基于自调整比例因子模糊控制的抽油机节能控制系统研究

论文摘要

常规游梁式抽油机由于结构简单、操作放便、维护简便、维修费用低廉等特点,一直占据着有杆采油系统地面设备的主导地位。在选择游梁式抽油机时,电动机的装机容量一般选得比较大,但是在实际采油过程中,电动机大多数情况下处于轻载运行状态,平均负载率一般在30%以下。尤其在井下供液能力不足时,抽油泵会经常处于低效工作状态,造成不同程度的“空抽”和“干抽”现象,从而造成电能的极大浪费。石油行业是推广“电机系统节能”的重点行业。因此,研究游梁式抽油机的节能控制意义重大。本文针对井下供液不足时,抽油泵充满度低、电能浪费严重的问题,在仔细研究游梁式抽油机采油过程和人工操作经验的基础上,提出了以泵的充满度为被控参数的游梁式抽油机节能控制解决方案。为提高油田自动化水平,本节能控制系统的总体结构由陆基基地主控系统和滩涂本地节能控制系统两部分组成。陆地上的采油工程师使用远程监控软件,了解抽油机运行状况,当发现供液不足时,可远程启用滩涂本地节能控制系统,对抽油机进行节能控制。游梁式抽油机采油系统存在着严重的非线性和较强的负载扰动,难以对其建立精确的数学模型,经典控制理论在解决抽油机节能控制问题时遇到障碍。本文在研究模糊自动控制特点的基础上,提出使用模糊控制策略,同时针对扰动变化过大时控制效果变差的问题,提出采用在线调整比例因子的自适应模糊控制策略,改善了系统的控制性能。然后对节能控制系统的软硬件分别进行了设计。设计系统硬件时,在器件选型和硬件电路制作上做了很多工作,针对油田特殊的工业环境,在硬件抗干扰方面花费了一些功夫。按照模块化设计的原则,完成了监控界面的设计和滩涂本地节能控制系统的软件设计。在完成系统的软硬件设计之后,首先在实验室进行了系统的简单调试。然后到油田做了现场试验,通过对比使用节能控制系统前后的实验数据,发现使用节能控制系统后,泵充满度明显提高,系统效率得到提升。试验结果表明：本节能控制系统实现了节能增效的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 课题的主要工作
• 第2章 游梁式抽油机节能控制方案设计
• 2.1 游梁式抽油机采油系统分析
• 2.1.1 游梁式抽油机的基本结构
• 2.1.2 有杆抽油泵工作原理
• 2.1.3 游梁式抽油机运行效率分析
• 2.2 游梁式抽油机变频节能原理
• 2.3 游梁式抽油机节能控制方案设计
• 2.3.1 游梁式抽油机节能控制思路
• 2.3.2 游梁式抽油机节能控制方法选取
• 2.3.3 游梁式抽油机节能控制方案确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 自调整比例因子模糊控制器设计
• 3.1 模糊控制基础理论
• 3.1.1 模糊控制系统概述
• 3.1.2 模糊控制系统组成
• 3.1.3 模糊控制器设计步骤
• 3.2 基本模糊控制器的设计
• 3.2.1 输入量的模糊化
• 3.2.2 模糊规则的制定
• 3.2.3 模糊控制查询表的建立
• 3.3 自调整比例因子模糊控制器的设计
• 3.3.1 自适应模糊控制器介绍
• 3.3.2 自调整比例因子模糊控制器的设计
• 3.4 模糊控制过程
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 硬件总体设计
• 4.2 系统主控制器选择
• 4.3 系统电源设计
• 4.4 通信模块设计
• 4.4.1 RS-485通信电路设计
• 4.4.2 RS-232通信电路设计
• 4.5 人机对话接口设计
• 4.6 硬件设计注意事项
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 远程监控软件开发
• 5.2 本地节能系统的软件总体设计
• 5.3 主要功能模块
• 5.3.1 模糊控制算法模块
• 5.3.2 软件串口中断服务程序模块
• 5.3.3 示功图数据采集模块
• 5.3.4 变频器数据采集模块
• 5.4 软件抗干扰技术
• 5.5 本章小结
• 第6章 系统调试与现场试验
• 6.1 系统软硬件初步调试
• 6.2 油田现场试验
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录