-42
• 4.3.3 检测机构42-44
• 4.3.4 监控设备44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 抽油机变频控制系统软件设计与系统调试46-59
• 5.1 引言46
• 5.2 PLC软件总体设计46
• 5.3 Rockwell自动化平台各软件支撑46-56
• 5.3.1 建立通讯驱动46-48
• 5.3.2 网络组态48-49
• 5.3.3 程序编程49-55
• 5.3.4 人机界面55-56
• 5.4 抽油机变频节能控制系统软硬件调试56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 抽油机用的异步电机建模、仿真与算法实现59-78
• 6.1 引言59
• 6.2 系统建模59-61
• 6.3 PID控制61-67
• 6.3.1 PID控制原理62-63
• 6.3.2 系统PID控制的Simulink仿真与实现63-67
• 6.4 模糊控制67-74
• 6.4.1 模糊控制原理67-69
• 6.4.2 系统模糊控制的Simulink仿真与实现69-74
• 6.5 PID与模糊复合控制74-77
• 6.5.1 PID与模糊复合控制原理74-75
• 6.5.2 系统PID与模糊复合控制的Simulink仿真与实现75-77
• 6.6 三种控制算法比较77
• 6.7 本章小结77-78
• 第7章 总结与展望78-80
• 7.1 总结78-79
• 7.2 进一步研究的工作和方向79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 附录84-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果90

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