基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统及方法
阅读说明：本技术 基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统及方法 (Special closed-loop control system and method for submersible screw pump based on trial pumping algorithm ) 是由 熊健伟 李德印 勾国伟 石兴华 陈士坡 常建霞 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统,包括数据采集单元、传感器、变频控制单元、机组、远程传输单元、后台监控以及显示单元,所述机组、传感器、数据采集单元依次连接,所述数据采集单元通过变频控制单元与机组连接,所述数据采集单元还与显示单元和远程传输单元连接,所述远程传输单元与后台监控连接,所述后台监控与数据采集单元连接。本发明缩短了潜油螺杆泵开机时的沉没度与达到目标沉没度的时间,可以使沉没度快速达到目标沉没度。(The invention provides a special closed-loop control system for an oil-submersible screw pump based on a trial pumping algorithm, which comprises a data acquisition unit, a sensor, a variable frequency control unit, a remote transmission unit and a background monitoring and display unit, wherein the unit, the sensor and the data acquisition unit are sequentially connected, the data acquisition unit is connected with the unit through the variable frequency control unit, the data acquisition unit is also connected with the display unit and the remote transmission unit, the remote transmission unit is connected with the background monitoring, and the background monitoring is connected with the data acquisition unit. The invention shortens the submergence degree when the submersible screw pump is started and the time for reaching the target submergence degree, and can ensure that the submergence degree can quickly reach the target submergence degree.)
技术领域
本发明涉及潜油螺杆泵技术领域，具体涉及一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统及方法。
背景技术
目前潜油螺杆泵适合于排粘稠液体和含固相液体,并且流量均匀平稳，进而得到广泛的应用。然而螺杆泵启动难，达到目标沉没度的时间长也降低了潜油螺杆泵的使用率。
随着油田的不断发展，油井沉没度成为了油田对油井液面控制的一个重要的参数。快速使沉没度达到目标沉没度也极为重要。快速稳定沉没度可以避免设备损坏、偷停等一些不必要的问题，使油井得以正常运行。因此需要一种螺杆泵专用的闭环控制模型可以快速稳定沉没度，使沉没度能快速达到目标值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统及方法，缩短了潜油螺杆泵开机时的沉没度与达到目标沉没度的时间，可以使沉没度快速达到目标沉没度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统，包括数据采集单元、传感器、变频控制单元、机组、远程传输单元、后台监控以及显示单元，所述机组、传感器、数据采集单元依次连接，所述数据采集单元通过变频控制单元与机组连接，所述数据采集单元还与显示单元和远程传输单元连接，所述远程传输单元与后台监控连接，所述后台监控与数据采集单元连接。
进一步的，所述传感器包括对机组监测的电压传感器、电流传感器、温度传感器、转速监测模块，对管路流量监测的流量变送器以及对套压和回压监测的压力传感器。
进一步的，所述数据采集单元包括控制模块，所述控制模块包括GSM8594集成块、KE02数字信号处理器。
进一步的，所述远程传输单元由GPRS模块组成，数据采集单元处理后的数据由远程传输单元传输到后台监控。
一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制方法，首先通过对比实际沉没度与目标沉没度的大小，当目标沉没度小于实际沉没度时，提高电机转速；当目标沉没度大于实际沉没度时降低电机转速，改变电机当前转速，最后输出转速。
进一步的，采用单阶闭环和双阶闭环两种控制模式，在每个PID调节周期结束后，通过检测到的沉没度、电机温度、输出转速、压力、电压、电流以及流量运行参数，结合闭环控制设置参数，计算出需要的电机转速。
进一步的，在采用单阶闭环控制时，启动系统后通过沉没度与目标沉没度的差值运用增量算法微调转速，进而控制运行转速。
进一步的，增量算法u=|M1-M2|×k，
转速调整值：u，单位转/分钟，
目标沉没度：M1，单位米，
实际沉没度：M2，单位米，
调节因子：k，沉没度偏离值与增加转速的比例关系。
进一步的，在采用双阶闭环控制时，使用增量算法和试抽算法对电机的运行转速进行调整；
当实际沉没度与目标沉没度差值大于10米时，使用试抽算法，计算与供液量对应的电机转速并进行调整；
当实际沉没度与目标沉没度差值小于10米，使用增量算法，对电机运行转速进行调整。
进一步的，采用试抽算法，计算出与当前油井供液量相匹配的电机转速N1，假设条件如下：
假设泵排量Q1与螺杆泵的转速N2成正比，Q1=K1×N2×T，T为时间，K1为泵的排量系数，
假设短时间内油井供液量稳定；当泵的转速为N1时达到供采平衡，油井供液量与泵的排量相等：
Q2＝Q1＝K1×N1×T
当高于设定的目标沉没度一定高度值时，设定高度值为10米，以设定的PID最高转速N3运行，并记录沉没度下降10米所用的时间T1，计算下降10米的液量：
V1＝Q3– Q4＝(K1×N3×T1)-( K1×N1×T1)
当低于设定的目标沉没度10米时，以设定的PID最低转速N4运行，并记录沉没度上升10米所用的时间T2，计算上升10米的液量：
V2＝Q5-Q6＝(K1×N1×T2)－(K1×N4×T2)
由上可以达到：
下降10米套管容量＝上升10米套管容量
V1＝V2
Q3-Q4＝Q5-Q6
(K1×N3×T1)-(K1×N1×T1)＝(K1×N1×T2)-(K1×N4×T2)
N1=((N3×T1)+(N4×T2))/(T1+T2)
N3：高转速值，
T1：沉没度下降10米所用的时间，
N4：低转速值，
T2：沉没度上升10米所用的时间，
N1：供采平衡对应的电机转速，
V1：当前沉没度高于目标沉没度时需要降低沉没度的液量，
V2：当前沉没度低于目标沉没度时需要升高沉没度的液量，
Q3：沉没度高于目标值时高转速下的排液量，
Q4：沉没度高于目标值时当前转速下的排液量，
Q6：沉没度低于目标值时最低转速下的排液量，
Q5：沉没度低于目标值时当前转速下的排液量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
控制系统由数据采集单元为主要控制系统，通过传感器采集机组的情况进行信息处理，处理后发送给后台监控系统和变频控制单元。变频控制单元通过变频器对机组进行闭环操作，然后机组再将操作后的情况反馈给传感器形成一个闭环操作。
主控算法由计算方法和闭环处理构成，其中将计算方法由增量算法和试抽算法组成，闭环处理由单阶闭环处理和双阶闭环处理构成。本发明缩短了潜油螺杆泵开机时的沉没度与达到目标沉没度的时间，可以使沉没度快速达到目标沉没度。
常规潜油螺杆泵采用的闭环调节为缓慢的降低沉没度使沉没度达到目标值，而专用的闭环控制模型先用最大转速使沉没度快速下降，当快达到目标沉没度后再调节转速使沉没度缓慢下降达到目标沉没度。相比常规潜油螺杆泵闭环调节，专用闭环控制模型具有以下优点：1）反应速度快，可以根据目标沉没度快速调节电机转速以最短时间达到目标沉没度。2）适应油田的发展需要，在油井沉没度有较大浮动时，专用闭环控制模型能快速稳定液面。
附图说明
图1为本发明控制系统的系统结构图；
图2为本发明增量算法图；
图3为本发明单阶闭环控制图；
图4为本发明双阶闭环控制图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-4，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供了一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制系统，包括数据采集单元、传感器、变频控制单元、机组、远程传输单元、后台监控以及显示单元，所述机组、传感器、数据采集单元依次连接，所述数据采集单元通过变频控制单元与机组连接，所述数据采集单元还与显示单元和远程传输单元连接，所述远程传输单元与后台监控连接，所述后台监控与数据采集单元连接。
系统通过传感器采集到的信息传输到数据采集单元进行数据处理，数据采集单元处理后，将处理后的信息发送给变频器和远程传输单元。变频器接收到数据采集单元的信息后对机组做出相应的控制，远程传输单元收到数据采集单元的信息后将信息远程传输到监控后台进行实时监控。
所述传感器包括对机组监测的电压传感器、电流传感器、温度传感器、转速监测模块，对管路流量监测的流量变送器以及对套压和回压监测的压力传感器。
所述数据采集单元包括控制模块，所述控制模块包括GSM8594集成块、KE02数字信号处理器。
所述远程传输单元由GPRS模块组成，数据采集单元处理后的数据由远程传输单元传输到后台监控。
主控算法存在于数据采集单元。传感器通过采集井下电机的电压、电流、温度等信号将井下的情况以数字量的模式传输到数据采集单元，数据采集单元的GSM8594集成块处理信息，汇总到集成块的主控算法。主控算法将处理后的信息反馈到变频器和远程传输单元，变频器通过处理过后的信息调整机组的运行状态，远程传输单元通过GPRS模块远程传输到后台监控软件。数据采集单元的主控算法分为计算方法和闭环处理，计算方法分为增量算法和试抽算法，闭环处理分为单阶闭环和双阶闭环。
实施例二
本实施例提供了一种基于试抽算法的潜油螺杆泵专用闭环控制方法，首先通过对比实际沉没度与目标沉没度的大小，当目标沉没度小于实际沉没度时，提高电机转速；当目标沉没度大于实际沉没度时降低电机转速，改变电机当前转速，最后输出转速。
采用单阶闭环和双阶闭环两种控制模式，在每个PID调节周期结束后，通过检测到的沉没度、电机温度、输出转速、压力、电压、电流以及流量运行参数，结合闭环控制设置参数，计算出需要的电机转速。
在采用单阶闭环控制时，启动系统后通过沉没度与目标沉没度的差值运用增量算法微调转速，进而控制运行转速。
增量算法u=|M1-M2|×k，
转速调整值：u，单位转/分钟，
目标沉没度：M1，单位米，
实际沉没度：M2，单位米，
调节因子：k，沉没度偏离值与增加转速的比例关系。
在采用双阶闭环控制时，使用增量算法和试抽算法对电机的运行转速进行调整；
当实际沉没度与目标沉没度差值大于10米时，使用试抽算法，计算与供液量对应的电机转速并进行调整；
当实际沉没度与目标沉没度差值小于10米，使用增量算法，对电机运行转速进行调整。
采用试抽算法，计算出与当前油井供液量相匹配的电机转速N1，假设条件如下：
假设泵排量Q1与螺杆泵的转速N2成正比，Q1=K1×N2×T，T为时间，K1为泵的排量系数，
假设短时间内油井供液量稳定；当泵的转速为N1时达到供采平衡，油井供液量与泵的排量相等：
Q2＝Q1＝K1×N1×T
当高于设定的目标沉没度一定高度值时，设定高度值为10米，以设定的PID最高转速N3运行，并记录沉没度下降10米所用的时间T1，计算下降10米的液量：
V1＝Q3– Q4＝(K1×N3×T1)-( K1×N1×T1)
当低于设定的目标沉没度10米时，以设定的PID最低转速N4运行，并记录沉没度上升10米所用的时间T2，计算上升10米的液量：
V2＝Q5-Q6＝(K1×N1×T2)－(K1×N4×T2)
由上可以达到：
下降10米套管容量＝上升10米套管容量
V1＝V2
Q3-Q4＝Q5-Q6
(K1×N3×T1)-(K1×N1×T1)＝(K1×N1×T2)-(K1×N4×T2)
N1=((N3×T1)+(N4×T2))/(T1+T2)
N3：高转速值，
T1：沉没度下降10米所用的时间，
N4：低转速值，
T2：沉没度上升10米所用的时间，
N1：供采平衡对应的电机转速，
V1：当前沉没度高于目标沉没度时需要降低沉没度的液量，
V2：当前沉没度低于目标沉没度时需要升高沉没度的液量，
Q3：沉没度高于目标值时高转速下的排液量，
Q4：沉没度高于目标值时当前转速下的排液量，
Q6：沉没度低于目标值时最低转速下的排液量，
Q5：沉没度低于目标值时当前转速下的排液量。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：高压转子泵机械密封结构