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基于机理分析的抽油机动态建模及控制

作　者: 程欢
导　师: 于佐军
学　校: 中国石油大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 游梁式抽油机动态模型施耐德PLC 节能人机界面
分类号: TE933.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 93次
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内容摘要

游梁式抽油机是最常见的有杆采油机械,由于其结构简单,能适应野外恶劣天气,便于维护,能长时间运转,依旧广泛应用于各大油田。但其能耗大、效率低的缺点至今仍没有很好的解决。无论是以水换油还是以电驱油,都造成了能源的浪费,因此针对游梁式抽油机节能降耗问题的研究显得十分重要。本文分析了游梁式抽油机的运动规律,并对其四连杆机构进行精确分析和仿真研究。在此基础上,结合游梁式抽油机的悬点动、静载荷,曲柄扭矩等,计算出游梁式抽油机的等效力矩和等效转动惯量,得到系统的等效动力学模型。在施耐德电气平台上,通过Unity Pro软件、PLC和变频器实现对游梁式抽油机实验装置的转速控制,分析了产液量、悬点峰值载荷、电机输出功率和电机频率之间的关系,设计通过泵充满度进行动态反馈控制电机转速的节能方案。通过变频器实现对电机的软启动和无级调速,可以有效保护电机,延长其使用寿命。在Unity Pro中实现了对转速的PID控制和操作员屏幕组态,再结合人机界面工程软件Vijeo Designer实现触摸屏画面的组态,通过将工程下载到单个或多个目标机器中,可在触摸屏上直接进行操作,简单方便。本实验充分利用中国石油大学(华东)——施耐德联合电气实验室的现有装置,通过以太网连接,实现上位机、PLC、变频器和触摸屏之间的交互式通信。结合游梁式抽油机实验装置,进行节能问题的研究和控制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章前言  9-12
  1.1 课题研究目的  9-10
  1.2 国内外研究现状  10
  1.3 本文的主要研究内容  10-12
第2章游梁式抽油机技术发展  12-15
  2.1 有杆抽油技术装备发展现状与趋势  12-13
  2.2 游梁式抽油机的工作原理  13-14
    2.2.1 游梁式抽油机的结构和基本参数  13
    2.2.2 游梁式抽油机平衡原理  13-14
  2.3 游梁式抽油机技术发展方向  14
    2.3.1 常规游梁式抽油机的特点和存在的问题  14
    2.3.2 游梁式抽油机技术发展方向  14
  2.4 本章小结  14-15
第3章游梁式抽油机等效动力学模型  15-26
  3.1 游梁式抽油机运动规律分析  15-19
  3.2 游梁式抽油机的动态特性  19-25
    3.2.1 抽油机的悬点载荷计算  19-21
    3.2.2 抽油机机构的等效力矩  21-23
    3.2.3 抽油机构等效转动惯量  23-24
    3.2.4 抽油系统等效动力学模型  24-25
  3.3 本章小结  25-26
第4章可编程逻辑控制器PLC  26-31
  4.1 可编程控制器概述  26
  4.2 可编程控制器的组成及工作原理  26-29
    4.2.1 可编程控制器的控制系统  26-27
    4.2.2 PLC的基本组成  27-29
  4.3 PLC的工作过程  29-30
  4.4 本章小结  30-31
第5章抽油装置节能控制方案实验研究和设计  31-50
  5.1 抽油机实验装置介绍及软硬件组成  31-35
    5.1.1 抽油机整体实验装置  31-32
    5.1.2 Modicon M340  32-33
    5.1.3 Unity Pro编程软件  33
    5.1.4 变频器ATV71  33-35
  5.2 Modicon M340 通讯  35-39
    5.2.1 PLC网络简介  35-37
    5.2.2 Modicon M340 与ATV71 的以太网通讯  37-39
  5.3 PID控制器在抽油机实验装置的应用  39-43
    5.3.1 数字PID控制算式  39-40
    5.3.2 Unity Pro 中的PID控制器  40-43
  5.4 节能控制方案设计  43-49
  5.5 本章小结  49-50
第6章抽油机实验装置人机界面  50-57
  6.1 人机界面组成  50-52
    6.1.1 触摸屏XBTGT5230  50
    6.1.2 Vijeo Designer  50-51
    6.1.3 SCADA系统监控组态软件Vijeo Citect  51-52
  6.2 人机界面通讯  52-56
    6.2.1 Vijeo-Designer配置  52-53
    6.2.2 人机界面画面组态  53-56
  6.3 本章小结  56-57
总结与展望  57-59
参考文献  59-63
致谢  63

基于机理分析的抽油机动态建模及控制

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