基于罗克韦尔组态软件的抽油机监控系统的实现

本科生毕业论文（设计） 题目：基于罗克韦尔组态软件的抽油机监控系统的实现

学 院 电子信息工程学院

学科门类 工学

专 业 自动化

学 号

姓 名

指导教师

2012年5月12日

装

订

线

１引言

1.1 研究背景及意义

因PLC具有可靠性高、稳定性好、接口功能强的的特点在工业测控系统中获得了广泛的应用。抽油机监控系统要求控制器具有控制能力强、操作灵活、方便可靠性高、适宜长期连续工作的特点，因此其非常适合在各种监控。

在工业控制领域，随着自动化程度的迅速提高用户对控制系统的过程监控要求越来越高。人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控包括过程监控、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化、在自动控制领域的作用日益显著。

石油工业作为各国的国民经济发展的基础行业，受到各国政府的高度重视。然而目前我国的石油工业的自动化程度还比较低，传统的有杆泵抽油一直占主导地位，油田的监控还基本依靠人工完成，因而数据也无法实现实时上传。油田自动化程度低的现状影响着我国石油工业的发展。

随着石油科技的快速发展以及信息化浪潮的推动石油工业正在向着智能化和信息化过度“企业信息化”“管控一体化”已成为实现降本增效提高管理水平这一有天改革目标中的一个重要课题。

1.2 国内外发展现状

目前已经安装自动化设备的井站比例很小，大多数数据采集还是单纯的依靠人工完成，虽然在一定程度上已经建立了油田管理部门一级的管理系统，但油井现场的数据还不能实现无缝上传，无法实现高效的采油调度。

随着油田的开发，抽油机的投入量日益增加。发展高效、节能、可靠性高的抽油机是石油机械装备工业的当务之急，也是生产厂家始终追求的目标。国外在提升油田自动化程度上投入精力比较多，研究的时间也比较早。除大量开发生产游梁式抽油机，研制和推出各种非传统型号的抽油机外，也在努力通过各种手段提升油田的自动控制和监控水平。我国目前油田自动化水平与发达国家相比还有一定的差距，发达国家油田生产和监控自动化水平较高，并且发展速度较快。目前欧美等发达国家已基本实现了油田各行业的远程监控信息传输。但是我国在这一方面的水平还比较低，数据的采集还基本依靠人工采集，因此也无法实现实时传输，监控系统总体还处于较低水平。通过本次毕业设计的研究对无游梁抽油机的监控具有一定的现实意义。可以提高人与机器之间交互能力以及对抽油机的远程监控能力。

1.3 无游梁抽油机监控系统概述

无游梁长冲程抽油机是一种无游梁式塔架结构长冲程抽油机，没有游梁、不采用曲柄连杆机构换向,不采用增大冲程机构,利用抽油机本身的机构特性,实现长冲程抽油和超长

冲程抽油。除了保持游梁抽油机原有的诸多优点外，还具有长冲程、低冲次、节能、大载荷、适应性强、抽油杆磨损小、排量稳定、动载荷小等特点。采用电动机直接驱动滚筒缠绕或放开皮带实现抽油杆的上下抽油运动，克服了链条式抽油机链条易磨损需润滑密封等问题，也解决了机械换向和液压换向抽油机换向机构易损坏的问题，具有传动结构简单，效率高，系统可靠性高的优点。

无游梁长冲程抽油机控制系统采用罗克韦尔可编程控制器（PLC）为控制核心，通过控制变频器实现电动机正反转的直接驱动方案，有效简化了机械结构，大大提高了总体效率。利用PLC实现长冲程、低冲次，冲程、冲次、上下行速比可调、节能、大载荷和适应性强、可靠性高等特点。

2 无游梁抽油机硬件系统介绍

2.1 无游梁抽油机工作原理介绍

无游梁长冲程抽油机是一种塔架结构抽油机，没有游梁、不采用曲柄连杆机构换向,不采用增大冲程机构,而是利用抽油机本身的机构特性,实现长冲程抽油和超长冲程抽油。采用电动机驱动滚筒缠绕或放开皮带实现抽油杆的上下抽油运动，解决了机械换向和液压换向抽油机换向机构易损坏的问题。

抽油机工作时，电动机通过减速器带动主驱动轴，主驱动轴驱动机架上的滚筒缠绕或释放皮带，皮带带动抽油杆，使抽油杆在冲程范围内按照一定的冲次及上下运动速比上下往复运动，实现抽吸原油。

2.2 模型结构

基于CompactLogix 的抽油机模型通过如图

图2-1 基于CompactLogix 的抽油机模型实物图片

2.3 无游梁抽油机电气控制系统

抽油机电气控制系统通过变频器控制电动机正转、反转实现抽油泵的往复运动，将液体泵出来。

控制系统分为：CompactLogix控制器、PowerFlex 40驱动器、操作按钮/指示灯、保护电路、电动机、电磁刹车、编码器（用于反馈位置和速度，可通过1769-HSC模块将编码器连接到系统上）。其结构图如图2-2所示。

图2-2 抽油机模型控制结构图

CompactLogix控制系统由1769-L32E控制器、1769-IQ16开关量输入模块、1769-OW8继电器输出模块、1769-IF4模拟量输入模块、1769-OF2模拟量输出模块组成。其结构图如图2-3所示。

图2-3 CompactLogix控制系统结构图

按钮包括停止按钮、启动按钮、自检按钮、点动上行(负载侧)、点动下行(负载侧)按钮。

指示灯包括故障指示灯、运行指示灯、自检指示灯。

硬件保护电路（上下硬件行程开关）通过在配重侧安装行程开关，如果配重超过行程范围则系统断电，以保护机械机构安全。

PLC选用罗克韦尔自动化公司的CompactLogix可编程控制器，该系列控制器采用Logix多功能控制引擎，带浮点协处理器的32位多任务（事件任务、连续任务和周期任务）实时控制内核，在高速逻辑运算以及复杂回路控制（0.08ms/K典型混合程序）等方面表现同样出色。

IEC61131-3标准、符合不同应用要求、不同用户习惯的多种编程方式可选：梯形图LD、功能块图FBD、顺控表SFC以及语句表ST。（软件开发包的价格对您也是一个另外的惊喜）更方便地开发、阅读和修改程序：无需分配/记忆内存地址（常规PLC必须的步骤），用户可直接使用或自定义反映控制对象/元件属性的“标签（Tag）”（支持数组和结构体方式）进行编程。

1769-L32E处理器支持最大30个本地I/O，并且内置支持实时控制的100MbpsEtherNet/IP工业控制网络接口，同时实现多处理器/上位机联网以及分布式I/O 控制。当然，还可通过多个DeviceNet工业现场总线连接现场设备和分布式I/O。

NetLinx网络透明集成：

无需任何编程，用户即可从任意一点接入系统，远程访问、组态、诊断或维护以下任意多种工业网络中的任意设备--国标GB/T1858.3DeviceNet、IEC61158ControlNet工业现场总线或者EtherNet/IP工业以太网。

无需任何编程，用户即可实现同一工业控制网络（ControlNet或者EtherNet/IP）上的处理器“标签（Tag）”被其他多个Logix系列处理器同时共享。这一功能还可实现：该网络上的某一DI/AI站数据同时送达多个Logix系列处理器；或者某一处理器输出指令同步送达该网络上的多个变频器等现场设备。

控制器“标签（Tag）”无需重新定义（基于专利的Factorytalk数据集成技术），即可被A-BPanelViewPlus或VersaView现场操作员面板或者RSViewSE上位机监控画面直接使用，也可被通过RSSql连接的工厂数据库（如SQLSever或者Oracle）直接使用。

1769CompactI/O：

外观小巧、高标准工业等级1769CompactI/O可直接在面板上或者在DIN导轨上并列安装（比传统PLC节省20%~30%的安装空间）。可拆卸前接线端子器随1769CompactI/O模块配供，用户无须另外付费。严格的工业化设计保证在使用32点DI/DO模块时，用户也能有足够的接线/操作空间。

1769CompactI/O可用作本地I/O站或者分布式I/O站（通过1769-ADN适配器模块）：每个I/O站最多可达30个模块（最多可分为3组，组间通过扩展电缆直接相连；每组需单独配置电源）。