一种锥形泵智能控制方法与流程

一种锥形泵智能控制方法
1.技术领域
2.本发明涉及一种锥形泵转速控制方法，尤其指一种锥形泵转速根据不同工况呈非线性变化的锥形泵转速控制方法。


背景技术：

3.锥形泵是井下潜油电机直接驱动锥形泵转子高速转动实现举升的机械采油设备。它的工作原理是利用井下动力电缆将电力传送至井下潜油电动机，潜油电动机通过减速器和双万向节带动锥形泵在低速下转动，井液经过锥形泵增压后，通过油管举升到地面。井下锥形泵由转子和定子(橡胶材料)组成。转子和定子相啮合形成一个个连续的密封腔室，当转子在定子内转动时，空腔从泵的入口端向出口端移动，空腔内的液体也随之从泵的吸入端泵送到排出端，通过油管输送到地面，从而起到泵送作用。在锥形泵采油系统中输出转速是最主要、甚至是唯一的可调参数，优化输出转速是提高采油系统经济效益的主要途径，具有重要的工程意义。
4.为解决上述问题，本发明提供一种锥形泵转速控制方法，改善上述技术的缺失，能够全面的考虑影响锥形泵转速的影响因素以及影响因素之间的耦合关系，显著地提高了转速控制系统的准确性并延长锥形泵的经济使用寿命。
5.

技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种锥形泵智能控制方法，可以显著地提高转速控制系统的准确性并延长锥形泵的经济使用寿命；本发明的另一目的在于提供一种锥形泵智能控制方法，可实现锥形泵的转速能根据油井及泵的工况进行实时调节，达到锥形泵高效节能的功能。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锥形泵智能控制方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1.检测模块中的传感器检测锥形泵采油系统不同工况的参数及锥形泵的转速，其中，关于锥形泵转速的检测方法为：根据反射回来的光的强弱，在黑色的橡胶防护套上贴上白色的反光条，光电开关在检测距离范围内就会因为反射光强弱的交替变换，发出一个个脉冲信号给plc，再通过相应的程序实现锥形泵转速的测量运用定时器，测量在2s或5s内plc采集的脉冲数，然后乘1min与定时器时间的倍数，得到转速；然后通过数据采集卡将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤2；步骤2.判断电机转速是否低于目标转速，如果是，执行步骤3，如果否，执行步骤4；步骤3.控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速控制信号传至执行部分，然后执行步骤5；
步骤4.依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤5；其中所述的智能优化算法模块包括以下计算步骤：(1)时间序列的转换，其中设定锥形泵转速的时间序列值为：x={x(1)，x(2)，
…
，x(n)}；时间序列转换为y={y(1)，y(2)，
…
，y(n-1)}，其中，y(i)=x(i 1)-x(i)，i=1，2，
…
，n-1，将预测目标转换为通过y预测y(n i)，i=0，1，
…
，y(i)为转速增长值；上面公式中x(n)表示选取时刻为n时所测得的锥形泵的转速，n和i均为1、2、3
……
连续整数，y(i)为转速增长值，(2)数据的归一化处理，采用公式y'(i)=(y(i)-ymin)
÷
(10n)对时间序列y进行归一化处理，式中：y'(i)为第i个数据归一化后的数值；yi为第i个数据的实际值；ymin为y序列中的最小值；n为序列y中绝对值最大值的位数；(3)rbf网络的建立，络模型的创建采用matlab的rbf神经网络工具箱来实现，其调用形式为net=newrb(p，t，goal，spread，mn，df)式中：p、t为训练样本的输入向量和目标向量；goal为网络的均方误差；spread为rbf的扩展速度；mn为神经元的最大数目；df为两次显示之间所添加的神经元数目；步骤5.执行部分的变频器接收计算机传送的控制信号后，通过调节变频器实现电机转速的优化。
8.优选地，一种锥形泵智能控制方法，所述方法包括检测模块、控制器和执行部分；其中检测模块由数据采集卡和传感器组成，控制器由计算机组成，执行部分由变频器和电机组成；优选地，计算机的信号输出端连接变频器的信号输入端，变频器的信号输出端连接电机信号输入端，电机信号输出端分别连接传感器信号输入端，传感器信号输出端连接数据采集卡信号输入端，数据采集卡信号输出端连接计算机信号输入端；优选地，所述传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器。
9.优选地，所述控制器的计算机中包括软件控制平台和智能优化算法模块；优选地，所述计算机中的存储单元储存一组预定工况参数对应一组预定锥形泵转速，使该锥形泵转速与优化后的转速进行对比分析；优选地，所述方法的整体输出信号只有一个锥形泵转速信号；优选地，所述方法通过软件控制平台和智能优化算法模块对不同工况参数的分析和处理，计算出最优转速。
10.与其它的锥形泵转速控制技术相比，本发明的锥形泵智能控制方法可综合考虑影响锥形泵经济使用寿命的因素，建立一个融合多参数于一体的最优转速匹配模型，适时、适量地调整转速，改善上述现有技术的缺点，使锥形泵正常运转，极大地提高转速控制系统的准确性并延长锥形泵的经济使用寿命。
11.附图说明
12.图1为本发明的锥形泵转速测量的梯形程序图；图2为本发明锥形泵转速的时间序列值。
13.具体实施方式
14.本发明所述锥形泵转速智能控制系统设置在锥形泵采油系统电子装置中，用于调节采油系统转速。
15.下面结合附图对本发明进行详细说明。
16.一种锥形泵智能控制方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1.检测模块中的传感器检测锥形泵采油系统不同工况的参数及锥形泵的转速，其中，锥形泵系统由电动机、减速机和泵体组成，其中电动机和减速机相连后又与锥形泵主轴连接，为了防止锥形泵工作时水进入减速机内影响工作效率，同时也为提高泵的使用寿命，锥形泵主轴在和减速机连接的地方有一个黑色的橡胶防护套，由于欧姆龙e3z-d82扩散反射型pnp型光电开关的工作机理是根据反射回来的光的强弱工作的，在黑色的橡胶防护套上贴上白色的反光条，光电开关在检测距离范围内就会因为反射光强弱的交替变换，发出一个个脉冲信号给plc，再通过相应的程序实现锥形泵转速的测量；利用step7编写程序可以有两种方法实现测速功能：一种是运用定时器，测量在2s或5s内plc采集的脉冲数，然后乘1min与定时器时间的倍数，得到转速，测试证明该方法得出的测量值与实际理论值有一定的误差；另一种方法是组织块ob1中直接调用系统功能块，cpu313c工作在计数和测量两种不同模式下调用的sfb系统功能块也不相同，计数模式下调用sfb47，测量模式下调用sfb48。由于是在测量模式下，所以在编写程序时调用sfb48，其中sfb48的程序如图1所示。sfb48可以实现通过软件门sw_gate启动/停止、启用/控制输出do、读出状态位、读出当前测量值、用于读取和写入内部频率计数寄存器的作业等功能；然后通过数据采集卡将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤2；步骤2.判断电机转速是否低于目标转速，如果是，执行步骤3，如果否，执行步骤4；步骤3.控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速控制信号传至执行部分，然后执行步骤5；步骤4.依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤5；其中所述的智能优化算法模块包括以下计算步骤：(1)时间序列的转换，其中设定锥形泵转速的时间序列值为：x={x(1)，x(2)，
…
，x(n)}，具体如图2所示；时间序列转换为y={y(1)，y(2)，
…
，y(n-1)}，其中，y(i)=x(i 1)-x(i)，i=1，2，
…
，n-1，将预测目标转换为通过y预测y(n i)，i=0，1，
…
，y(i)为转速增长值；上面公式中x(n)表示选取时刻为n时所测得的锥形泵的转速，n和i均为1、2、3
……
连续整数，y(i)为转速增长值，(2)数据的归一化处理，采用公式y'(i)=(y(i)-ymin)
÷
(10n)对时间序列y进行归一化处理，式中：y'(i)为第i个数据归一化后的数值；yi为第i个数据的实际值；ymin为y序列中的最小值；n为序列y中绝对值最大值的位数；(3)rbf网络的建立，络模型的创建采用matlab的rbf神经网络工具箱来实现，其调用形式为net=newrb(p，t，goal，spread，mn，df)式中：p、t为训练样本的输入向量和目标向量；goal为网络的均方误差；spread为rbf的扩展速度；mn为神经元的最大数目；df为两次显示之间所添加的神经元数目；
步骤5.执行部分的变频器接收计算机传送的控制信号后，通过调节变频器实现电机转速的优化。
17.以上对本发明所提供的方法和设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。