通过对带有 RS-485 通信接口的变频器的研究，设计了可行的变频器网络监控系统方案，实现了变频器正/反转、频率、电压、电流等参数的在线监测与控制。提高了变频器控制的自动化水平，及生产效率。

  对于这类讨论如果一味的转载一些论文，文章等，是不是失去了讨论的意义，起码要发表一下自己的看法。

游梁式抽油机是目前各个油田所普遍采用抽油机，目前抽油机系统普遍存着效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显缺点。
        针对传统游梁式抽油机, 芬兰瓦萨控制系统有限公司利用其高性能VACON变频器开发出专用软件。芬兰瓦萨控制系统有限公司（Vacon OYJ简称芬兰瓦肯）位于芬兰工业城市-瓦萨，是一家专注于研发、生产、销售VACON品牌变频器大型生产企业。拥有16,000平方米生产车间，4条自动化生产线，每年产量达到120,000台，产品功率覆盖0.55kW~2200Kw。是世界上唯一一家变频器专业制造商。凭借雄厚研发实力、丰富设计经验、独到见解、世界级营销和服务网络、优质可靠变频器产品，成为世界交流变频传动领域尤其是低压变频器领域主要领导者之一。
我单位针对传统游梁式抽油机特点和油田实际应用情况所设计新型智能化电气油田抽油机多功能控制柜。该控制柜采用Vacon可编程变频器为核心，采用VACON变频器开发出专用抽油机软件，游梁式抽油机机械结构和油田采油井实际情况，自主开发设计游梁式抽油机多功能控制柜。该控制柜可以适用于目前常见游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡三种游梁式油田抽油机。实际应用时，当输入必须抽油机参数后，控制器将对抽油机进行静态建模；实际运行时，控制器将抽油机实际运行情况，实时修改抽油机数学模型，达到增产节能目。
2 游梁式抽油机工作原理
        当游梁式抽油机工作时，驴头悬点上作用载荷是变化。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，抽油机未进行平衡条件下，电动机就要付出很大能量。下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程载荷极度不均匀，这样将严重影响抽油机四连杆机构、减速箱和电动机效率和寿命，恶化抽油杆工作条件，增加它断裂次数。消除这些缺点，一般抽油机游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图1所示。这样，悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重位能。抬高平衡配重，依靠抽油杆柱下落所释放位能外，还要电动机付出部分能量。上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了电动机上冲程时所需给出能量。
        目前使用较多游梁式抽油机，都采用了加平衡配重工作方式，抽油机一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态时间和产生能量都较小。
3 抽油机控制器设计原理
         VACON变频器具有可编程功能，其编程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一个符合IEC1131-3标准图形化编程工具，它可以用来设计Vacon NX特殊控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器，PI控制器和积分器。VACON NC1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关特性。本系统中，如采用普通变频器，为防止变频器过压报警，必须加制动电阻，制动电阻消耗能量，达不到系统节能要求，利用VACON变频器具有可编程功能，利用抽油机工作时，驴头悬点载荷是非线性变化。设计变频器应用程序，电动机负载转矩变化情况，变频器将实时计算抽油机此时应该运行速度，实时计算上、下冲程时间，使下冲程速度加快，而上冲程速度变慢，达到增产目，同时当抽油机处于发电机运行状态时，变频器将控制电机采用抽油机惯性运行，而不输出任何转矩。采用这样计算方法后，抽油机工作所需转矩和电流将明显减小，抽油机速度快时，其输出转矩小，速度慢时，其输出转矩也比工频时小，达到节能目，同时也避免了控制器过压故障。
3.1 Vacon变频器应用程序设计
   电动机起动时采用专用抽油机变频起动程序
抽油机起动转矩和电流较大情况，采用了特殊起动和运行方式，减小其起动时电流冲击，并确保抽油机任何位置都能很好起动。
   电动机工作时实时计算修改上、下冲程速度，保持恒定抽油时间
每次采油量不同，可能造成每次抽油机运行时间长短都不一致，所设计抽油机专用程序中，将实时计算上、下冲程速度，保持恒定抽油时间和速度。
平衡负载模式控制方式如图2 ,此模式下，电动机没有很清晰发电状态。
        电机转矩变化规律,控制系统结构框图如图3所示，设计智能控制器,控制变频器输出频率。控制器输入信号为与冲程次数对应电压信号，反馈信号为变频器输出转矩、变频器输出频率信号。
智能变频器控制程序设计规则：如图2
位置1为第一计数起始点。此参数定义为转矩百分数，当转矩高于这一参考转矩极限时允许计数器开始计数。
时间2 低参考值允许时间。转矩必须高于位置1时间。此时间采用低频率参考值。
位置3 第一转矩中间点。转矩小于位置3且当时间2到后采用高参考频率值。
时间4 高参考值最小时间。给定高参考值后直到允许低参考值最小时间。
时间5 高参考值最小循环时间。高参考值后直到再次为高参考值最小时间。
位置6 第二计数起始点。此参数定义为转矩百分数，当转矩高于低参考极限时允许计数器开始计数。
时间7 高参考频率值允许时间。转矩必须高于位置6时间。此间采用高参考值。
位置8第二转矩中间点。转矩小于位置6且当时间7到后采用低参考值。
3.2 实验调试结果分析
        抽油机多功能控制柜辽河油田洼3737井、海C9-17井投入实验运行，控制柜运行稳定，节能效果显著。变频器运行参数曲线如图4所示。抽油机上冲程要慢,电动机处于电动状态, 图中电动机转速低,变频器输出频率低, 电机转矩为正,直流母线电压低。抽油机下冲程要快,部分时间电动机处于发电状态, 图中电动机转速增加,变频器输出频率高, 处于发电状态时电机转矩为负,直流母线电压很高。

系统设计指标为节电率15%，增产率5%。系统运行实际数据如下表：达到了设计要求。
井号及电机型号 洼3737 y280m-8 海C9-17 y280m-12
工 况 变频 共频 变频 共频
有功日均耗电 137度 188度 135度 143度
无功日均耗电 33度 799度 27度 778度
有功节电率 27%  5.93% 
无功节电率 96%  96.6% 
综合功节电率 34．9% 18．37%
日均液量 12.15吨 9.225吨 23.1吨 20.1吨
变频实验增产率 31.7% 9.95%

4 结论
        本系统充分利用了VACON变频器具有可编程功能，实现了其它普通变频器无法实现功能。，本系统具备如下优点：
1 人机界面友好，安装方便，操作简单
        控制柜上具有控制器操作面板和各种操作运行按钮，操作方便。
      控制器显示面板可以直接显示变频器输出电压，输出电流，输出频率，电机运行消耗能量，运行时间，抽油次数等。变频器运行参考可直接设置抽油机抽油次数，改变传统设置电机运行频率操作方式，具有良好人机界面。
2 运行安全，性能可靠
        该控制柜内没有任何PLC，基于变频器特殊控制程序进行控制，具有工频和变频操作方式，且这两种操作方式互锁，并相互独立，控制柜所采用变频器也具有宽广输入电压范围，使控制器运行更安全，性能更加可靠。
3 高效节能，增产
        控制器内无任何制动电阻，当抽油机处于发电机运行状态时，变频器自动提高电机运行速度，并储存发电机状态能量，比传统设计方式，减少了不必要能量损失。
        变频器控制程序是油田实际情况，特殊开发控制程序，它能自主判断抽油机运行上下冲程，油井实际情况，实时调节上下冲程速度，达到实际抽油时，不更改每分钟抽油次数，但增加每次抽油时采油量，提高抽油机产量。

    抽油机专用变频器在抽油机节能改造中的应用
   我国的油田绝大部分要靠注水来压油入井，靠抽油机把油从地层提升上来。以水换油，以电换油是目前我国油田的现实。如何提高采油效率，降低采出液的吨液能耗，提高产量，使抽油机的参数更好的适应地上 、 地下工况，使现场抽油机调节更为方便，成为大家的焦点。 

    目前，在油田抽油机设备中，以游梁式抽油机使用方便 、 可靠，是目前油田采油生产中的主要设备，应用最为普遍，数量也最多。下面以游梁式抽油机为例，介绍风光抽油机专用变频器在其上面的应用。 

    2 . 游梁式抽油机工作原理  

    游梁式抽油机其工作过程为：用电机带动减速机，减速机带动皮带轮，皮带轮带动两个很重的钢质滑块的旋转往复运动，依靠杠杆的作用，将盛油器提上放下，而将油带出地面进入输油管道中或储油罐中，完成抽油过程。 

    抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷 , 并迭加有瞬间的冲击。为了减小抽油机上下冲程负荷的波动 , 一般都配有平衡块。为了保证足够大的启动转矩 , 抽油机电机正常运行时负荷率很低 , 一般在 20%～30% 。低负荷率运行，造成功率因数低 , 效率低 , 电能浪费大。 
    因此，在设计选配抽油机电机时，普遍的做法是令其抽取量大于实际负荷。它所带来的新问题是当抽油机排量过剩时，抽油机的运行会出现无功抽取，出现空抽或泵空状态，过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井开采的电费成本居高不下，能源浪费十分严重。因此，抽油机的节能潜力非常可观。 
    节能包括两个方面：一是从电动机本身考虑，提高电动机的负荷率和效率；二是从系统考虑，改变电动机的机械特性，使机 、 杆 、 泵整个系统达到较好的配合，提高系统效率。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多。在游梁式抽油机上应用变频调速技术不仅机 、 杆 、 泵整个系统达到较好的配合 , 自动化程度提高，降低工人的劳动强度，减少工作量，而且节能效果明显，综合效益显著。 

    3 . 抽油机专用变频器工作原理 

    根据抽油机是交变工作载荷的特点，风光抽油机专用变频器内置了专用的运动控制程序 。 风光抽油机专用变频器，可以根据油井的实际情况，由操作设置油井工作参数和工作方式，经过运算处理后，变频器自行调整抽油井工作制度，改变抽油机的冲程频次，达到上 、 下冲程间的平稳过渡。变频器本身具有抽油机所需的各种保护功能及相应的放电回馈电路，而且风机可以有温度自动控制，也节约相应的能源消耗。 

    我们针对抽油机载荷的特殊性和野外工作特点，按照严格的工业标准设计 、 制造抽油机专用变频器，把制动电路 、 回馈电路 、 无线滤波器 、 线路电抗器和防雷击装置集成到专用变频器中，增强整机的可靠性。 

    变频器主电路原理如图 1 示 : 

    4 . 风光抽油机专用变频器的节能原理 

    风光抽油机专用变频器可根据井下供液情况，自动调整抽油井工作制度，使游梁式抽油机的固定动态特性变为可根据油井开采情况自动调节的可变动态特性，提高泵充满系数及排量系数，达到节能，增产，无级调速的效果。 

    风光抽油机专用变频器采用动态调节抽油机的冲程频次和上 、 下行程的速度，达到节电又增产的目的。 

    （1）可以动态调节 抽油机的冲程频次，节电。抽油机的冲程频次可以通过机械的方法调整，但是，一旦调整好之后，人是不可以经常改动的，并且通过皮带轮直径调整频次的方法是有限的，不能动态适应油井负荷的需要。而变频调速则能动态调整抽油机的转速， 可无级调节抽油机冲次， 从而调整泵的充满度，提高抽取效率，增加原油产量，减少了电机功率，实现了节能目的。 

    （2） 可以动态调节 抽油机的上 、 下行程的速度实现节能增产的目的。由于采用变频调速技术，通过上 、 下死点位置传感器 控制变频调速器上、下冲程输出不同频率的电源，从而使电动机上、下冲程转速不同，可无级调节抽油机上下冲程速比。 还可以根据实际需要分别地调整每一冲程下行程的速度，可以提高原油在泵的充满度；而适当提高上行程的速度，则可以减少在提升过程中的漏失系数，有效地提高单位时间内的原油产量。节电，节能。 

    5 . 现场应用 

    由于应用变频调速技术对抽油机实行软启动，启动电流大幅度降低。功率因数由 0.3-0.5 上升到 0.9 以上。提高了功率因数，减少了无功损耗。 

    风光抽油机专用变频器可根据油井工况对冲程频次和上下冲程的速度进行调节，使油井供排系统达到动态协调，在青海油田 30 口油井上，由实验前后的数据表明，单井的平均增产 20% ，单井的平均节电率为 20% 左右。 

    我们分别选前期井 、 中后期进行了变频改造。 

    在前期井中，由于井刚开采，储油量大，为提高功效，我们采用提高抽油机的冲程频次的方式，让变频器运行至 65HZ ，频率提高了 1/3 ，相应地电机转速提高了 30% ，其采油量也相应提高，其综合采油率可比工频情况下多采油 20% ，工效提高了 1 . 2 倍，很受油田采油工的欢迎。 

    在中 、后期井中，由于井储量减少，供液不足，电机若仍工颇运行，势必浪费电能，造成不必要的损耗，因而我们采用调整抽油机的 冲程频次和选用上快下慢的开采工艺，一般将变频器的频率运行至 35～45HZ 之间，这样电机平均转速下降了 20% ，加之采油设备一般负荷较轻，其节电率可达 25% 左右。还有另外在开采稠油井的中后期，因原油黏度上升，经常发生驴头和光杆 “打架”现象，通过调节 冲程频次和选用上快下慢的开采工艺，避免了 “打架”，延长了开采时间，提高了原油产量。 

    6 . 应用注意事项 

    （1）由于抽油机的起动转矩大，所以设置合适的转矩提升曲线，不合适转矩提升曲线（电压不足或过高）都会使电流增大。 

    （2）在抽油机滑块下降过程中，负荷减轻，电机进入再生发电状态，其再生能量将传人变频器，通过逆变回路的续流二极管整流而变成直流加在主电路上，造成主电路母线电压升高，频繁的高压会损坏变频器的主器件，包括电解电容及功率模快，因此需加制动回路，让再生电压能及时地释放掉，保证主回路器件在安全的电压下工作。再生制动电路原理如图2示 

    7.结束语 

    变频器具有软起、停功能，减少了对抽油机杆的机械冲击，保护了电机及机械设备，减少维修量，变频器对过压、欠压、过载、短路及电路失速都能可靠地保护。总之， 变频控制技术在抽油机上应用，对抽油生产设备来说是一个很大进步，它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机 —抽油杆—抽油泵达到动态协调，使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。 抽油机应用变频器，即可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用前景是十分广泛的。在能源日益紧张的今天，相信变频器在抽油机这方面可以大有作为的。

1 引言
游梁式抽油机是国内外各大油田的主要机械采油设备，据报道我国抽油机总数已达20万台，每天耗电量超过5000万kwh，而抽油机总体效率很低，一般低于30％。如何节能、降低损耗和提高抽油机械的自动化程度是油田长期以来要解决的重要课题。
游梁式抽油机用电动机节能应包括两个方面:一是从电动机本身考虑，提高电动机的负荷率和效率;二是从系统考虑，改变电动机的机械特性，使机、杆、泵整个系统达到较好的配合，提高系统效率。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多，是游梁式抽油机电动机节能的主要研究方向【1,2】。实践证明，在油田设备上应用变频控制技术不仅自动化程度提高，节能效果明显，而且降低工人的劳动强度，减少工作量，综合效益显著【3】。
采用变频技术的智能控制系统可充分发挥变频调速的优势，直接应用在现有游梁式抽油机的升级改造上，并根据井下供液情况，自动调整抽油井工作制度，使游梁式抽油机的固定动态特性变为可根据油井开采情况自动调节的可变动态特性，提高泵充满系数及排量系数，达到节能、增产、无级调速的效果。

2 智能化变频控制系统的工作原理
智能化抽油系统中应用的技术一般包括变频调速技术、过程控制技术、现代电力电子技术、可编程控制器和单片机等。其中变频调速技术是关键技术之一，而变频器是实现变频调速的主要部件。在其主电路中，50hz的交流电通过整流器和逆变器变换为频率、电压有效值可调的三相交流电，供给电动机。电机的转速和输入电流的频率成正比，当改变电流频率时，转子转速也随之改变，实现电机调速。用这种方法调速，特性较硬，调速范围大。变频器还具有过电压保护、欠电压保护、过电流保护、电机过载保护、变频器过热保护和外部故障保护等保护功能。
智能控制系统会实时计算抽油机应该运行的速度，通过计算上、下冲程的时间，来控制变频器输出的频率和电压。应用变频技术的智能控制有如下特点:
(1) 安排抽油井工作制度，定时启动、停止，实现电机软启动，对电网无冲击。
(2) 动态调节抽油机的冲程频次。随着油井由浅入深的抽取，井下油量的减少，必然会出现泵的充满度不足，泵效下降的情况。当油井的供液能力小于抽油泵的排量时，就可能造成泵抽空和液击。防止液击的有效方法之一是减慢泵速以提高泵充满度。通过变频调速技术降低电机转速减少抽取频次，不仅减小了电机功率，而且提高了泵的充满度，大大提高泵效，增加原油产量。
(3) 动态调节抽油机上下行程的速度。采用智能化变频调速技术，除了可以动态改变抽油机的冲程频次之外，还可以根据实际需要分别调整每一冲程上下行程的速度，使抽油机工作在最佳运行状态。在每一冲程中，适当降低下行程的速度，可以提高原油在泵内的充满度，而适当提高上行程的速度，则可减少在提升中的漏失系数，有效的提高单位时间内原油产量。同时通过动态调节也可大大节省电能的消耗。
(4) 自动进行故障诊断，可来电自启，同时具有自启前和故障后报警功能，必要时自动停止抽油或实行自动间抽。在智能控制系统中，采用监测电机功率来实现抽油机的闭环自动控制。
油井的类型和工况千差万别，采用变频调速技术，可使抽油机产生不同的运动规律来适应油井工况，实现抽油机系统效率的提高。

3 抽油机变频控制系统的应用现状
变频调速是我国重点推广的十大高新技术之一，国内一直致力于变频调速技术在油田的推广，下面举例介绍一下智能化变频调速系统在游梁式抽油机上的应用情况。
(1) 在辽河油田洼3737井、海c9-17井上试验运行的抽油机多功能控制柜以vacon可编程变频器为核心，采用vacon变频器开发出的专用抽油机软件。该控制柜可以适用于目前常见的游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡的三种游梁式油田抽油机。输入必须的抽油机参数后，控制器将对抽油机进行静态建模。实际运行时，控制器将根据抽油机的实际运行情况，实时修改抽油机的数学模型。
vacon变频器具有可编程功能，其编程工具vacon nc1131-3 engineering符合iec1131-3标准，可以设计vacon nx特殊的控制逻辑和参数。利用可编程功能，设计变频器应用程序，根据电动机负载转矩的变化情况，实时计算抽油机此时应该运行的速度和上、下冲程的时间，通过调节上下冲程的速度比，达到增产节能的目的。抽油机处于发电机运行状态时，变频器将控制电机使抽油机惯性运行，而不输出任何的转矩。电动机启动时，运行专用抽油机变频启动程序，减小启动时的电流冲击，并确保抽油机在任何位置都能平稳的启动。
控制柜可直接显示变频器输出电压、输出电流、输出频率、电机运行消耗的能量、运行时间和抽油次数等，具有良好的人机界面，操作简单。控制柜内没有任何plc，而是基于变频器的特殊控制程序进行控制，具有工频和变频两种操作方式。
系统设计指标为节电率15%，增产率5%。在试验中控制柜运行稳定，节能效果显著，达到了设计要求。
(2) 新疆克拉玛依油田和内蒙古阿尔善油田的6口油井先后于1995年、1996年和1998年上进行了智能化抽油机改造现场试验，在智能化抽油系统控制装置中采用日本富士公司生产的frenic 5000 p7 30kw变频器和美国me公司生产的ipl 1612-200型plc。可编程控制器具有rs-232c串行信号接口，可以与上位机(微机或单片机系统)通信，输入系统控制程序，可以实现保存运行记录、图形显示或者扩展遥控功能。
可编程控制器接收功率变换器发送来的信号，处理后将信号传送变频器，以控制电动机的转速，从而实现对抽油机的控制。在生产中，当油井供液充足时，可以采用较高冲次抽油，并实时监测电动机的输出功率，设定深井泵接近抽空时电动机某一输出功率作为标准量值。当电动机功率小于所设标准值时，则降低冲次;当电机功率再小于新的标准值时，则继续降低冲次，以保证泵充满度。当冲次降到一定值时停止抽油，延时一定时间，等到液面回升，再以较高冲次启动系统抽油，以此循环，实现闭环控制。
由试验前后的数据分析表明，智能抽油机可根据油井工况对冲次和上下冲程速比进行无级调节，使油井供排液系统达到动态协调，1996年克拉玛依油田3口油井的单井平均增产33.86%。由于应用变频调速技术对抽油机实行软启动，启动平稳，启动电流大幅度降低。功率因数由0.3～0.5上升到0.9以上。智能化抽油机可选择最佳冲次和上下冲程速比，泵充满度明显提高，1996年克拉玛依油田3口油井的单井平均节能率为19.27%。在蒸汽吞吐开采稠油井的中后期，因原油粘度上升，经常发生驴头和光杆“打架”现象，通过调节冲次和选用上快下慢的开采工艺，避免了“打架”，延长了开采时间，提高了一个注蒸汽周期的采注比(osr)。
(3) 抽油机井成组变频测控技术是以抽油机井电能测试技术、智能测控技术和共直流母线变频节能技术等三项技术为核心的新型油田节能测控技术。
成组变频测控系统是由一个井组动力中心和井组测控中心组成。井组动力中心由数台变频器和1个回馈单元组成，并以公共直流母线技术把这些设备连接在一起。采用这种技术的变频器可将直流母线以适当的方式进行连接，使变频器之间能实现能源共享，使处于再生制动方式运行的电机所发的电能可被其它的变频器使用，井组总体来说不会发电，就算偶尔有发电现象，也可以通过整流及回馈单元将电能回送电网，从而减少了能源的浪费。井组动力中心提供了变频与工频两种工作方式，以保证生产的正常进行。井组测控中心由控制计算机、打印机、数据采集设施、通讯设备及测控软件构成，用于对变频器的调控和各抽油机井示功图进行在线测试，并根据井下的供液情况，自动调整抽油机的冲次，使抽油机的抽吸能力能够自动适应地下供液能力。
井楼油田10号计量站l1262等7口油井作为一个井组，安装了一套成组变频系统，选择北京枫火石油科技有限公司的成组变频测控方案。经过1年多的实际运行，证明该系统工作可靠，实现了消除无功、平滑调整冲次，自动测试示功图，跟踪井下产液情况自动调整冲次的目标，具有显著的节能效果。该方案在一个井组内安装变频器，公共直流母线和回馈单元，彻底解决了无功损耗、负功发电等问题，能自动测试抽油机井的示功图，跟踪井下出液情况自动调整冲次，防止液击，能对抽油机的工作状态进行监测保护。
(4) imoc-2000系列抽油机智能高效节能增产控制装置，是南京电力自动化设备总厂与国家电力公司热工研究院根据不同油井的具体情况研究设计制造的专门用于抽油机节能增产控制的高科技产品。该装置通过流量、压力、温度的测量，可精确感知井下油层厚度，通过对上、下死点位置的测量，提高了控制的精确性。该产品融合微电脑智能控制技术，先进的变频调速技术和电动机综合节能控制技术，使抽油机传统的粗犷式低效率抽取改变为智能化高效率抽取。其结果是有效地避免了泵空的发生，大幅度减少了无效行程，节电率可达到30~50％，原油增产20~30％。
控制装置中还装有遥控模块，可以随时接收上位机的指令信号，也可随时将油井的流量、压力、温度和电动机温度等参数以及抽油机状态等信息传送给上位控制计算机，实现全油田遥控操作管理，大大提高石油生产的自动化程度。imoc-2000系列抽油机智能型高效节能增产控制装置遵照安全、可靠、经济合理和现场实用的原则进行设计，设计了双层密封隔热(保温)控制柜，且具有防盗功能，外壳防护等级为ip44。柜内还设计有强迫风冷系统，适合在夏季沙漠高温环境下使用。

4 抽油机变频控制器应用中存在的问题
4.1 倒发电现象难处理
抽油杆下落时电机转子超过电机同步转速时(曲柄净扭矩为负)，交流电机变成交流发电机，引起主回路母线电压的升高，称为“泵升电压”，过高的泵升电压使变压器不能正常工作。目前的处理方法有三种:
(1) 将再生的电能储存在直流母线上的滤波电容里，等到电动状态时再释放做功。这种方法对节能有利，但是电容器的储能作用毕竟有限，不可能单纯靠增大变频器滤波电容来限制泵升电压。
(2) 采用基于双pwm变频电路的电源系统，实现电能反馈，同时具有功率因数校正作用，但是变频电路和控制系统复杂，未得到推广。
(3) 采用制动电阻消耗掉倒发电的能量，这种方法设备简单，应用较广，但浪费电能，很不利于抽油机的节能。

4.2 缺少集中控制和管理
智能控制器的变频调速方案和电能回馈方案主要针对单井设计，所以每一口井都要配备变频器和回馈单元，造价太高，各抽油机控制器之间相互独立，缺乏信息共享和集中管理。

4.3 变频器产业及相关行业有待发展
随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器的市场需求量大增，而我国变频器产业的整机技术起步较晚，没有形成一定的技术和生产规模。变频器产品所需的半导体功率器件的制造业水平仍有待提高，相关配套产业及行业落后，产销量较少，可靠性及工艺水平不高。

 

4.4 可靠性问题
抽油机的工作环境往往十分恶劣，如何让忌讳风沙雨水的电力电子器件在野外可靠运行是必须解决的问题。任何新型控制装置的推广都必须经过大量和反复的现场试验，而高故障率和返修率是目前油田对此类技术的应用望而却步的重要原因。

4.5 电磁干扰
因为变频器是一个很强的电磁干扰源，变频器中的开关电源，以及产生的spwm电压波形，会对控制集通讯系统造成非常大的干扰，影响设备的正常运行，所以必须采取屏蔽措施。干扰的途径除了感应、辐射之外，也包括传导干扰，即通过连接线传导的干扰。对于传导性干扰，要从信号线上的共模及差模干扰入手，才能真正解决干扰问题。

5 抽油机变频控制技术的发展趋势
(1) 再生电能的回馈
新型双pwm变频器可实现能量的双向流动，且功率因数接近1，能克服传统变频器给电网造成的谐波污染和抽油机制动过程中的电能浪费，从根本上提高电能的利用效率。目前存在的主要问题是设备成本较高，控制系统复杂，可靠性差。
引入成组变频测控系统是将来油田在油井集中区进行抽油机智能化改造的新方向。采用公共直流母线技术可使不同变频器之间实现能源共享，使处于再生制动方式运行的电机所发出的再生电能实时地被其它变频器使用，从而减少了能源的浪费和对电网的冲击。
(2) 抽油机井自行检测和调控
未来的智能控制系统应集示功图在线测试、抽油机井诊断技术和抽油机井抽空控制等多项技术与一体;实时监测油井的生产工况和生产动态，检测电动机的电流、功率、频率及扭矩曲线;通过对示功图的测试自动诊断故障和调整工作制度，自动跟踪油层实际情况，优化冲次和上下冲程速度比，提高泵效。
(3) 提高智能控制装置的可靠性和适应性
为使智能控制器在野外恶劣环境下工作，必须严格选用可靠性指标高的电子器件和变频器，设计合理的开关顺序电路和保护装置，对电机具有欠过压、过流、过载保护及故障自恢复功能。不仅要降低装置故障率，还要降低设备成本及维护费用，针对不同工况的抽油机设计符合如防盗、隔尘、降噪、屏蔽电磁干扰、保温和散热等各种要求的控制柜。
(4) 闭环控制
相对目前的开环控制，采用闭环控制是将来智能控制系统发展的必然趋势。对抽油机调频调压的闭环自动控制可减小电动机扭矩波动范围，有效减少能量损失，提高地面效率，同时减少倒发电现象，对供液不足可能抽空的油井实现自动间抽功能。
(5) 中央监控
把抽油机智能控制技术和网络通讯技术联系起来，使其支持现场总线方式modbus、profibus等远程通讯协议，实现对区块井的遥测、遥控和中央监控，增强油井现场的自动化管理水平，提高设备的利用率和区块井的平均机采系统效率。
(6) 研制专用变频器
变频技术在油田有广阔的应用前景，而目前应用的多为通用变频器，不能适应抽油机负载特性的要求，且故障率高。油井工况的恶劣和负载的复杂性要求开发抽油机专用的变频器，并设计和简化配套装置以有利于抽油机的改造，如把制动单元、无线滤波器、线路电抗器和防雷击装置集成到专用变频器中，既简化了外围线路又增强了整机的可靠性。

变频调速技术的发展、自动化技术水平的提高，及其在油田抽油机大规模的推广应用，将极大地促进油田的现代化建设、节能降耗、提高油田的经济效益。

  首先我说说变频器节能方便的应用，其实这方面的讨论很多，如果单从节能的角度，还是需要通过实际验证才能说节能不节能，在进线上安装一个电表，记记实际使用电表读数，从我再一些设备使用来说，变频器相对于不适用变频器还是节能，在游梁式抽油机上使用变频器控制最重要的特性，是变频器控制电机启动和停止平稳，变频器带有制动单元和制动电阻可以释放停车时释放的能量对于电机和防机械冲击都是有好处的，也就避免了大马拉小车。

抽油机在油田上是重要的设备，关于RTU单元在油田设备上的使用，我谈谈自己的看法，因为RTU单元具有以下特点：

RTU的模拟量输入接口，接受模拟信号，同时因为具有无线通讯功能，所以免去了安装铺设线缆的任务，通讯功能：

1、RTU支持突发传送和轮询应答的传输方式，不仅能在RTU与系统中心站中进行，也能在系统两个RTU单元进行；

2、RTU突发传送信息的功能使中心站不需连续不断的轮询获得RTU数据，仅当现场发生特定数据时，RTU才向上发送数据，避免了数据大量交换；

3、RTU可以指定任意端口为主，读取定义的数据或者转发数据；

所以从这方面讲RTU单元在抽油机上应用还是应用很广泛的，这个与我们在西门子系统的MODBUS RTU应该有所区别，关于抽油机变频控制的变频器选型方面，我看了上面的帖子上有提到ABB、VOCON变频器等，其实在提升方面，抽油机不能完全算个提升方面，但是个人觉得，还是向这方面靠近，建议使用ABB等变频器，VOCON芬兰变频器我们在天车行业使用过，相对来说不是很好，所以选择控制变频器也很重要，还需呀考虑变频器与RTU单元能否通讯商，变频器能否支持RTU协议等等。

 

RTU的多点轮询功能很强大，可以使用RTU单元控制多台变频器，最大的发挥RTU单元的作用，很多厂家的RTU单元需要使用程序编写功能。